Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Проектирование тоннелей Минимаркер Технико-экономическое сравнение вариантов

Технико-экономическое сравнение вариантов

Страница 2 из 3

Основные принципы

Как отмечалось в предыдущей лекции, прежде всего, требуется обосновать выбор тоннельного способа преодоления высотного или контурного препятствия на трассе дороги. Это делается на основе технико-экономического сравнения вариантов разнотипных сооружений, например, тоннель – глубокая выемка – обход, или подводный тоннель – мост – паромная переправа, или, наконец, транспортный городской тоннель – надуличная эстакада – регулируемое пересечение в одном уровне.

После того как будут установлены принципиальные преимущества тоннеля, разрабатываются его возможные варианты и из них отбирается группа наиболее конкурентоспособных вариантов, подвергаемых дальнейшему технико-экономическому анализу с целью выбора оптимального решения.

На первом этапе сравнения вариантов во многих случаях приходится сопоставлять не только и не столько непосредственно проектируемые тоннельные сооружения, а включающие их участки пути сообщения. Это положение особенно характерно для подводно-тоннельных переходов через водные преграды и для горных перевальных тоннелей.

Трассирование дороги в горных условиях ведется, как правило, по долинам рек. Переход же из одной долины в другую требует преодоления водораздельного хребта. Появляется необходимость постройки перевальных тоннелей, позволяющих снизить суммарные преодолеваемые высоты, сократить протяженность ходов по крутым склона и уменьшить общую длину данного участка дороги.

Возникает вопрос о высотном положении перевального тоннеля. Понижение отметок его порталов сокращает протяженность участков, прокладываемых по склонам. Соответственно уменьшается объем работ по возведению земляного полотна и искусственных сооружений. Однако длина тоннеля при этом значительно возрастает (рис. 1).

Продольные профили вариантов пересечения водораздельного хребта

Рис. 1 – Продольные профили вариантов пересечения водораздельного хребта: 1 – без тоннеля, с перевальной выемкой; 2 – с вершинным тоннелем; 3 – с подошвенным тоннелем

Не меньшее значение имеет вариантный выбор проектной отметки для подводных и городских тоннелей. И в этом случае высотное положение отражается не только на длине и стоимости самого тоннеля, но еще больше на аналогичных параметрах подходных участков. Например, при уклоне пандусов 4% повышение отметок заложения тоннеля всего лишь на 1 м уменьшает общую длину подходов на 50 м. Подобное сокращение длины самых глубоких частей обеих рамп тем более важно, что единичная стоимость (1 м) этих железобетонных конструкций, состоящих обычно из двух подпорных стен, жестко защемленных в мощную плиту основания, снижается по мере уменьшения глубины приблизительно в квадратичной зависимости. Если требуются перекладки сетей подземных коммуникаций, пролегающих вблизи трассы тоннельного перехода, то стоимость этих работ, вообще сложных, трудоемких, и очень дорогих, тоже соответственно сокращается.

Следует еще заметить, что уменьшение заглубления тоннеля может снизить величину действующих нагрузок от веса породы и гидростатического давления, а значит облегчить тоннельные конструкции и временные крепи. Кроме того, упрощаются технологические процессы производства работ, что особенно заметно при неблагоприятных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, и облегчается водоотвод как во время постройки, так и при последующей эксплуатации сооружения.

В результате можно получить дополнительное снижение стоимости: сооружения и сокращение сроков его постройки, а как следствие – увеличение и ускорение отдачи на сделанные капиталовложения. Если тоннель сооружается на существующей магистрали, то одновременно достигается сокращение периодов ограничения движения в реконструируемой зоне и соответствующих народнохозяйственных потерь. Действуя в одном направлении, перечисленные факторы способны дать очень, существенный технико-экономический эффект.

Бывает, что протяженность ходов по крутым склонам и соответствующие объемы работ увеличиваются приблизительно пропорционально сокращению длины тоннеля (рис. 2). В таком случае, стоимость, строительства рассматриваемого участка дороги по одним вариантам меньше за счет укорочения перевального тоннеля, по другим – за счет сокращения насыщенных искусственными сооружениями косогорных участков трассы. В результате эта стоимость сохраняется приблизительно одинаковой для всех вариантов высотного расположения тоннеля и оптимальным становится вариант с наименьшими эксплуатационными расходами, соответствующий пересечению горного хребта вблизи его подошвы – подошвенный (или базисный) тоннель. Подобные условия встретились в последние годы при строительстве ряда железнодорожных линий, для которых поэтому были приняты подошвенные тоннели.

