风沙地区铁路施工增加费用研究

1 研究背景

1.1 既有标准说明

《铁路基本建设工程设计概(预)算编制办法》(原铁道部“铁建设[2006]113号”)(以下简称“113号文”)[1]规定：“风沙地区施工增加费是指在内蒙古及西北地区的非固定沙漠地区施工时，月平均风力在4级以上的风沙季节，进行室外建筑安装工程时，由于受风沙影响应增加的费用，本项费用按室外建筑安装工程的定额工天×编制期综合工费单价×3%计算”。

1.2 既有标准的适用性分析

既有标准解决的是非固定沙漠同时存在大风的风沙地区的降效补偿，而非单一的沙漠或单一的大风地区，强调的是月平均风力在4级以上的季节，而不是考虑瞬时风力。既有标准在工程实践中的适用性分析如下。

(1)风和沙的问题

既有标准是针对非固定沙漠且存在大风的地区情况，实际工作中涉及的相关地区主要有3类。

一是大风地区，仅有风害，无沙害，如沿海海风地区。

二是沙漠地区，内蒙古及西北地区分布较多，如罗布泊沙漠，以沙为主，风沙害共生。

三是风沙地区，以风为主，沙随风移，风害沙害伴生。如戈壁、半固定沙漠及一些特殊的地理区域，这种地区在西北分布较多，如新疆北天山风区。

通过以上分析，为适应大风、沙漠和风沙等不同地区的实际情况，风害和沙害宜分别制定相应的施工降效标准。

仅有风害的大风地区西北较少，沿海海风最为典型，一般平均风力不是很大(突发的灾害性台风、飓风不属降效问题范围)，而且持续时间不是很长，但是气候潮湿，有弱侵蚀问题，公路行业计费标准中是单独条款，建议有关机构在铁道标准修订时考虑，本课题不作研究。

沙漠地区具有高温、温差大、蒸发量大、干旱少雨、沙体极不稳定，常伴有大风等特点，但我国以往沙漠铁路极少[2]，近几年才陆续出现，公路等行业针对沙漠地区风沙地区施工增加费的研究较多[3]，也有相应的标准，铁路行业应结合自身工程特点单独研究，本课题不作研究。

本课题仅研究第三类即风沙地区施工降效问题。研究对象为内蒙古及西北风沙地区，其主要特点是风力等级高、频率高，风区范围大，大风持续时间长，风生沙石起，风沙害共生。

(2)风力等级影响问题

风害重于沙害，风沙害重于单一的风害，不同风力等级间风速差异较大，详见表1，对施工降效的影响程度也明显不同，应按照风力等级来区别研究施工降效问题。

风沙地区铁路施工增加费标准建议(以下简称“标准建议”)：通过以上分析，月平均风力且极大风速的风力累计时间达到一定程度的风沙地区，部分工程必须因避开大风而停工，可根据调查资料另行分析计算该项费用。

表1 风力等级与风速对应关系

风力等级名称风速/(m/s)/(km/h)陆地地面物象海面波浪浪高/m最高/m0无风0.0～0.2<1静,烟直上平静0.00.01软风0.3～1.51～5烟示风向微波峰无飞沫0.10.12轻风1.6～3.36～11感觉有风小波峰未破碎0.20.33微风3.4～5.412～19旌旗展开小波峰顶破裂0.61.04和风5.5～7.920～28吹起尘土小浪白沫波峰1.01.55劲风8.0～10.729～38小树摇摆中浪折沫峰群2.02.56强风10.8～13.839～49电线有声大浪白沫离峰3.04.07疾风13.9～17.150～61步行困难破峰白沫成条4.05.58大风17.2～20.762～74折毁树枝浪长高有浪花5.57.59烈风20.8～24.475～88小损房屋浪峰倒卷7.010.010狂风24.5～28.489～102拔起树木海浪翻滚咆哮9.012.511暴风28.5～32.6103～117损毁重大波峰全呈飞沫11.516.012飓风>32.6>117摧毁极大海浪滔天14.0-

1.3 研究目的、对象及样本选择

随着我国铁路网的延伸，穿越大风地区、沙漠地区或风沙地区的铁路项目越来越多，现行的相关标准表现出明显的不适用性，需要进一步研究完善。

所以，本次研究的对象定义为“内蒙古及西北风沙地区施工增加费”，不涉及上述的大风及沙漠地区。重点研究风沙共生的非沙漠地区施工降效问题，为《铁路基本建设工程设计概(预)算编制办法》的修订提供参考依据。

