西北戈壁及沙漠地區(qū)新建鐵路工程費用問題研究

馬紹辰

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600)

1 引言

隨著中國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，國務院于2013年已經(jīng)著手研究加快中西部地區(qū)的鐵路建設，2015年“一帶一路”建設工作領導小組的成立，更凸顯國家對西部地區(qū)的重視。鐵路對一個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展有著至關(guān)重要的深遠影響。然而在西部修建鐵路談何容易，西部地區(qū)戈壁和沙漠環(huán)境為鐵路的修建帶來了重重困難。據(jù)統(tǒng)計中國的戈壁主要分布于溫都爾廟—百靈廟—鄂托克旗—鹽池一線以西北的廣大荒漠、半荒漠區(qū)域，總面積56.95萬km2，主要位于新疆、內(nèi)蒙古、甘肅和寧夏等地[1]。沙漠(包括沙丘和風蝕土地)總面積為71.29萬km2，戈壁和沙漠面積占到了全國面積的13.36%[2]。放眼全球荒漠化土地面積達3 600萬km2，更是占到了地球總面積的1/4，主要位于亞洲、非洲、南美洲等氣候干旱的發(fā)展中國家，一帶一路沿線更為突出。能否處理好戈壁沙漠地區(qū)病害，是鐵路修建的基礎，而如何合理確定工期和工程投資，并確保項目順利實施，則是設計人員同樣需關(guān)注的重點。

2 西北戈壁及沙漠地區(qū)鐵路修建面臨的問題

戈壁沙漠地區(qū)鐵路修建與沿海地區(qū)和其它內(nèi)陸省份鐵路修建的條件存在較大差異，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)自然環(huán)境較為惡劣，沿線地區(qū)人煙稀少，交通運輸情況差，生活物資供應困難。

(2)既有建筑材料匱乏，筑路所需的鋼材、水泥、砂石料等均需要遠運解決，部分砂石料只能依靠施工單位自采取得。

(3)戈壁沙漠地區(qū)氣候干旱，施工用水更是難以解決，施工用電部分依靠自發(fā)電解決。

(4)氣溫溫差大，工人、機械經(jīng)常要在極端溫度下施工，對工作效率影響巨大，機械保養(yǎng)、維修困難。

鑒于以上問題，戈壁沙漠地區(qū)鐵路修建需要在工程投資控制方面考慮更多影響因素，這就需要設計人員在勘察設計期間，提出有針對性的解決方案，為項目順利實施打下堅實基礎[3]。

3 戈壁及沙漠鐵路修建重點費用研究

額哈鐵路額濟納至梧桐水段(以下簡稱額哈線)項目全長近420 km，橋梁占線路長度5.6%，途經(jīng)內(nèi)蒙和甘肅。線路大部分地處戈壁，通過風沙流地段累計長度337 km[4]。本文對工程造價和項目實施影響較大的幾項基礎性費用進行分析研究，希望為其它戈壁沙漠地區(qū)鐵路項目提供借鑒與參考。

3.1 當?shù)厣笆腺M用分析

砂石料作為基建項目的主要原材料，價格因素對于項目的影響巨大。額哈線全線碎石(包括道砟)用量295×104m3、片塊石95 ×104m3、砂198 ×104m3?？紤]運雜費對于砂石料單價的影響共計8.4億元，占到了整個工程靜態(tài)投資58.4億的14.4%，因此砂石料單價的合理確定直接影響到項目的總投資。

通過勘探調(diào)查、綜合比較多個自采料點，選定的自采料點情況見表1。

表1 石料供應點

根據(jù)表1供應點按照最大運距相等法分析計算，供應平均運距L＝26.55 km[5]。

自采石料可以按照鐵路工程基本定額中機制碎石定額進行分析計算，費用包括爆破石方、裝卸、機械破碎石方、清篩等工序[6]。另外考慮開采碎石交納資源費、環(huán)保費等大概1.5元/m3。綜合分析自采碎石單價為68元/m3，與現(xiàn)場調(diào)查的石料場出場價60元/m3基本相當。

如僅依靠外購料源方式，并僅選擇線路附近的既有料場供應，石料的平均運距為245 km。按照汽車運輸單價0.6元/噸公里測算，運輸單價差為131.07元/t，全線碎石(含道砟)僅運費差額為38 665萬元，占項目靜態(tài)投資的6.6%。可見料源點的選擇對于造價的影響巨大。

