0 引言
根据国家铁路局发布的铁路工程造价管理标准公告(国铁科法〔2017〕33号)附件，2017年版《铁路工程预算定额第三册隧道工程》［1］(以下简称“新定额”)将47号［2］、223号［3］中定额混合使用的隧长、换算隧长、全隧长等概念进行了规范和统一，改用工区长度来解决隧长的问题。按新定额“册说明”［1］，工区长度是用“最大独头长度”来定义的，即自洞口至最远工作面连续由1个洞口施工的隧道长度。但对长大、特长隧道来说，除采用掘进机、盾构等设备施工外，采用钻爆法仅由进出口2个工作面来施工是不现实的，一是工期长，二是超长距离通风困难。一般都会增设辅助坑道(平行导坑、斜井、竖井等)来实现长隧短打［4］，但同时也形成多工作面作业，导致出现单工区不连续施工情况，影响工区长度的确定，因此必须统一工区长度的计算原则和标准。
在相关隧道定额的研究中，单向华［5］从预算定额应用方向定义了定额隧长概念;罗运良［6］对定额换算隧长划分标准进行了探讨;黄有亮等［7］从定额编制角度论述了隧长、运距等项目划分要素对定额误差的影响;王会琴［8］针对秦岭特长公路隧道特点，通过细分隧长步距来提高定额准确度;闵美仿等［9］通过补充定额编制总结出多工作面管线路通风定额消耗量计算方法。但在定额送审稿专家评审过程中，对工区长度和通风管线路工程量的计算上仍存在不同的理解。本文对影响较大的开挖、出渣、通风及管线路等定额的工区长度计算进行系统阐述，提出实用的方法和建议，期望今后在编制铁路隧道工程概(预)算中对“新定额”工区长度的计算和应用有统一的标准。
1 工区长度计算原理分析
如图1所示，①、③工区由正洞进口施工，②、④工区由平导施工，计算其工区长度。当图1中4个工区的隧长L(=L1+L2+L3+L4)全部由隧道进口进行连续施工时，可理解为其工区长度为L(最大独头距离)。现图1中分为4个工区，按新定额“册说明”，4个工区均应按工区长度L计算。现假设L1=L2=L3=L4=Ln=0．25L，正洞进口与平导口到各工区的长度相等，下面按不同的理解方式对工区长度进行计算和误差分析，论证新定额“册说明”计算方法的合理性。①—④代表工区编号;L1—L4代表工区隧长。
图1 工区长度计算示意图
1．1按各自工区的最大独头距离计算工区长度
①、②、③、④工区按各自的最大独头距离计算，则各工区的工区长度分别为L1(=Ln)、L1+L2(=2Ln)、L1+L2+L3(=3Ln)、L1+L2+L3+L4(=4Ln)，则这4个工区的工区长度加权平均为(Ln+2Ln+3Ln+4Ln)÷4=2．5Ln=0．625L，计算误差为－37．5%。
1．2按各洞口的最大独头距离计算工区长度
①、③工区由正洞进口施工按③工区的最大独头距离计算，工区长度均为L1+L2+L3(=3Ln);②、④工区由平导施工按④工区最大独头距离计算，工区长度均为L1+L2+L3+L4(=4Ln)，其工区长度加权平均为(3Ln+4Ln+3Ln+4Ln)÷4=3．5Ln=0．875L，计算误差为－12．5%。
1．3按“换算隧长”理论计算工区长度
以全隧长为定额模型的“换算隧长”理论是指将只通过(不施工)的工区按其“通过长度”的4倍加施工工区长度的2倍进行换算，最早出现在铁建设〔2004〕47《铁路工程预算定额第三册隧道工程》中，仅限出渣运输使用。
因定额编制时，按隧道进出口2个掘进面施工为定额模型，平均施工隧长值(对应通过长度)为全隧道长度的1/4，最大施工隧长为全隧道长度的1/2。对应隧长换算过来就是用“通过长度”乘以4、“施工长度”乘以2来还原。但因实际施工与定额模型有差异，在许多项目实际应用中，换算隧长原则上按不超过全隧长进行处理(一些超过16km的特长隧道，甚至按16km进行控制)，应用上比较混乱。