Варианты трассы на перевальном участке железной дороги

Рис. 2 – Варианты трассы на перевальном участке железной дороги: 1 – без тоннеля; 2 – с вершинным тоннелем; 3 – с подошвенным тоннелем

Иногда, наоборот, разные варианты имеют приблизительно одинаковые эксплуатационные расходы, но требуют различных капиталовложений. При этом оценка варианта, например, подводного тоннеля в экономическом отношении тоже определенна и элементарно проста.

Однако более общим случаем является тот, когда меняются оба основные вида затрат – стоимость строительства и эксплуатационные расходы. Тогда технико-экономическое сравнение вариантов тоннельного сооружения производится по специальной методике, излагаемой ниже.

Методика сравнения вариантов

Сравнение конкурентоспособных вариантов как разнотипных, но преследующих единую цель сооружений, так и сооружений одного, тоннельного, типа производится по их основным техническим и экономическим характеристикам. Технические характеристики выражаются в основном натуральными показателями, а экономические – преимущественно денежными.

К натуральным показателям относятся: длина тоннеля, форма и основные параметры его трассы (плана и профиля), характеристики подходов к сооружению, пропускная способность, эксплуатационные условия (например, чистота воздуха, освещение, шумопоглощение), степень механизации и индустриализации строительных работ, сроки и условия их производства, виды и расход материалов, производительность и затраты труда, архитектурно-градостроительные особенности и другие.

Некоторые натуральные показатели не приводятся к соизмеримому виду, что затрудняет их количественное сопоставление Другим – вообще не может быть придано числовое выражение и приходится ограничиваться их качественной оценкой, например по методу «да, нет» или по балльной (пять или десять баллов) системе. Ввиду этого большое значение приобретает умение выделить небольшую группу самых важных сопоставимых натуральных показателей, по которым сравниваемые варианты различаются наиболее существенно. Для тоннелей такими показателями могут быть, прежде всего, длина сооружения, глубина его заложения, способ производства работ и типы конструкции.

Значение натуральных показателей особенно возрастает при совпадении или близости денежных показателей по вариантам.

К денежным показателям относятся:

  • общие затраты (капиталовложения) на строительство тоннеля и монтаж оборудования с учетом расходов на приобретение последнего;
  • эксплуатационные расходы.

При определении стоимости постройки тоннеля в целях сравнения его вариантов следует добавлять к непосредственным вложениям в строящийся объект так называемые сопутствующие и сопряженные капиталовложения.

Сопутствующие вложения это необходимые дополнительные затраты, например, на развитие или переустройство прилегающей сети путей сообщения, на устройство транспортных развязок в разных уровнях перед входами в тоннель, на решение связанных с новым тоннелем градостроительных задач и т. п. К сопряженным вложениям относятся средства, направляемые в смежные отрасли народного хозяйства, для обеспечения постройки и эксплуатации тоннеля оборудованием, энергией и материалами, а также затраты по благоустройству в необжитых районах и по созданию нормальных условий для обслуживающего персонала.

Эксплуатационные расходы складываются из стоимости текущего содержания и обслуживания тоннеля (заработной платы персонала стоимости энергии), затрат на ремонтные работы и амортизационных отчислений. Следует учитывать также сопутствующие эксплуатационные расходы (точнее, их изменение в ту или другую сторону) по тем отраслям народного хозяйства, на которые новый тоннель оказывает непосредственное влияние, например, сокращение расходов транспорта в связи с уменьшением перепробегов и простоев.

Эксплуатационные расходы подсчитываются на соответствующие годы эксплуатации тоннеля с учетом его технической оснащенности, ожидаемого пропуска транспортных средств и общей организации движения (имеется в виду, например, предусмотренное на перспективу расширение использования средств автоматизации управления и контроля движения по тоннелю). Определение эксплуатационных расходов в целях сравнения вариантов допустимо ограничить только темп группами затрат, которые различаются по вариантам.

При экономическом сопоставлении различных вариантов тоннеля и при сравнении тоннельного варианта с другими типами сооружений, служащих для преодоления высотных или контурных препятствий, требуется провести комплексный анализ строительных и эксплуатационных расходов. Сравнение вариантов только по стоимости строительства может быть допущено лишь в отдельных случаях, когда для сопоставляемых решений эксплуатационные расходы (без амортизационных отчислений) получаются приблизительно одинаковыми. Окончательный выбор варианта при этом делается с учетом результатов анализа натуральных эксплуатационных показателей.

В первом приближении экономическое сопоставление рассматриваемых вариантов может быть выполнено следующим образом.