根据上述研究对象定义，类似的地区在新疆、内蒙古、甘肃、宁夏、陕西等地均不同程度存在，其中以新疆地区最为典型。由于这些风沙地区大多为无人荒漠区，生产活动较少，所以对风沙的监测统计资料普遍缺乏。既有兰新铁路通道跨四大风区，区内大风频繁，风力强劲，其影响线路的总长度462.409 km[4]。根据现有资料，三十年重现期2 min平均风速最大达46.6 m/s(15级风)，瞬时最大风速超过54.6 m/s(16级风)。大风风灾体现为吹翻列车、破坏站房、路基及通讯设施，甚至危及人员生命安全。既有兰新铁路曾发生过多起大风引起的列车倾覆或脱轨事故，尤其近年来该铁路频遭大风袭击而中断运输，造成了巨大的经济损失和社会影响。针对新疆通道内严重的风沙灾害问题，乌鲁木齐铁路局自2005年起陆续建立了一些风力监测站，积累了部分宝贵的监测资料，为准确掌握该地区风沙活动规律，制定合理的防风、防沙工程措施方案，为确保行车安全提供了可靠的基础数据支持。

综合各种因素，《风沙地区施工增加费研究》(研究依据：原铁道部铁建设函[2010]10号)样本选择为“兰新通道新疆段风沙地区”，为提高数据分析的可靠性，选择4个风区同步分析，结合经由“兰新通道新疆段风沙地区”的新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线开展工作，进行测算分析研究。

2 风沙地区铁路施工增加费研究

2.1 兰新通道新疆段风沙地区概况

新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线新疆段大部分地处荒漠戈壁中，自西向东依次穿越的四大风区为：达坂城风区76.573 km、三十里风区86.399 km、百里风区170.114 km和烟墩风区129.325 km[5]。

(1)达坂城风区

达坂城风区里程范围为DK1746+227～DK1820+000。位于达坂城至乌鲁木齐，天山以北，为天山余脉中较平坦的戈壁荒滩，同时天山形成两山夹一谷的地形，该区大风不集中，每月都会出现，但是较多的为3、4、5月份，小风每个月份都有，且大于5级，以西风为主，兼有西北风、西南风等。

(2)三十里风区

三十里风区里程范围为DK1680+000～DK1746+227。风区位于吐鲁番至后沟地区，处于天山中两山夹一谷的地形，全年最大风速主要发生在冬春接替的4～5月、风向稳定、主导风向NW0°～50°。

(3)百里风区

百里风区里程范围为DK1384+800～DK1540+000。风区地处了墩至鄯善范围内，为哈密、吐鲁番盆地北缘天山南麓山前冲、洪积平原区，地形平坦开阔，地势略有起伏，地面高程700～1050 m，多为典型的戈壁荒漠地貌。每年风季，西伯利亚强冷空气进入新疆后，沿天山北麓聚集，通过七角井山口直泻吐鲁番盆地。该区大风月集中在每年3、4、5月，小风每月均存在，春秋季风大，夏冬季相对风小，百里风区主导风向N10°～50°，风向基本不变。

(4)烟墩风区

烟墩风区里程范围为DK1123+063～DK1256+000。风区位于天山-马鬃山的山口，该区大风月集中在夏秋季节，常年大风。

四大风区地理位置详见图1。

图1 四大风区地理位置示意

四大风区的大风气象资料详见表2。

表2 2006～2009年5级及以上大风气象资料汇总 h

风区名称风力等级达坂城风区三十里风区百里风区烟墩风区5级6级7级≥8级5级6级7级≥8级5级6级7级≥8级5级6级7级≥8级1月189105258275022417191720349242月114483436343828404738325045191493月968567456272766181756110973513274月9896655286865851888462109814223195月93898765639576839283821681006247266月108138765213714210463122128901221026234127月1411317416176176691612414111885114682878月961047239147129634112411278108845121149月91975831120100573610397661029057442910月9985532110480492691765872823416611月1206937145053351833374065564218312月1615936172937261917192631301471全年合计140511056843941035105766145793690872910388925092851363～10月合计821825552320896879551376823796615873726426244120