工程用砂的費用測算原則與碎石一致，經(jīng)測算費用總額為29 927萬元，占項目靜態(tài)投資的5.1%。因此對于戈壁沙漠地區(qū)修建鐵路工程，必須加大外業(yè)勘察取樣的力度，合理規(guī)劃自采料場的位置，確保項目自采料場的規(guī)模、產(chǎn)能和質(zhì)量。

3.2 施工用水費用分析

額哈線除了在額濟納端有地表水，線路其它位置沒有地表水分布。因為地處戈壁沙漠，打井取水深度超過200 m，投入巨大[7]，即便是常年在西北地區(qū)找水的專業(yè)隊伍，也不敢保證可以打出可用水。經(jīng)勘察調(diào)查取樣，發(fā)現(xiàn)沿線可用水源點見表2。

表2 水源點調(diào)查統(tǒng)計

根據(jù)水源分布情況，計算全線平均運距為37.8 km，按照取水深度進行分析抽水單價為1.8元/t。水價的計算要考慮水資源費(為簡化計算水資源費統(tǒng)一為1.3元/t)、抽水費用以及運輸費用總和。

根據(jù)工程用水量統(tǒng)計，全線施工用水約350萬t，測算施工用水費用為9 023萬元。但對于西北戈壁沙漠等干旱地區(qū)，還有一關(guān)鍵問題必須考慮，那就是水源點的出水量[8]。經(jīng)調(diào)查，項目在Dk100之后的大里程方向施工供水嚴重不足，對于用水量較大的路基土方填筑和混凝土圬工等，經(jīng)消耗量測算分別為165萬t和65萬t。按照計劃施工工期，路基和橋涵施工工期均為24個月(不考慮冬歇期因素)，則每天的用水量達3 194 t，而后5處水源點每天合計供應能力僅有1 827 t，每天用水缺口在1 367 t以上，該部分水必須通過遠運解決，平均運距在140 km左右，按缺水總量和運費差測算運水費用需額外增加8 268萬元，占全線水價16 002萬元的51.7%。而對于施工用水運輸方式，同樣存在汽車運輸和管道輸送方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，進一步增加了問題的復雜性。

從上述分析結(jié)果可以看出，對于水源極度缺乏的戈壁沙漠地區(qū)，施工用水不僅要考慮水源點的位置、水質(zhì)要求，更要考慮其供應能力，否則將直接影響費用的準確性。而就目前的勘察設計計費辦法，對于沙漠地區(qū)線路范圍外大面積區(qū)域勘探找水的費用并沒有規(guī)定，設計單位也僅能通過當?shù)厮Σ块T的調(diào)查取證來判斷水源大致位置，并進行重點的鉆探取樣工作，其準確性和專業(yè)性不強。西北地區(qū)找水本身就是一個難題，需要在今后的工作中完善解決[9]。

3.3 施工用電費用分析

額哈線全線橋梁、涵洞分布比較均勻，因沿線多為戈壁沙漠，線位所經(jīng)地區(qū)幾乎沒有電網(wǎng)分布，施工取電困難。結(jié)合沿線調(diào)查收集的地方電網(wǎng)電源資料情況見表3。

全線橋梁共計158座，累計橋長23.559 km，約占總長度的5.61%。據(jù)初步統(tǒng)計，全線用電量約3 680萬度。

表3 地方電源情況分布

全線由于砂石料資源缺乏，設計考慮通過自采砂石料的方式供應料源，全線碎石(含道砟)用量約為295×104m3、機制砂用量為158×104m3、自采用量約為453×104m3，估算用電量約為2 170萬度。根據(jù)本線特點全線施工用電考慮三種方案。

3.3.1 施工用電盡量考慮接地方電源方案(方案一)

從地方變電站到車站配電所考慮永臨結(jié)合，提前開工，再從車站配電所引出35 kV的臨時電力線至沿線各工點。

(1)根據(jù)收集的地方電網(wǎng)資料，正式工程擬接入的電源分別為額濟納、建國營、黑鷹山、馬鬃山變電站。根據(jù)專業(yè)設計正式工程考慮利用起點附近既有額濟納西站的35 kV配電所，并新建天草、黑鷹山、馬鬃山3座配電所。新建配電所均從既有變電站引出，接線長度為140 km。由于施工用電負荷較大，考慮永臨結(jié)合需增加導線截面至185 mm2，永臨結(jié)合需增加費用700萬元。

