铁路复杂艰险隧道的成本影响因素分析

何英南

(中铁十二局集团有限公司， 山西 太原 030024)

0 引言

随着我国经济社会的持续发展和综合国力的不断增强，以及国家西部开发、“一带一路”倡议等的相继实施，我国隧道及地下工程得到了全面、迅速发展，建设规模、建设速度和建设技术位居世界前列[1]。铁路隧道、公路隧道、城市地铁、市政地下工程、能源储存洞库等隧道及地下工程快速建设或纳入规划[2-3]。以铁路隧道为例，截至2019年底，投入运营的铁路隧道总长1.8万km，在建隧道约0.6万km，规划隧道约1.6万km；中国高速铁路总长3.5万km，投入运营的高速铁路隧道0.55万km， 在建高速铁路隧道约0.26万 km、规划隧道约0.8万km[4]。

近年来我国隧道及地下工程的规划建设有5个非常明显的趋势[5]：

1)工程规模越来越大。具体表现为特长隧道、城市超大直径隧道、超大规模地下综合体、超特长引水隧洞等不断增多，超级工程不断涌现。

2)地质条件越来越复杂。一是由于高速铁路线路曲线半径大，很难绕避不良地质和特殊岩土；二是由于社会经济发展，隧道及地下工程已经修建至一些人迹罕至的高原、复杂海峡水底等地质勘察极难开展的地区。

3)环境条件越来越艰难。复杂海域的气象条件、艰险山区的运输条件、生态环境敏感地区的保护要求等导致隧道及地下工程建设风险不断增加。

4)工程质量要求越来越高。一方面，高速铁路、能源储存、废弃物处置等新型基础设施的运行安全要求较高，对隧道及地下工程结构质量、耐久性提出了更严格标准；另一方面，贯彻新发展理念、高质量发展要求，对隧道及地下工程建设也产生了深刻的影响。

5)人工、材料、机械设备等生产要素价格不断上涨，工程造价上涨的内生动力越来越强。

隧道工程造价上涨的原因是极为复杂的，国内一些学者、专家对隧道及地下工程的造价影响因素开展了研究。郭陕云[6]从工程理念、技术运用、管理体制等方面分析了造成隧道及地下工程发展困局的原因，并给出了改革建设管理体制等建议。肖时辉[7]、石刘等[8]从盾构掘进、同步注浆等方面入手，研究了盾构隧道工程的造价。蒋相凤[9]从隧道工程造价结算审核角度，分析了隧道工程造价增加的原因。王虎标[10]从施工的角度，提出了强化隧道工程建设施工成本和造价管理控制的措施。陈阳[11]、杨卓梅[12]通过工程实例分析，研究了影响隧道工程造价的主要因素，从材料单价、运杂费计算等方面提出控制建议。赵红星[13]依托向莆铁路高地温隧道工程，分析了高地温隧道的造价特殊因素，综合确定了高地热铁路隧道施工费用的补充定额。

由于不同工程地区、不同地质条件、不同工程规模、不同时期造价差异大，许多复杂艰险工程经验不可复制，且目前对其规律性进行量化的适用性研究较少。因此，本文通过分析部分企业、部分区域的工程成本，对复杂隧道及地下工程建设中存在的突出问题、工程造价影响主要因素进行归纳提炼，提出工程成本管理建议。

1 隧道及地下工程成本的突出问题

随着我国在艰险山区、艰难水域、复杂地质条件下进行的隧道及地下工程建设逐渐增多，施工过程中的成本远高于工程中标价的问题逐渐突出。近年来，包含隧道的铁路工程的有关造价上涨、项目亏损已经呈现出规律性特点，主要如下：

1)行业工程造价分化，包含隧道的铁路工程建设面临行业性亏损。中国中铁2019年前3季度报显示，基础设施建设业务较房地产开发、勘察设计与咨询服务业务，营业收入、毛利率呈现数量级的差别(见表1)。在基础设施业务中，公路收入758.1亿元，毛利率8.6%， 而铁路业务收入1 625.6亿元，毛利率3%左右，铁路、公路建设业务出现显著差别。

