铁路隧道机械化配套施工经济性分析
近年来，我国高速铁路发展迅速，铁路长大隧道也越来越多。同时，随着国民经济水平不断提高以及“以人为本”的理念日趋深入人心，在人工成本不断提高和大型施工机械技术逐渐成熟的大环境下，具有“施工进度快、完成质量高、安全性能好、环境污染少”等优势的铁路隧道机械化配套施工备受建设单位和施工单位的青睐。《长大隧道施工机械化配套技术与装备研究》以贵广及兰渝铁路隧道施工为依托，研究了一套适用广泛、工法完善的软硬岩隧道全断面和台阶法施工设备配套体系；《贵广铁路双线隧道钻爆法施工机械化配套及适用性分析》结合贵广铁路隧道机械化配套施工资源配置情况，从进度、安全、质量和经济指标等方面，分析了铁路隧道机械化配套的适用条件；《长大铁路隧道机械化施工配套技术经济分析研究》通过对隧道施工机械化配套技术研究与实际施工情况的调查与测定，对比分析了采用Ⅰ级机械化配套施工与采用普通钻爆法施工时的隧道建造费用与施工进度；《铁路隧道三种机械化配套施工投资对比分析》采用铁路隧道工程预算定额（铁建设［２００４］４７号）和机械化施工补充预算定额（铁建设［２０１２］１２９号），分别计算了采用Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级机械化配套施工时隧道的工程造价。
以上研究表明，铁路隧道机械化配套施工已广泛应用于我国隧道施工建设中，为切实提高铁路隧道机械化建造水平，确保隧道建设安全和质量，有关学者在铁路隧道机械化配套施工资源配置、施工进度、安全质量和经济指标等方面陆续开展了一系列的研究。但不难发现，以往学者在进行铁路隧道机械化配套施工经济指标分析时，所建立的数据基础已经无法满足目前的投资控制需求。本文将依据现行隧道预算定额以及施工组织设计规范，对铁路隧道３种机械化配套施工技术的经济性和施工进度进行分析。
１ 机械化配套方案
铁路隧道施工工序大致可以分为开挖、装运渣、支护、防排水、衬砌浇筑及养护和水沟电缆槽６种作业工序。按照各个作业工序所配备的机械种类和先进程度不同，可以把铁路隧道施工机械配套分为３种，分别为Ⅰ型、Ⅱ型机械化配套和常规机械化配套。其中，Ⅰ型机械化配套主要配备凿岩台车、注浆台车、钢架安装台车、混凝土湿喷台车、自行式仰拱栈桥、防水板钢筋作业台车、衬砌台车、自动养护台车、沟槽模板台车等机械设备，机械化配备程度最高；Ⅱ型机械化配套相比于Ⅰ型机械化配套主要区别在开挖、支护等作业工序使用机械化程度相对较低的多功能钻机、注浆泵、风动凿岩机、多功能台架来施工，其他配置与Ⅰ型机械化配套一致；常规机械化配套与Ⅱ型机械化配套相比，其支护、衬砌养护以及水沟电缆槽等作业工序由普通混凝土湿喷机、衬砌钢台模、简易仰拱栈桥、沟槽模板等来完成，机械化配备程度相对最低。机械化配套类型的选择应根据工期要求、作业工区长度、地质条件等因素综合确定，充分发挥机械设备的最大效率。铁路隧道３种机械化配套常用的设备见表１。
２ ３种机械化配套施工经济性分析
现行《铁路工程预算定额（第三册隧道工程）》（ＴＪＺ２００３－２０１７）中机械化施工定额主要用于使用大型机械钻爆法开挖、衬砌、支护的断面有效面积≥７６ｍ²的新建铁路隧道工程，本文暂选取双线隧道进行分析。采用大型机械化施工开挖定额的隧道工程，间接费费率按２５.９％计列。根据现行铁路隧道预算定额的使用条件，铁路隧道３种机械化配套施工各工序相关定额的选取见表２。
２．１ 工程实例选取
选取某新建铁路工程项目中的８个隧道的１５个正洞工区进行数据分析，根据铁路隧道施工各作业工序，选取相对应的预算定额，分别计算采用３种机械化配套施工时隧道的投资预算，计算结果见表３。
２．２ 数据结果分析
根据上述隧道预算表中的数据，分别计算采用Ⅰ型、Ⅱ型机械化配套施工相比采用常规机械化配套施工时，各级围岩指标增加值与增加比例，分析结果见表４。
通过表４分析结果可知，采用Ⅰ型机械化配套施工相比采用常规机械化配套施工时，Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩指标分别增加７.３％、６.５％、９.６％和１０.６％；采用Ⅱ型机械化配套施工相比采用常规机械化配套施工时，Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩指标分别降低０.３％、１.１％、２.１％和２.３％。
３ ３种机械化配套施工进度指标分析
《铁路工程施工组织设计规范》给出了适用于隧道断面有效面积＞６０ｍ²，且采用钻爆法常规机械化配套施工时的隧道正洞工区各级围岩施工进度指标。通过对某高铁湖北段采用机械化大断面法施工的１５座隧道４１个工区（其中Ⅰ型机械化配套工区２１个，Ⅱ型机械化配套工区２０个）的施工月进度指标进行统计分析，研究了适用于Ⅰ型、Ⅱ型机械化配套的施工月进度指标。３种机械化配套施工进度指标汇总见表５。
本文在进行隧道施工进度分析时，取用隧道施工月进度指标的中间值。通过上述分析结果可知，采用Ⅰ型机械化配套施工相比采用常规机械化配套施工时，Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩施工进度指标分别增加１７.６％、３４.８％、１８.２％和５８.８％；采用Ⅱ型机械化配套施工相比采用常规机械化配套施工时，Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩施工进度指标分别增加了０％、０％、－９.１％和２９.４％。
为了更加直观的分析采用Ⅰ型、Ⅱ型机械化配套施工对隧道施工进度的影响，选取上述某新建铁路工程项目中隧道的一个正洞工区，对其施工工期进行分析，分析结果见表６。
由表中数据可知，对于正洞工区长度为２６７９ｍ的隧道，采用Ⅰ型、Ⅱ型机械化配套施工比采用常规机械化配套施工，在工期上分别可以节省５.９个月和０.８个月。尤其采用Ⅰ型机械化配套施工时，节省工期比例高达２３.０％。
４ 结论
（１）相比于采用常规机械化配套施工，采用Ⅰ型机械化配套施工时，Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩指标分别增加７.３％、６.５％、９.６％和１０.６％；采用Ⅱ型机械化配套施工时，Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩指标分别降低０.３％、１.１％、２.１％和２.３％。可行性研究或者初步设计阶段，在确定各级围岩长度和指标的情况下，可根据上述分析结果快速计算出采用Ⅰ型、Ⅱ型机械化配套施工时的投资变化。
（２）采用Ⅰ型机械化配套施工时，有助于缩短隧道的施工工期，节省工期比例可高达２３.０％；采用Ⅱ型机械化配套施工时，对隧道的施工工期影响不大。
（３）铁路隧道机械化配套应根据隧道规模、地质条件、工期要求和投资情况等因素，按照技术先进、安全适用和节能环保的原则进行选择。
（４）目前隧道机械化施工定额适用于断面有效面积≥７６ｍ²的新建铁路隧道工程，需进一步研究断面有效面积＜７６ｍ²的隧道采用机械化施工时的投资变化情况。