本文以工区长度(最大独头距离)为定额模型的“换算隧长”理论，是将只通过(不施工)的工区按其“通过长度”的2倍进行换算。据此，4个工区的工区长度分别为L1(=Ln)、L1×2+L2(=3Ln)、(L1+L2)×2+L3(=5Ln)、(L1+L2+L3)×2+L4(=7Ln)，其工区长度加权平均为(Ln+3Ln+5Ln+7Ln)÷4=4Ln=L，计算误差为0。当L1≠L2≠L3≠L4时，“换算隧长”法计算误差仍为0。
1．4用定积分理论计算工区长度
当隧道施工起止工区长度分别为La和Lb时，其所有掘进面的平均工区长度可用定积分［7］推导为:
因定额模型中掘进面平均工区长度为定额工区长度(最大独头距离)的一半，则本例4个工区长度计算结果与“换算隧长”法一致，分别为Ln、3Ln、5Ln和7Ln，长度加权平均为L。
1．5不同计算方法差异性分析
综上所述，当出现正洞进口与平导交替作业时，可以简单地将平导进口与正洞进口视为同一洞口进行分析。在工区长度的4种计算方法中，“换算隧长”法和定积分理论推导结果与定额模型一致，其余2种计算方法均存在较大的负误差，验证“换算隧长”理论是正确的。新定额“册说明”将正洞进出口与平导交替施工的(小)工区简化为按同一(大)工区来计算工区长度，各自施工的(小)工区均统一按(大)工区的最大独头距离L计算工区长度。采用这种不换算的处理方式，简单实用，且不容易出错。应特别注意的是，对正1228隧道建设第37卷洞进出口与平导交替作业的工区，应分别按正洞进口、平导2个独立工区套用相应的定额，其工区长度基本一致，差别在于正洞通过平导施工的工区长度=L+h+Pc，其中h为1个横通道的长度，Pc=通过平导的长度－对应的正洞长度。
2 多辅助坑道作业下的工区长度计算及差异分析
为形象展示工区长度计算的差异，本文设定一种特殊条件下的施工组织安排，如图2所示，①、④工区由正洞进口施工，②工区由1#斜井(无轨)施工，③、⑤工区由进口平导施工，⑥、⑦、⑩工区由2#斜井(有轨)施工，⑧、⑨工区由3#竖井施工，1#、2#斜井和3#竖井的井长分别用F1、F2、F3表示。假设L1=L2=L3=…=L10=Ln，F1=F2=F3=0．5Ln，正洞进口与平导到各工区的长度相等。
图2 单隧道多辅助坑道部分施工组织安排示意图
2．1工区长度计算
2．1．1①、③、④、⑤工区长度计算
这4个工区由正洞进口与平导进口交替作业，按新定额“册说明”，其工区长度均应按最大独头距离L1+L2+L3+L4+L5=5Ln计算。按“换算隧长”理论，其工区长度应为L1×L1+［(L1+L2)×2+L3+L4+L5］×(L3+L4+L5)÷(L1+L3+L4+L5)=(Ln2+7Ln×3Ln)÷4Ln=5．5Ln。“换算隧长”理论计算的工区长度比用新定额方法时的取值大10%。
2．1．21#斜井施工正洞②工区长度计算
1#斜井施工正洞②工区的工区长度计算比较简单，按新定额“册说明”，其工区长度应按自斜井井口至正洞最远工作面最大独头距离F1+L2(=1．5Ln)计算。按“换算隧长”理论其工区长度应为F1×2+L2=0．5Ln×2+Ln=2Ln。“换算隧长”理论计算的工区长度比用新定额方法时的取值大33%。
2．1．33#竖井施工正洞⑧、⑨工区长度计算
按新定额“册说明”，正洞⑧、⑨工区应按2个独立工区计算，与1#斜井施工正洞的工区长度计算同理，其工区长度分别为F3+L8(=1．5Ln)、F3+L9(=1．5Ln)。按“换算隧长”理论，其工区长度均为2Ln。“换算隧长”理论计算的工区长度比用新定额方法时的取值大33%。
2．1．42#斜井施工正洞⑥、⑦、⑩工区长度计算
2#斜井施工正洞的工区中如果没有⑩工区，⑥、⑦工区的长度计算与3#竖井施工正洞⑧、⑨工区原理完全一致，由于在单位工程内通过竖井比通过斜井施工的造价指标高，为节约工程建设项目成本，在2#斜井与3#竖井施工正洞的工区贯通后，3#竖井退出施工，其后的正洞由2#斜井继续承担。因此，按新定额“册说明”，应将⑦、⑩工区按1个独立工区来计算，其工区长度为F2+L7+L8+L9+L10(=4．5Ln)。按“换算隧长”理论，⑦、⑩工区的工区长度应分别为F2+L7(=1．5Ln)、F2+(L7+L8+L9)×2+L10(=7．5Ln)，按1个独立工区来计算的工区长度加权平均为(1．5Ln+7．5Ln)÷2=4．5Ln。“换算隧长”理论计算的工区长度与用新定额方法时的取值误差为0。