表1 中国中铁2019年前三季报有关情况

2)复杂地质铁路隧道易出现亏损。郭陕云统计某段时期的27个铁路隧道项目(如表2所示)发现： 一是单线隧道亏损明显大于双线隧道，二是长大复杂地质隧道亏损明显大于围岩较好的短平快隧道。

3)地区性亏损出现，西南地区隧道工程普遍亏损。由表2可知，在青藏高原边缘的西南艰险山区，承担铁路隧道施工的企业均出现了较为严重的亏损。

4)由于地质复杂、施工条件艰苦，工期超过6年的工程屡见不鲜。国内外工程实践表明，大型、复杂隧道及地下工程造价上涨、工期延长是常见现象。大型工程、超长工期工程亏损需要高度重视。

2 隧道及地下工程成本影响因素

实际上，工程成本的上涨既有客观原因，也可能与管理不善等主观原因有关。隧道及地下工程建设是一项复杂的系统工程，投资大、工期长，影响工程成本的因素非常多，主要因素可从工程技术、工程经济、工程管理、宏观政策4个方面进行分析。

2.1 工程技术因素

为什么隧道及地下工程项目容易亏损？这是由隧道及地下工程自身的技术特点决定的。

2.1.1 工程设计特点

隧道结构是由围岩、支护构成的复合结构，施工过程中岩土与结构相互作用，不同的围岩地质条件、不同的施工方法，导致不同的工程造价。设计对工程造价影响主要考虑以下3个方面：

1)设计方案的针对性。兰渝铁路某隧道原设计采用三台阶方法，全隧概算指标约7.46万元/m，施工受阻后被迫改为CD、CRD、双侧壁等方法，施工成本达到26.4万元/m[6]；石刘等[8]对地铁盾构过硬岩段造价进行了分析，不同施工方案造价从7.65 ～27.1万元/m，相差巨大。因此设计方案合适、可实施性强对于成本控制十分重要。

2)地质条件的不确定性。受地形条件、勘探技术或勘探周期等的限制，深埋、超深埋隧道在设计阶段的地质不确定性是对工程设计造价影响最大的因素。围岩体的真实情况只有随着隧道的开挖及超前地质预报才逐渐明朗。因此，隧道施工工序和方法，都需要根据现场地质情况调整。隧道设计施工始终处于变化之中，其工程造价也必然存在着变动性和不确定性。

3)不良地质处治的时效性。不良地质处治措施设计可体现为相应的实物工作量，但是，不良地质处治需要大量的时间往往被设计忽视。考虑到安全问题，岩溶溶腔探测、岩溶水释能降压、煤层瓦斯探测、瓦斯抽排、高地应力岩爆处治等都只能单工序作业，再加上工序转换时间，复杂不良地质处治时窝工非常严重，时效性导致的成本上升在设计中概预算难以合理体现。

表2 某些重点铁路隧道工程成本状况分析[6]

2.1.2 工程施工特点

隧道施工是按照开挖、支护、衬砌逐段循环进行的。不同的施工工艺、施工装备水平，导致不同的工程成本。

1)机械化施工。目前，二次衬砌采用台车、仰拱采用栈桥、喷射混凝土采用湿喷机械手已经非常普遍，大型机械化与一般机械化的区别主要在是否使用凿岩台车、锚杆台车。因此，机械化施工成本的主要影响因素是凿岩台车、锚杆台车购置及使用成本。

2)超挖回填。无论是采用TBM掘进还是凿岩台车、手持风钻钻孔爆破，考虑施工工艺外放量、围岩成形等因素，隧道施工都会存在超挖[14]。超挖既增加了出渣工作量，又增加了回填喷射混凝土、回填注浆或衬砌混凝土量，特长隧道总计超挖回填费用十分惊人。此外，西南地区地质条件非常复杂，围岩极为破碎，容易发生小的坍塌、碎屑流，开挖难度极大，发生的超挖回填数量往往大于设计数量。

