北京地铁九号线军

张键

城市轨道交通的蓬勃发展，极大地解决了城市区域公共交通出行困难的问题，地铁建设仍然是未来基础投资的主要方向。盾构法施工可确保复杂地层施工安全，被轨道施工领域广泛采用，但盾构的选型及土体改良等手段与施工地质条件密切相关，若实际地质条件与勘察设计资料不符，则可能导致出现较大的工程变更，进而大幅增加整条轨道线路的投资费用，因此本文针对北京地铁九号线军事博物馆站一东钓鱼台站区间盾构施工地质条件变化问题引起的价格调差过程进行分析，为后续类似工程提供借鉴、参考意义。

一、军——东区间基本情况

1、工程概况

北京地铁九号线是一条位于城市西部，整体呈南北走向的线路。线路起点设在丰台区郭公庄，沿万寿路南延向北，穿过六里桥，穿过军事博物馆以及玉渊潭公园，沿首都体育馆南路继续向北与四号线衔接，全长为16.5km。

军事博物馆站-东钓鱼台站区间盾构隧道全长1212m，埋深21-33m，隧道先后穿越永定河引水渠、玉渊潭公同、玉渊潭公园东湖、军事管理区等重要环境风险地区。

2、招标阶段地质

建设单位在招标文件中提供详细地质勘测资料，军一东区间盾构穿越地层为：卵石⑦层：其中卵石最大粒径不小于115mm，一股粒径30-50mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量的50～60%；砾岩层：主要为强风化～中风化，砾石成分主要为花岗岩、安山岩、石英岩等，最大粒径不小于110mm，一股粒径40～80mm。

2、投标方案盾构机选型

2006年初北京投入使用的盾构机大部份由日本或德国厂家以合资形式在国内加工制造的，少数为日系或德系的整机进口。北京地区地质一股为亚粘土、粉砂土质、粒径较小的砂卵石层，地质条件较好，对选用盾构机条件要求不高，上述盾构机即可满足施工要求。

当时国产盾构机市场售价约2000万元，日系盾构机市场售价约3200万元，德系盾构机市场售价约4000万元。2001年《北京市建设工程预算定额》中的盾构机掘进每延米台班费为4049.79元，密封艙添加材料每延米为1816.23元。

根据招标地质情况施工单位决定选用日系或德系盾构机，在投标方案中承诺购买全新设备完成军-东区间的隧道施工。

二、工程前期准备

1、现场地质调查

施工合同签订后，工程技术人员进入现场对该区间地质情况进行调查，在区间北端距离盾构正线约30m范围内，与隧道上表覆土深度相近的海军总医院门诊楼正在进行基坑开挖，基坑面积约7650m2，开挖深度17.5m，槽底可见粒径大于50cm的漂石约20余块，最大可见粒径约80cm，粒径30-50cm的卵漂石约60-80块。根据现场判断卯漂石含量和粒径较招标地质资料有了很大差异，初步断定地质发生较大变化。经过与业主、勘测单位沟通，勘察单位同意在东钓鱼台车站盾构接收井附近开挖探井对地质情况进行补堪，探井最大深度为24m。补堪结果为深度14.8～19.0m为大粒径砾石集中分布深度，不但粒径30～50cm漂石含量达到总量的约20%（20块），而且粒径50～80cm的漂石含量也较高（7块、约20%），深度19.0～24.0m砾石粒径相对较小，可见粒径一股小于20cm，仅在深度20.30～21.20m段分布个别粒径30～40cm漂石及70cm漂石1块，但胶结程度较好，整体强度相对较高。

根据以上地质勘察结果，基本断定实际地质条件与投标地质条件发生较大变化。为了进一步揭示盾构隧道所在地层准确情况，建设单位决定由施工单位配合勘测单位进一步对世纪坛盾构始发竖井进行地质跟踪调查。

2、盾构机采购

针对本区段复杂地质情况及盾构施工难点，原投标方案选用的普通盾构机型不能满足实际盾构施工需要。为此，施工单位经过反复考察论证和分析对比，特别定制了具有类似工程经验的加拿大LOVAT（罗威特）盾构机。设计上引入了“锤击式”破岩理念，在原出厂标准的基础上优化刀盘刀具配置，对破碎大粒径漂石设备及部件进行改良。如刀盘采用Q690钢、刀盘外另加碳化铬耐磨板，刀具采用进口优质钢材及合金制作的重型撕裂刀；加大盾构设备功率，提高刀盘主驱动功率、提高设备脱困扭矩；加强螺旋机功率和耐磨性，保证排渣顺畅，加强密封措施。