2.2 风沙地区铁路工程施工的影响因素分析

(1)对生产工人的影响

主要表现为有时呼吸困难、行走困难，视力能力降低，时有恐惧心理，生活枯燥、情绪烦躁、精神抑郁，从而导致劳动效率下降[6]。

(2)对建筑材料的影响

主要表现为建筑材料易被沙尘污染[7]，路基、养护施工用水蒸发量大等。其中为解决沙尘污染问题而增加的建筑材料覆盖、遮挡费用已经在小型临时设施费用中考虑，路基、养护施工用水量应在设计中考虑，所以本次研究忽略风沙对建筑材料的影响。

(3)对施工机械的影响

主要表现为机械操作视线差，起重机、架桥机等作业面高的机械操作安全性差[8](需设缆风绳和地锚加固措施)，机械零部件易积沙，磨损大，机械故障多，从而导致机械效率下降，使用成本增加。

(4)对临时工程的影响

主要表现为小型临时工程中的临时生产、生活房屋(包括生产工人居住房屋、料库、料蓬、钢筋加工棚等)基础需作地基梁等特殊处理[9]，房屋、厂房内部需增加型钢架支撑与固定彩钢板或在房屋外部使用缆风绳和地锚加固；大型临时工程中的混凝土拌和站、龙门吊机等设备需使用缆风绳和地锚加固。

(5)对主体工程施工措施的影响

主要表现为在高空进行模板安拆、混凝土浇筑等施工时，需设临时挡风设施和脚手架加固设施。

标准建议：通过上述分析，由于受风沙影响而增加的费用，内容包括人工、机械降效增加费，材料费，临时工程增加费，主体工程施工措施费等。

2.3 其他行业或地区对风沙地区施工增加费的研究现状

(1)公路行业

《公路工程基本建设项目概算预算编制办法》(JTGB06—2007)[10]规定，风沙地区施工增加费系指在沙漠地区施工时，由于受风沙影响，按照施工及验收规范的要求，为保证工程质量和安全生产而增加的有关费用，内容包括防风、防沙及气候影响的措施费、材料费，人工、机械效率降低增加的费用，以及积沙、风蚀的清理修复等费用，费用以各类工程的人工费和机械使用费之和为基数，根据工程所在地的风沙区划及类别所确定的费率计算。与兰新二线同类地区公路工程，其费率最低为高级路面工程2%，最高为人工土方工程27%，与兰新铁路第二双线新疆段相似的地区，公路工程平均费率约为人工费与施工机械使用费之和的7%。

(2)新疆地区

新疆建设厅《新疆建筑安装工程费用定额》(新建造[2004]3号)规定[11]，在沙漠腹地或在沙漠边缘地区施工，由于高温、风沙使人工和机械降效所增加的费用，以人工费和施工机械使用费之和为计费基数，沙漠腹地按20%计列，沙漠边缘按14%计列。新疆地区水利、石油等行业风沙地区施工增加费均执行该规定[12-15]。