2．2工区长度差异分析
由前面的分析可知，当通过辅助坑道或不同工区交替施工时，“换算隧长”理论计算值与按新定额方法时的取值会出现一定的差异，以图2为例分析如下:1)①、③、④、⑤这4个工区因②工区由1#斜井(无轨)施工，按“换算隧长”理论，通过②工区的长度应加倍换算，该情况下，按新定额方法取值肯定小于“换算隧长”计算值，示例误差为10%，属可控范围值。2)1#斜井施工②工区，2#斜井施工⑥工区，3#竖井施工⑧、⑨工区，按新定额方法取值肯定小于“换算隧长”计算值，示例误差为33%，差异比较大，其误差将随辅助坑道长度与其施工的正洞工区长度之比增大而增加。比如辅助坑道长度为其施工正洞工区长度的3倍时，误差为75%。3)2#斜井施工⑦、⑩工区，示例中按新定额方法的取值与“换算隧长”计算值的误差为0，只是一种巧合，当辅助坑道长度及正洞⑦、⑧、⑨、⑩工区长度的比例关系发生变化时，大多数情况下会存在误差，但误差方向不确定(正负都有可能)。
由于新定额刚刚颁布执行，虽然采用“换算隧长”理论时的计算值与按新定额方法时的取值存在一定误差，但为避免应用上的混乱，仍以按新定额方法取值为好。建议在下一轮定额修编时，通过斜井、竖井施工时，其工区长度将通过的斜井、竖井长度加倍计算，其余情况不作处理，不再引入“换算隧长”理论。
3 通风及管线路工程量分析
通风、管线路定额含“工区长度”和“延米工程量”2种长度。工区长度与前述说明一致，而根据新定额“册说明”，通风及管线路的工程量按独立工区长度计算，因此每个独立工区均需按配置1套通风及管线路计算。所谓“独立工区”是指从同一洞口(或辅助坑道口)施工正洞(或平导)时，仅有1个工区(工作面)在作业，如果有2个或以上工作面同时施工时，应理解为多个独立工区，为避免在实践应用中出现理解不一致，特进行分析。在下面的分析中，仅对施工正洞和通过辅助坑道施工正洞进行阐述，辅助坑道自身施工需配置的通风及管线路应按设计长度另计。
3．1一般性计算原则
仍以图1为例，假如没有平导，①、②、③、④工区全部由隧道进口进行施工时，只需配置1套通风及管线路，其工程量与工区长度一致，为L。现在①、③工区由正洞进口施工，②、④工区由平导施工，如果②、④工区同时作业，应理解为3个独立工区，需配置3套通风及管线路，第1套为正洞进口工区(工程量长度=L－L4)，第2套为平导施工正洞④工区(工程量长度=L+h+Pc)，第3套为平导施工正洞②工区(工程量长度=L1+h+Pc，L2纳入第1套计算)。平导施工②工区的通风及管线路留给正洞进口施工③工区使用，不能重复计算。如果②、④工区不同时作业，在图1中应简单理解为正洞进口(①+③)和平导(②+④)2个独立工区，其第1套、第2套通风及管线路的工程量长度分别为L－L4、L+2h+Pc。
3．2多辅助坑道作业下的工程量分析
仍以图2为例，设L1+L2+L3+L4+L5=L，说明如下。
1#斜井施工正洞②工区，配置1套通风及管线路(工程量长度=F1+L2)。3#竖井施工正洞⑧、⑨工区，如果同时作业，应理解为2个独立工区，需配置2套通风及管线路。第1套为3#竖井施工正洞⑧工区(工程量长度=F3+L8)，第2套为3#竖井施工正洞⑨工区(工程量长度=F3+L9)。如果不同时作业，则应理解为1个独立工区，配置1套通风及管线路(工程量长度=F3+L8+L9)。