(2)從既有額濟納西站和新建的天草、黑鷹山、馬鬃山配電所引出35 kV臨時施工電力線共計346 km，測算費用為4 463.4萬元。

(3)根據(jù)電價調(diào)查原始數(shù)據(jù)，35 kV的上網(wǎng)電價為 0.799元/(kW·h)。

采用地方電源的電價算式:

(4)根據(jù)永臨結(jié)合電力線工期需要1年時間，而全線路基、橋涵等工程施工工期為24個月，因此仍需考慮40%的自發(fā)電。

采用分散發(fā)電的電價算式[10]:

按上述分散發(fā)電公式計算電價為2.15元/(kW·h)。則全線工程用電費用為:

該方案共需投資:

Z1＝700＋4 463.4＋8 119.8＝13 283.2萬元

3.3.2 全線除站后工程考慮接入地方電源外，其它工程均采用分散發(fā)電方案(方案二)

站后工程開工晚，可以考慮接入地方電源，其它工程如路基、橋涵等開工早，利用貫通線引入地方電源工期上存在風險，因此按自發(fā)電解決。

(1)軌道、房屋等站后工程共需用電約370萬度，考慮接入地方電源。

(2)其余工程采用分散發(fā)電方式供電，則費用為:

該方案共需投資12 107.6萬元。

3.3.3 采用按永臨結(jié)合全線貫通電力線提前實施方案(方案三)

(1)因全線采用貫通電力線提前實施，無需額外臨時電力線的架設，但由于施工期用電負荷較大且不均衡，電源線、貫通線需增大一級導線截面并增設無功補償裝置共需增加2 430萬元。

(2)按永臨結(jié)合實施電力貫通線工期需要1年時間，而全線路基、橋涵等工程施工工期為24個月，因此仍需考慮40%的自發(fā)電比例。則全線工程用電費為:

(3)因正式工程電力線提前貫通使用，為滿足竣工驗收要求，貫通電力線在竣工前需考慮部分整修維護費用，測算費用為760萬元。

該方案共需投資:

根據(jù)以上分析與測算可以看出，針對項目情況不同，最終采用方案可能有所差別，但通過不同方案的比選，選擇安全可靠、費用經(jīng)濟的實施方案是設計人員必須要考慮的。本項目最終采用方案三貫通電力線永臨結(jié)合的方式，既經(jīng)濟又最大限度地減少廢棄工程和施工單位現(xiàn)場設備的配置。

3.4 貫通施工便道費用分析

本項目位于沙漠戈壁腹地，荒蕪人煙，遠離既有道路，材料運輸極為不便。由于氣候條件惡劣，資源嚴重匱乏，新建便道是本線唯一的生命通道。同時風沙災害較為頻繁，開通運營后維修養(yǎng)護量大，一旦養(yǎng)護不及時，極易影響鐵路行車安全。因此無論從施工角度，還是方便后期管理維修角度，盡量考慮貫通施工便道。

由于施工期間所有物資均通過貫通便道運輸，便道的行車壓力大，因此建議施工便道主要技術(shù)標準按照平原地區(qū)干線便道標準設計，路基寬度采用雙車道6.5 m，路面結(jié)構(gòu)層可以考慮泥結(jié)碎石或者級配碎石路面，結(jié)構(gòu)層厚度根據(jù)地質(zhì)情況不同在15～30 cm之間。從投資控制角度便道標準不宜過高，能夠滿足工程使用，隨用隨養(yǎng)即可[11]。

按上述技術(shù)標準進行費用測算，本線貫通便道與引入便道共計523 km，總計便道費用為9 937萬元[12]。

4 結(jié)束語

戈壁沙漠地區(qū)鐵路修建環(huán)境惡劣、資源匱乏，不同于其他地區(qū)，對于當?shù)夭牧蟽r格分析、施工水電及便道等基礎費用如何合理確定，就顯得更為突出。設計人員除了考慮線路方案、病害防治等因素外，還應當充分了解戈壁沙漠地區(qū)鐵路建設項目的特點，在項目前期做好策劃，以便在現(xiàn)場勘察期間可以有針對性地解決這些問題，更科學、更合理地確定項目的工程造價。