3、经营筹划

基于施工单位现场调查和勘察单位补堪获得的地质技术资料，可以基本推断出军一东区间卯石含量较大且有大量漂石存在，卯漂石含量、粒径、强度与地质调查资料严重不符。根据施工合同文件35.3.4条款的约定，以“分部分项工程量清单项目中，如果地质勘察报告表明现场整体地质实际条件与招标时的条件发生重大变化，或者工程规模进行重大调整，将给予调整”作为合同开口点，经营部门认为可以作为突破口启动地质调差程序，但必须取得强有力的技术资料支持和业主、咨询公司、勘测单位的认可。因此需要对地质情况进行更深入的揭示，在开挖盾构始发井时和盾构施工过程中进行跟踪调查，对地质情况进行定量和对比分析，准确详实记录卵漂石含量及粒径，对卵漂石强度进行取样试验，收集整理资料，为地质调差创造条件。

三、启动地质变化价格调差

1、开展跟踪地质调查

在盾构始发井开挖过程中，施工单位和勘测单位配合进行了地质跟踪调查，发现该区段有大量的卯漂石沉集，盾构隧道穿越地层部分为第三纪强风化-中等风化粘土岩、砾岩及卯砾、卵漂石层，在隧道范围内存在随机分布有大粒径卵石和漂石，漂石最大粒径可达1.2m*1.5m，卵石粒径达20cm以上的含量高达54.3%，远大于招标地勘数据。卵石强度较大，强度平均值139Mpa，最大可达187Mpa。砾岩地层胶结状态好、整体强度高，可挖性难度大，明显高于招标地勘中描述的地质强度。区间隧道部分处于潜水层中，且需穿越310m宽玉渊潭东湖，湖底隧道掘进断面全部处于潜水层，水面平均高度均高于隧道拱顶80cm。地质跟踪调查综合分析结果显示本区间实际地质情况较招标地质情况发生了重大变化，地层情况十分复杂，该地段为公主坟隆起带，是北京市地铁工程罕见的地层结构。

2、确认地质变化

施工过程跟踪地质调查获得了详实准确资料，地质重大变化得到建设单位的认可。由地质变化引起施工难度和成本大幅度增加，施工单位根据施工合同文件3534条款的约定，启动了索赔程序。原投标报价依据是2001年《北京市建设工程预算定额》，该定额基于亚粘土、粉砂土质等地质情况较好北京一股地层制定的，已不能作为军一东区间工程单价分析依据，也不能作为类似工程的组价参考。根据施工合同32.1.1.3条款约定， “新增项目应重新组价，但套用的人工、管理费、利润按原有报价相应标准执行，机械和材料价格原清单可以查到的，按清单执行，原清单中没有的，参考施工当期造价信息执行，造价信息没有的由发承包共同询价确定”，合同双方从组价开始进入地质调差实施阶段。

四、调价项目分析

1、盾构台班费

盾构设备在含大粒径漂石的砾岩层及富水卯漂石层掘进必将带来掘进时刀具、刀盘磨损严重，机械磨损严重、寿命缩短。按照实际的地质条件和合同清单盾构机台班费构成情况，对LOVAT（罗威特）盾构机台班成本进行分析。