2.1.3 工程环境特点

隧道工程造价与洞内外工程环境紧密相关。目前以及将来，隧道建设的内外环境条件越来越复杂，主要体现在2方面：

1)洞内环境。由于辅助坑道设置困难，已经出现6～8 km独头掘进；此外，高海拔、高地温等条件对洞内作业功效减低、费用增加等的影响，需要继续探索规律。

2)洞外环境。复杂水域潮汐、大风环境、海水腐蚀等对海底隧道造价的影响较大；艰险山区施工便道、临时场地条件十分困难，临时工程建造、维护费用巨大。

2.2 工程经济因素

2.2.1 人工费用实际增长较快

1)在建铁路项目人工费标准自2011年发布实施至2017年，一直未进行调整。在建隧道项目调整后Ⅲ-1类人工工费仅为46元/工日。

2)2017年7月1日后实施的新版预算定额，隧道人工工费标准为82元/工日。

3)国家铁路局作为行业政府主管部门已经注意到了工费单价不足的问题，提出了相关调整方案并向全社会征求意见，尤其是隧道工程价差较其他工程增加幅度较大。

2.2.2 材料价格上涨幅度大

1)材料费用一般占到工程造价的50%～60%，复杂艰险工程由于工期长，更易受到材料价格上涨影响。如2007年以来，材料价格单边大幅上涨。以长江砂为例，2006年产地价格约10元/t，随着天然砂开采限制、打击非法采砂、环保督查、关闭非法码头等影响，价格稳步单边上涨，2016年为30～40元/t，2018年价高时突破180元/t，目前仍维持在高位。

2)复杂隧道工程多处于艰险山区，材料实际运距长、运价高。如西南地区某铁路隧道项目，地处云贵高原北部高寒山区，道路崎岖陡峻，沟壑纵横，常年阴雨连绵，恶劣的地形及气候条件抬高了市场运输价格，材料运输成本较普通工程高。

2.3 工程管理因素

2.3.1 复杂隧道变更有关因素

1)TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》明确规定，隧道设计应根据施工过程中的超前地质预报和现场揭示地质、监测信息开展动态设计。一些复杂、大型建设项目虽然采用了动态设计、单价承包模式，但是由于合同条款限制等，隧道变更设计后价格费用却不能相应调整，导致一些复杂项目施工成本增加。

2)复杂艰险隧道工程项目风险包干费对工程变更影响大。目前施工图招标项目总承包风险费约占1.5%，其中激励约束考核费和保险费约占0.9%，剩余0.6%包含限额内Ⅱ类变更设计、施工图量差等费用。由于隧道施工一般按0.5～4.0 m进尺逐段循环进行，其变更设计特点与桥涵等地面结构为主的工程完全不同。按照目前300万限额及变更设计工点划分原则，地质条件越复杂、隧道越长，变更设计累积费用越多，超出包干费较多，对工程成本影响大。

2.3.2 合同价款调整机制对复杂隧道影响大

无论是固定总价合同、固定单价合同，还是其他形式合同，工程建设合同条件应当遵循风险共担、合理分摊的原则，才能最终保障工程项目顺利实施以及工程质量安全。

目前，国内外对于复杂地质条件工程、超长周期工程建设的造价规律认识还不深入。复杂工程频繁、大量的变更，市场物价单边大幅上涨，二者交织叠加，给复杂隧道成本控制带来了挑战。

1)复杂特长隧道累计变更设计工程量、累计变更设计费用非常大。当原来发承包合同签订基础发生了重大变化，无论是固定总价合同，还是固定单价合同，均宜调整。

2)施工单位一般不生产工程材料、工程机械，因此从事工程施工主要是靠劳务费用获得利润，利润基础本身十分薄弱。人工、材料、机械等生产要素的价格涨落受宏观经济等诸多因素影响，施工单位没有能力做出精准及长期的预测。大型复杂地下工程工期一般较长，长周期物价波动预测更不现实。因此，复杂、较长工期的隧道工程，成本控制非常困难。