正洞进口与平导进口交替作业的①、③、④、⑤工区，如果③、⑤工区同时作业，应理解为3个独立工区，需配置3套通风及管线路。第1套为正洞进口①、④工区(工程量长度=L－L2－L5，1#斜井施工正洞②工区时计算过的L2应扣除)，第2套为平导施工正洞⑤工区(工程量长度=L+h+Pc)，第3套为平导施工正洞③工区(工程量长度=L1+L2+h+Pc，L3已纳入第1套计算)。1#斜井施工②工区和平导施工③工区的通风及管线路留给正洞进口施工④工区使用，不能重复计算。如果③、⑤工区不同时作业，则应理解为2个独立工区，其第1套和第2套通风及管线路的工程量长度分别为L－L2－L5和L+2h+Pc。
2#斜井施工正洞⑥、⑦、⑩工区，如果⑥、⑦工区同时作业，应理解为2个独立工区，需配置2套通风及管线路。第1套为2#斜井施工正洞⑥工区(工程量长度=F2+L6)，第2套为2#斜井施工正洞⑦、⑩工区(合并为1个独立工区，工程量长度=F2+L7+L10)。3#竖井施工⑧、⑨工区的通风及管线路留给2#斜井施工正洞⑩工区使用，不能重复计算。如果⑥、⑦工区不同时作业，则应理解为1个独立工区，配置1套通风及管线路(工程量长度=F2+L6+L7+L10)即可。
3．3双线双洞隧道的工程量分析
某双线双洞特长隧道进口端特殊条件下的部分施工组织安排见图3［10］，Ⅰ线按一次建成、Ⅱ线按先期平导后期扩挖成正洞施工，其中Ⅰ线①、③工区由正洞进口施工，②、④工区由Ⅱ线先期平导施工，⑤、⑥工区由1#斜井(无轨)施工;Ⅱ线先期平导⑦工区由先期平导进口施工，⑧、⑨工区由1#斜井(无轨)施工，Ⅱ线后期扩挖与先期平导的工区划分一致。1#斜井井长用F1表示。
图3双线双洞隧道部分施工组织安排示意图
Ⅰ线①、②、③、④正洞工区以及Ⅱ线先期平导⑦工区按前述原则处理。1#斜井施工Ⅰ线⑤、⑥工区，Ⅱ线先期平导⑧、⑨工区按以下3种情况进行分析:1)⑤、⑥、⑧、⑨工区同时施工，需配置4套通风及管线路，第1套为1#斜井施工Ⅰ线正洞⑤工区(工程量长度=F1+L5)，第2套为1#斜井施工Ⅰ线正洞⑥工区(工程量长度=F1+L6)，第3套为1#斜井施工Ⅱ线先期平导⑧工区(工程量长度=F1+L8)，第4套为1#斜井施工Ⅱ线先期平导⑨工区(工程量长度=F1+L9)。由于辅助坑道内净空的限制，在1个斜井内同时安排4套线路是不现实的，实际施工时可采用风道等特殊通风形式，但定额应用应按4套编制。2)⑥、⑧、⑨工区同时施工，⑤工区在⑥工区施工完毕后实施，需配置3套通风及管线路，第1套为1#斜井施工Ⅰ线正洞⑤、⑥工区(工程量长度=F1+L5+L6)，第2套为1#斜井施工Ⅱ线先期平导⑧工区(工程量长度=F1+L8)，第3套为1#斜井施工Ⅱ线先期平导⑨工区(工程量长度=F1+L9)。3)⑥、⑨工区同时施工，⑤工区在⑥工1230隧道建设第37卷区施工完毕后实施，⑧工区在⑨工区施工完毕后实施，需配置2套通风及管线路，第1套为1#斜井施工Ⅰ线正洞⑤、⑥工区(工程量长度=F1+L5+L6)，第2套为1#斜井施工Ⅱ线先期平导⑧、⑨工区(工程量长度=F1+L8+L9)。
Ⅱ线后期扩挖⑦、⑧、⑨工区，还应各自配置1套符合正洞施工的通风及管线路。后期扩挖如果与前期平导开挖按一定步距同时进行，则可按一次成洞计;如果时间不重合或部分重合，则应分开计2次或按重合率推算通风及管线路工程量。
4 结论与讨论
在定额使用实践中，工区长度计算应把握独立工区最大独头掘进长度这一基本原则，通过其他工区施工段落时(非本工区施工)，其工区长度应将通过段落长度加倍计算，这样的计价结果更贴近定额模型值。通风及管线路工程量计算应把握“据实配置，合理分摊”原则，根据施工组织设计具体分析计算。
通过对工区长度和通风及管线路工程量的计算分析，阐明了定额实践中可能出现的差异、问题以及相关解决方法，加深了对新定额应用思路的理解。虽然“换算隧长”理论对工区长度的计算非常正确，但在实际应用中比较麻烦，难以快速准确把握和普及;通风及管线路设计阶段的施工组织设计可能会与实施性施工组织设计有差异，其工程量计算与新定额的计算规则有一定出入，本文建议仅做参考。“新定额”还有许多待改进、完善和创新之处，值得我们积极思考，深入实践，以便为铁路行业造价标准修订完善提供参考。
摘自：隧道建设