（1）盾构机折旧赞

按工作量法计算盾构机折旧费用的公式为：

Fzj-Y（1-c）I/（L×t） ①

I-1+1/2×i（m+1）

②

式中Fzj—盾构机台班折旧费；

Y—进口设备费用，即到岸价格加国内运费；

c—残值率；

I—时间价值系数；

i—年利率；

m—折旧年限；

L—盾构机在主轴承寿命期内平均推进长度；

t—平均推进1米所需要盾构机台班。

本LOVAT盾构机的实际测算：

①使用加拿大LOVAT盾构机，进口设备购置费用为6583万元。

②参照2001年《全国统一施工机械台班费用编制规则》，盾构机残值率为5%。

③按目前银行贷款利息年利率i为7%。

④按照国际通常的计算方法，盾构机推进8-10km报废，根据LOVAT盾构机寿命期内在复杂地质条件下推进长度下限L为8km。

⑤折旧年限m的确定方法：

第一，是采用产量法估算折旧，如果完成的工程项目隧道比较长，则折旧年限就比较短，反之，如果需几个工程项目才能完成报废的工程量，则折旧年限就比较长。所以m的确定受完成项目工程量及工期的限制。国内地下工程项目招标标段划分比较短，特别是城市地铁工程，大多是一个区间一个标段，一个区间1-2km，则一个标段的推进长度是2-4km，这样，盾构机要完成3个左右的项目才能达到报废产量。连续完成3个项目的时间约为5-6年时间（不包括无施工任务停机等待时间）。考虑施工任务不饱满因素，折旧年限按7年计算。

第二，是通过实测施工中盾构机主轴承运转时间，以设备记录的数据为依据，对应记录期盾构机掘进里程，计算在盾构机主轴承寿命期内盾构机掘进总里程。本区间盾构施工时间自2010年3月20日盾构机始发至2011年7月20日总计365+4×30+2=487天，据上表统计数据顯示，盾构机实际作业时间为265天，计88个月，则每月实际掘进1176/8.8-133m/月，以盾构机生产厂家确认10000小时主轴承寿命下限测算，盾构机折旧年限计算：10000m/133m/月=75月，即75/12=6.26年。

⑥确定平均推进1m使用盾构机台班t。依据实际施工中统计数据，盾构机主轴承运转时间为逆时针运转627.1小时，顺时针运转539.7小时，记录期掘进总环数980环折合1176延米，即盾构机主轴承工作1166.8小时，盾构机掘进里程为1176延米。在实际施工中还应考虑除掘进之外的其他工作时间，如拼装时间、管片和土方运输时间、接轨时间、注浆时间、测量时间、设备保养时间等一系列辅助工作时间，实际施工时间是自2010年3月20日盾构机始发至2011年7月20日，总计施工时间为365+4×30+2=487天，以每天3班计共消耗1461台班，则每延米台班消耗为1461/1176=1.24。正常情况下在第三纪砾岩层、第四纪卵石层24h平均推进242m，则每推进1m所需台班为1.24，即t=1.24台班。

则I=1+1/2×7%×（7+1）=1.28

Fzj-65836596×（1-5%）×1.28/（8000×1.24）-8070.29（元）

每掘进1m盾构机折旧费为8070.29×1.24-10007.16（元）

（2）盾构机大修理费

每推进1m盾构机大修理费用的计算公式为：

Fdx-Fx×n/L

⑤

式中Fdx—推进1m大修理费用；

Fx—一次大修理费用总额；

n—寿命期大修次数；

L—盾构机在寿命期内平均推进长度。

本LOVAT盾构机假定寿命期大修理次数为2，参照《全国统一施工机械保养修理术经济定额》，结合进口配件价格及市场行情确定Fx=650万元，则按工作量法计算每推进1m大修理费用为：

Fdx-6500000×2/8000=1625（元）

（3）盾构机经常修理费

2001年《全国统一施工机械台班费用编制规则》中，每推进lm盾构机经常修理费用计算公式为：

Fjx-Fdx×K

式中Fjx—每推进1m盾构机修理费；

K—台班经常修理系数（参照国产机械K=1.73）。

则Fjx=1625×1.73=2811.25（元）

（4）盾构机机上司机工费

（5）根据在施工程项目实际数据和科学合理计算方法，测算出LOVAT盾构机的机械台班费为每延米16143.41。

2、密封舱添加材料

军-东区间超大粒径漂石含量高，颗粒之间空隙大，无黏聚力，盾构在此条件下掘进，土体流塑性差，推力、刀盘扭距大，刀盘、刀具及螺旋输送机磨损严重，推进速度极其缓慢，通过渣土改良是解决上述问题的有效手段。试验结果表明：大量采用钠基膨润土和泡沫作为混合改良添加剂对土体进行改良能够显著降低盾构的推力和扭矩以及渣土温度，可增加渣土的和易性与流动性，减小刀盘和螺旋输送机的扭矩，防止黏附，利于渣土排出。