标准建议：通过以上分析，风沙地区铁路施工增加费的计算基数，宜为风沙区段范围内室外建筑安装工程的编制期人工费与施工机械使用费之和。

2.4 风沙地区铁路施工增加费测算原则

综合风沙地区铁路工程施工的影响因素分析结论及其他行业或地区规定等，风沙地区铁路施工增加费测算原则如下。

(1)风沙对临时工程(小临及大临)及主体工程施工措施的影响应结合相关施工规范，与施工措施费、安全生产费等统一进行研究，本次研究暂不考虑。

(2)风沙地区施工增加费的计算基数，宜由人工费调整为人工费与施工机械使用费之和。

(3)根据工程实践及施工单位现场测定结果，结合相关规范规定，4级及以下风力条件下施工不降效，8级及以上大风按100%降效考虑，降效测定主要以5～7级风力为主。

(4)风沙地区施工增加费仅考虑对施工月份的影响，11、12、1、2月份按冬休停工考虑。

(5)风沙地区施工增加费仅考虑对室外建筑安装工程的影响。

(6)根据现场测定的不同风力等级条件下人工、机械降效幅度，结合各风区的施工月份大风资料，确定各风区的降效系数。

2.5 不同风力等级条件下施工降效幅度分析

(1)现场测定资料统计分析

根据现场测定资料，兰新铁路第二双线新疆段四大风区内不同风力等级条件下各施工标段施工降效幅度详见表3。

表3 现场测定的施工降效幅度统计汇总

风力等级施工标段所属风区人工降效幅度/%机械降效幅度/%5级4标百里风区18.87.86标三十里风区18.47.77标三十里风区19.45.78标达坂城风区13.614.99标达坂城风区13.65.96级1标烟墩风区40.914.72标烟墩风区37.012.63标烟墩风区37.013.04标百里风区33.813.05标百里、三十里风区41.312.16标三十里风区33.49.77标三十里风区28.913.58标达坂城风区20.836.19标达坂城风区22.111.47级2标烟墩风区38.314.43标烟墩风区38.214.64标百里风区42.615.55标百里、三十里风区46.217.16标三十里风区48.412.77标三十里风区43.823.18标达坂城风区39.875.29标达坂城风区39.415.7

(2)施工降效幅度数据分析

根据表3现场测定数据，剔除过高及过低等异常样本，按算术平均法计算各风力等级平均降效幅度见表4。由于施工机械在8级及以上风力情况下处于停工状态，此时不再消耗燃油动力费用，应予以折减。经测算，兰新铁路第二双线新疆段燃油动力费用约占总机械费用的39.72%，因此施工机械降效幅度为60.28%。

表4 各级风力施工降效幅度汇总

风力等级5级6级7级≥8级人工降效幅度/%16.9233.2941.68100机械降效幅度/%7.1212.9016.7360.28

2.6 四大风区风沙地区施工增加费费率测算

根据乌鲁木齐铁路局科研所提供的四大风区气象资料(表2)及不同风力等级条件下施工降效幅度(表4)，各风区的风沙地区施工增加费费率测算过程详见表5。

表5 各风区风沙地区施工增加费费率测算

风区名称风力等级达坂城风区5级6级7级≥8级三十里风区……百里风区……烟墩风区5级6级7级≥8级3～10月合计/h821825552320…………726426244120监测时段折算总时间/h5760各风区不同风力等级降效幅度计算(3～10月各级风持续时间)/(监测时段折算总时间)·(对应风力等级、类别降效幅度)人工降效幅度/%2.414.774.005.55…………2.132.461.762.08机械降效幅度/%1.011.851.603.34…………0.900.950.711.25各风区不同风力等级综合降效幅度计算:各风区不同风力等级降效幅度合计人工降效幅度/%16.72…………8.44机械降效幅度/%7.81…………3.81

2.7 水平测算分析

(1)风沙地区施工增加费测算结果

本项费用以各大风区室外建筑安装工程初步设计核备概算[16]的编制期人工费与编制期施工机械使用费为计算基数，分别乘以表5所列人工、机械降效幅度并汇总计算，四大风区风沙地区施工增加费为37 859万元。

(2)纵向对比

本次测算结果与原标准(即“113号文”)进行纵向对比分析，详见表6。

表6 与原标准纵向对比分析 万元

费用名称原标准本次测算标准增减风沙地区施工增加费29883785934871建筑安装工程费3037264307431837054静态投资4270290430991639626

经对比，本次测算结果较原标准费用增加1167%，建筑安装工程费用增加1.22%，静态投资费用增加0.93%。

(3)横向对比

本次测算结果与其他行业标准进行横向对比分析，详见表7。

表7 与其他行业标准横向对比分析 万元

行业标准铁路标准地方标准公路标准计算办法见前述定额人工费与机械费之和为基数,费率14%编制期人工费与机械费之和为基数,费率7%风沙地区施工增加费378598043542538

经对比，本次测算结果较地方标准减少52.9%，较公路标准减少11.0%。

标准建议：通过以上分析，4级以上各级风力施工降效幅度(表4)可作为风沙地区铁路施工增加费费率计算的参考。

3 研究结论

(1)为适应大风、沙漠和风沙等不同地区的实际情况，风害和沙害宜分别制定相应的施工降效标准。

(2)风沙地区铁路施工条件恶劣，风沙对人工、施工机械的工效影响较大，调整风沙地区施工增加费是必要的。

(3)风沙对临时工程(小临及大临)及主体工程施工措施的影响应结合相关施工规范，与施工措施费、安全生产费等统一进行研究。

(4)铁路工程风沙地区施工增加费的计算基数宜由人工费调整为人工费与施工机械使用费之和。

(5)通过水平测算分析，提出了风沙地区铁路施工增加费标准建议，可为《铁路基本建设工程设计概(预)算编制办法》的修订提供参考依据。

参考文献：

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