车辆段与综合基地建设的土石方计算研究

李继吴坤

（中冶赛迪工程技术股份有限公司，400013，重庆∥第一作者，工程师）

城市轨道交通车辆段与综合基地（以下简称”车辆段”）是专为列车停放、整备、维护及检修的场所。根据经验，1条地铁线路一般设置1个车辆段和1个停车场，超长线路甚至需设置2个停车场或2个车辆段。每个车辆段或停车场由于占地面积大，在其建设过程中均会产生较大的土石方工程量。特别是部分设置在山地或丘陵地区的车辆段，其土石方工程量甚至多达上百万m3。例如，重庆轨道交通10号线某车辆段的土石方挖填工程量接近360万m3，直接投资额过亿。可见，通过精细化研究土石方计算以节约车辆段建设投资尤为必要。

1 土石方工程量计算

1.1 计算方法的选择

目前，可采用的地铁车辆段土石方计算方法有横断面法和方格网法。相较而言，横断面法更为普遍。

1.1.1 横断面法

横断面法计算过程为：首先，沿着车辆段基线方向，每间隔30～40 m取1个红线范围内的勘测断面（局部地形复杂地区加密间隔）；然后，获取各断面的地面线资料，并输入到计算机系统进行横断面设计；最后通过横断面设计，可得出横断面i的土石方填挖面积Si挖和Si填（如图1所示）。

图1 断面法土方计算示意图

相邻断面i与i+1之间的挖方和填方分别为：

Vi挖=（Si挖+S（i+1）挖）（Ki+1-Ki）/2（1）

Vi填=（Si填+S（i+1）填）（Ki+1-Ki）/2（2）

式中：

Vi填，Vi挖——分别为第i与i+1断面之间的土石方填挖量；

Ki，Ki+1——分别为第i与i+1断面的里程。

1.1.2 方格网法

方格网法常用于市政民建工程设计，其计算过程为：将车辆段红线范围内用地根据工艺需求标高不同划分为不同设计区块，并将每个设计区块划分为多个边长为a的小方格。其中，a≤20 m，在局部区域a可取10 m（如图2所示）：

图2 方格网法土方计算示意图

通过计算机测算出每个方格点的施工高度，则可知第j个方格内的填挖方量为：

Vj=a2（h1+h2+h3+h4）/4

式中：

h1，h2，h3，h4——分别为方格各角点施工高度；

a——方格边长。

1.1.3 计算方法选择

上述两种计算方法在工程实践中均偶尔会出现设计计算工程量与施工过程中实际发生量差别较大的情况。经分析，采用横断面法时，断面间距布置较大（多数大于或等于30 m），会导致基础数据采集量较小；采用方格网法时，尽管基础数据采集量更大（方格边长较小，多数小于或等于20 m且为垂直双向取点），但该计算方法更适用于场地原始地形较为平整、场区设计标高变化不大、场区支挡结构产生土石方工程量小或者占总土石方工程量比例很小的项目，但不能实际反映场地局部区域的微小地形变化及支挡工程产生的土石方工程量等。

综上分析，在方案比选等对土石方工程量精确度要求相对不高的设计阶段，方格网法得益于软件技术的发展可作为首选；当设计成果对土石方工程量精确度要求较高时仍应采用横断面法，但应减小断面间距至不大于20 m以提高计算精确度，且应在地形变化较大的地段增加横断面数量。同时，为减少勘察工作量，勘测单位只需针对个别断面进行工程勘察，而其他断面提供测绘断面即可满足要求。

1.2 土石比的确定

当采用方格网法进行土石方计算时，由于计算过程中不体现相关地质勘察数据，故最终计算工程量不能将产生的土方与石方区分开来。而土方和石方的施工单价相差很大，因此土石比的确定对土石方工程总造价的直接影响很大。

以重庆《两江集团建设项目投资估算参考指标》为例，挖土方的单价约为爆破挖石方单价的1/3～1/4，约为机械开挖石方价格的1/10。然而，勘察文件一般不会直接提供土石比数据，在具体设计过程中多由设计人员根据经验确定，从而可能使最终土石方工程造价产生较大误差，导致施工单位和审计单位的后续工作均难以做到有理有据。

通过方格网法对场地平整（以下简为“场平”）区域进行零线绘制，确定场区内挖方区范围，将挖方区范围在对应的每一个勘察剖面图上标示出来，并分别计算出该断面挖方土层面积S土和挖方岩层面积S岩。

则土石比P为：

P=∑S土/∑S岩

需要说明的是，即使勘察文件提供了土石比相关数据，也仅可作为参考。由于勘察文件的数据针对整个场区，而设计所需的土石比仅针对场平挖方区，故精确的土石比取值仍需按公式计算。

1.3 清表、清淤及排水工程量的计算

进行车辆段场坪施工前，植被、草皮、树根、杂填土、杂物、耕植土、腐殖土、淤泥及淤泥质土等应清除干净。由于清表、清淤的土方均需外运，且单价很高，故有必要精确计算该部分工程量。