2.3.3 工期进度影响

1)现行Q/CR 9004—2018《铁路工程施工组织设计规范》提出了一般地质条件下隧道进度指标值，如表3所示[15]。

表3 隧道进度指标

其中，西南复杂隧道施工进度指标按不低于表3指标的85%考虑，高等级风险隧道施工进度指标应另行分析。但在实际施工中，由于各种因素，往往实际工期进度与进度指标不相符。比如，云南地区某大变形隧道Ⅴ级围岩施工进度为12.4 m/月，远低于规定的进度指标和施工盈亏平衡点。

2)工程施工定额是在正常施工条件、合理均衡组织施工的情况下测算编制的，工期提前需要投入大量的人力、物力和措施费用，工期延后各项费用也均会大幅增加。比如，云南地区的某隧道原合同工期60个月，目前延长至158个月，极大地增加了工程成本。

此外，隧道独头掘进长度变长、施工工区的工作长度增加、施工通风排烟时间长导致工效降低，施工组织管理和成本控制难度增加。

2.3.4 复杂隧道定额编制选用因素

1)现行定额标准是按正常施工条件下、合理均衡组织施工情况编制，未考虑高压富水、高地温、高地应力(岩爆、软岩大变形)、岩溶、瓦斯等特殊地质条件的影响因素，亦未考虑全断面预注浆、帷幕注浆、涌水抽排、多层支护等相关措施方法对后续工序产生的影响。实践证明，一些复杂隧道进行单价分析、套用有关定额子目时与实际工程出现较大偏差，导致成本控制失真。

2)根据定额选择对铁路隧道工程造价的影响分析，高铁定额水平更接近现场实际[16]。目前，普铁隧道与高铁隧道在实际施工工艺、装备配置上差别不大，但是选用定额不同导致部分普速铁路隧道成本分析失真。

2.4 宏观政策因素

近年来复杂隧道及地下工程实践表明，超长周期复杂项目工程造价受宏观经济形势、国家经济政策、社会治理政策变化的影响十分深刻。

1)以2007年—2009年金融危机为例，我国为应对危机影响，快速推出了进一步扩大内需、促进经济平稳较快增长的10项措施，大量资金投向基础设施建设，人工、材料等要素价格大幅上涨，快速推高了工程实施成本。

2)环水保政策、三去一降一补任务、河道采砂专项整治行动等，会影响到工程征地拆迁、砂石料生产运输、施工组织进度等方方面面，导致工程延期、成本上涨。

3)区域投资强度一段时期集中加大，也会导致要素价格供求失衡。近年来西南地区铁路、公路、水电项目密集批复建设，城市轨道交通、市政综合体也往往扎堆开工，导致工程相关的生产要素价格居高不下。

3 结论与建议

3.1 结论

1)复杂隧道及地下工程成本上涨是我国经济社会发展到特定阶段的必然现象。当今建造技术的进步使在我们有能力建成更多、更长、更大、更复杂艰巨的隧道及地下工程的同时，也要更加重视工程成本的控制。

2)超长建设周期的复杂隧道及地下工程造价控制难度大，因为在影响工程造价的诸多主要因素中，宏观经济往往比工程技术本身影响更大。中外复杂地下工程建设实践证明，即使是有经验的承包商也不能准确预测物价的长期走势，一个风险共担、合理分摊的合同对于复杂工程顺利建设尤为重要。

3)复杂艰险隧道工程的成本控制要高度重视工程设计的可施工性、经济分析与设计意图的匹配性。在对各种不良地质处治措施、复杂艰险环境大临工程等的造价规律尚未完全掌握的情况下，传统的限额设计、限价合同增加了复杂工程实施阶段成本控制的难度。

3.2 建议

复杂隧道及地下工程成本上涨，已由偶发性、局部性转变为区域性、普遍性问题，造成了施工企业大幅亏损，危及工程质量安全和可持续发展，也危及到国家战略的有效实施。问题的解决需要解放思想、实事求是对其客观规律进行分析研究，一方面应该依法合规调整工程价款，另一方面应避免签订无限风险合同，以利于复杂地区隧道工程成本控制。