在2001年《北京市建设工程预算定额》中，土体改良针对的北京一般的亚粘土、粉砂土质地层，改良材料采用普通膨润土加泡沫，盾构机掘进每延米定额量膨润土180kg，泡沫100L。军一东区间地质的特殊性决定盾构推进必须采用改良效果更佳的钠基膨润土，并大大提高该膨润土和泡沫的注入量。土体改良材料用量以经过建设单位代表和监理方代表现场确认的实际消耗为基础，分别对人工费、材料费及机械费三部分进行调价，以下为具体分析：

（1）人工费

综合工日采用《北京市建设工程预算定额第十一册地铁工程》中含量，每延米消耗2.284工日，采用2010年《北京市工程造价信息》第3期人工单价，每工日人工单价为53元。综合工日费为2.284×53=121.05元。其他人工费采用《北京市建设工程预算定额第十一册地铁工程》其他人工费12.59元。人工费为121.05+12.59=133.64元。

（2）材料分析

大粒径砂卵石地层盾构掘进需对开挖土体进行改良，改良材料主要包括下列四部分：

①钠基膨润土根据现场实测，从盾构机始发到第411环总消耗221t，每延米消耗221×1000/（411×12）=448.094kg，实际采购单价为0.45元/kg，小计448.094×0.45=201.64元。

②用水量采用《北京市建设工程预算定额第十一册地铁工程》中含量，每延米消耗4.852t，采用2010年《北京市工程造价信息》第3期单价为6.21元/t，水费共4.852×6.21=30.13元。

③泡沫剂据现场实测，截止到第411环总消耗656桶，每桶200kg，每延米消耗656×200/（411×1.2）=266.018kg，实际采购单价为15元/kg，小计266.018×15=3990.27元。

④其他材料费采用《北京市建设工程预算定额第十一册地铁工程》其他材料费15.94元。

材料费合计201.64+30.13+3990.27+15.94=4237.98元。

（3）机械费分析

注浆所需设备主要分为下列两部分，因此进行定额调差相应计算如下：

①空压机6m3/min，采用《北京市建设工程预算定额第十一册地铁工程》中含量为0.139台班，根据市场价格每台班200元，小计0.139×200=27.8元。

②其他机械费采用《北京市建设工程预算定额第十一册地铁工程》其他机具费8.23元。

机械费合计：27.8+8.23=36.03元。

（4）盾构机掘进1延米注入密封舱添加材料合计价格为4407.65元。

五、实现价格调差

1、批复补充定额

由于九号线特殊地质的情况，以军-东区间为代表多个区间和车站存在地质调差问题，由于增加投资数额较大，超出九号线立项审批的概算，必须进行调整概算。施工单位负责整理地质调差资料，建设单位审核上报北京市造价处，造价处根据施工方案和确认人工、材料、机械的消耗量，并以2001年《北京市建设工程预算定额》和工程造价有关规定和依据，按照大部分项目属于地铁新工艺、新材料、新做法，有些材料和机械价格属于2001年选价和现行造价信息的短缺，按市场价格编制。具体使用办法如下：（1）工程计价时按施工阶段市场价格调整人工、材料和机械价格；（2）本补充定额在编制设计概算时也可参照使用；（3）本补充定额仅作为九号线工程一次使用。补充定额的批复，为施工单位地质调差提供了有利依据，也为业主调整概算提供计价基础。

2、分析对比经营成果

依据北京市造价处地铁九号线补充定额的子目，军一东区间盾构台班和密封舱添加材料的价格进行了调整，施工单位在弥补超额成本的基础上产生良好的经济效益。

一個工程项目的成败，关键在于实施初期对整个项目经营的总体筹划。在本案例中投标时盾构定额套用北京地区常规地层的含量，招标文件的地质条件与现场实际严重不符，造成施工难度和成本的大幅度增加。此类问题的解决需要对施工合同、现场情况、技术条件进行综合分析，从找施工合同开口出发，着重对现场实际情况进行深入探查和梳理，通过扎实的基础技术资料支持，利用科学的方法进行对比和分析，进行积极的反应和沟通，最终促成问题的圆满解决。