清表工程量可按经验将整个场区取15 cm、30 cm或50 cm等厚度予以估算。但此做法的误差较大。精确计算时应将整个场区按现状及地质情况进行分区，分别确定清表厚度，再予以计算。例如，一般情况下，腐殖土区清表厚度为100 cm、林地区清表厚度为50 cm、植草区清表厚度为30 cm、岩石出露区清表厚度为10 cm、建筑物和水塘区域不需清表。经分区计算后，将挖方区和填方区的清表工程量分别统计为V挖表和V填表。

水塘区域清淤工程量及排水工程量（不含抛石挤淤等其他处理方式）亦需分别统计每个水塘的面积、储水平均深度及淤泥层平均厚度（根据地质断面估算）等进行计算。统计得到挖方区水塘清淤工程量V挖淤、填方区水塘清淤工程量V填淤、挖方区水塘排水工程量V挖水及填方区水塘排水工程量V填水。

1.4 基槽余土的计算

基槽余土包括建（构）筑物基础、机械设备基础、地下工程、道路及管线等开挖土石方量。该部分土石方量在场地“三通一平”后的施工过程中需被开挖及换填，又被称作二次土石方工程量。针对车辆段与综合基地，基槽余土主要体现在建构筑物桩基承台、建筑物地下空间、支挡结构、暗埋涵洞隧道及埋地管线等方面。

基槽余土没有特定的计算方法。建构筑物及支挡结构的余土工程量约等于其桩基承台及支挡结构本体混凝土量，建筑地下室及暗埋涵洞隧道等的余土工程量约等于其本体占用地下空间的体积，埋地管线等余土工程量较小，一般适当估算即可。

在场平施工时，由于房屋建筑和检修设备工程尚在设计中，无法考虑其基槽深度和设备基础的挖方量，故可参照类似工程经验或者上一阶段的设计资料对可能产生的基槽工程量预估予以考虑。针对大部分地质条件较好的车辆段，该部分工程量不会太大。但针对处于深回填区或部分区域填方量大的车辆段设计项目，由于需满足地铁对路基沉降量控制的高要求，相应的基础工程量会增加较多，进而导致基槽余土工程量增加。另外，现在很多车辆段由于考虑上盖开发，上盖部分建筑单体的结构设计荷载大幅增加，建筑由钢结构转换为混凝土结构，建筑跨距减小，无形中会再次导致建构筑物基础工程量（即基槽余土工程量）陡增。例如，重庆某停车场计算所需总填方量约为40万m3，基槽余土工程量达约20万 m3，占 50%。

因此，在车辆段的土石方计算过程中需重视基槽余土V基。

1.5 松散系数的取值

由于土壤的可松性，故天然密实土挖出来后体积会扩大，扩大后的土体体积V2与天然密实土的体积V1的比值k1为最初松散系数；将这部分土转到填方区压实时，压实后的体积也比最初天然密实土的体积要大，压实后的体积V3与天然密实土体积V1的比值k2为最终松散系数。

松散系数的取值主要根据挖方区的地质情况，一般凭经验确定。土质k1一般取1.1～1.3，岩质k1一般取1.3～1.5；土质k2一般取1.01～1.1，岩质k2一般取1.1～1.2。

1.6 土石方平衡设计

计算土石方，不仅要算出天然挖方体积、所需的天然填方体积，还要考虑土石方量的平衡，即在同一场地中应能将挖出来的土石弥补填方，并尽量使二者基本相当，以节省投资，缩短施工工期。

土石方平衡的关键在于确定合理的场平设计标高。部分车辆段场平标高设计仅考虑了线路运行条件、周边市政设施接驳条件及最高洪水位等部分因素，却忽略了场地的土石方平衡设计，未对场平设计标高进行试算和调整，从而导致填挖方相差数十万m3的情况出现，造成施工成本和时间成本的巨大浪费。由于场平设计标高的确定一般为方案设计阶段内容，对计算的精确度要求相对不高，因此方格网法宜作为首选。

土石方平衡并不意味着计算出来挖方体积等于填方体积即可，而应该综合考虑土壤松散及基槽余土等因素的影响。

根据上述分析，场区最终土石方挖填工程量分别为：

V挖=（V计挖-V挖表-V挖水-V挖淤）

V填=（V计填+V填表+V填水+V填淤）

当土石方量平衡时：V挖×k2=V填-V基

需外运清淤及清表工程量为：

V清=V挖表+V挖淤+V填表+V填淤

2 结语

在车辆段的设计过程中，土石方工程量巨大，费用极高，一直是工程建设过程中各方关注的重点。在实际工程中，经常遇到因土石方量计算值与现场实际发生量间的误差而产生的纠纷，特别在部分总承包的工程项目中尤为明显。本文针对车辆段土石方计算工作在计算方法的选择、土石比的取值、清淤清表及基槽余土工程量的确定、松散系数的选取，以及土石方平衡方面进行了精细化土石方计算研究，以提高土石方量计算的准确性。

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