При двух вариантах с одновременными (одноэтапными) капиталовложениями и постоянными эксплуатационными расходами оно производится по расчетному сроку окупаемости дополнительных капитальных вложений в вариант, более дорогой по стоимости строительства. Этот срок Т, обычно измеряемый годами, показывает, за какой период увеличение капитальных вложений окупится получаемой экономией на эксплуатационных расходах.

Расчетный срок окупаемости определяется по формуле

090614_f1

где К1 и К2, – капитальные вложения по вариантам, руб.;

Э1 и Э2 – соответствующие эксплуатационные расходы, руб./год.

Обратная сроку окупаемости величина

090614_f2

называемая коэффициентом эффективности капиталовложений, также может быть использована для сравнительной экономической характеристики вариантов.

Если полученный расчетный срок окупаемости Т меньше установленного нормативного Тн, экономически эффективным считается вариант с большими капиталовложениями, обеспечивающими меньшие эксплуатационные затраты.

Нормативный срок окупаемости Тн для новых линий и сооружений с длительными сроками эксплуатации рекомендуется принимать равным 10 годам.

В случаях, когда требуется сравнить три и более варианта, можно провести попарное сравнение их по сроку окупаемости. Однако более-точным следует считать метод сравнения по минимуму суммы приведенных строительных и эксплуатационных расходов.

В этом методе единовременные капитальные вложения приводятся к виду, сопоставимому с эксплуатационными расходами делением на нормативный срок окупаемости (или умножением на нормативный коэффициент эффективности Ен = 1/Тн). Сумма приведенных затрат по i-му варианту

090614_f3

Вариант с минимальной суммой строительных и эксплуатационных расходов признается наилучшим по экономическим (денежным) показателям.

Рассмотренные способы сравнения рекомендуется применять при одноэтапных, единовременных капитальных вложениях и постоянных, не изменяющихся в течение расчетного срока эксплуатационных расходах.

Учет разновременности капиталовложений и изменения эксплуатационных расходов во времени

В практике строительства тоннелей известны случаи разновременного возведения отдельных сооружений или частей их. Например, тоннельный переход Линкольн под рекой Гудзон (США) первоначально был построен в виде обычного тоннеля для двухполосного автодвижения; потом был пройден второй аналогичный тоннель и, наконец, третий. Нередко на двухпутной железной дороге строят сначала тоннель под один путь, а когда возникает необходимость, параллельно ему сооружают второй однопутный тоннель. Также постепенно могут строиться и вводиться в эксплуатацию вентиляционные сооружения или дополнительные подходные рампы (городской тоннель под рекой Клайд, Великобритания). Соответственно этому при сопоставлении вариантов могут встретиться такие, в которых капитальные вложения должны осуществляться не одновременно, а в разные сроки – поэтапно.

Наиболее характерным примером тоннельных вариантов с разновременными капиталовложениями может быть упомянутый выше; первый вариант – однопутный тоннель с устройством другого подобного тоннеля через t лет; второй вариант – постройка сразу двухпутного тоннеля. Общие капиталовложения по первому варианту могут быть при этом больше, чем по второму, но зато они рассредоточиваются на два срока. Отдаленные же расходы имеют меньшую экономическую значимость по сравнению с немедленной затратой полной стоимости всего сооружения, необходимой для осуществления второго варианта. Возникает необходимость учета отдаления затрат, определяемая следующими общими соображениями.

Если по какому-то объекту капитальные вложения К откладываются на несколько лет, то они будут использованы для сооружения других объектов и к концу первого года дадут экономический эффект, соответствующий нормативному коэффициенту эффективности Ен и превратятся в

К + К·Ен = К·(1 + Ен),

а к концу периода из t лет в К·(1 + Ен)t. Отсюда следует, что для сопоставления с немедленно затрачиваемыми капиталами (в нулевом году) капиталовложения, производимые через t лет, следует разделить на коэффициент приведения затрат (1 + Ен)t.

Обратная величина (множитель) 1/(1 + Ен)t называется коэффициентом отдаления затрат, или, проще, коэффициентом отдаленности.

Такими же соображениями пользуются и для учета изменений во времени эксплуатационных расходов (обычно они растут с увеличением интенсивности движения, грузооборота, мощности локомотивов и так далее).

Сравнение вариантов с разновременными капитальными вложениями и изменяющимися по годам эксплуатационными расходами целесообразно проводить, определив для каждого варианта сумму приведенных строительных и эксплуатационных расходов, используя зависимость

090614_f4

где Kt и Эt – капиталовложения и эксплуатационные расходы в соответствующем году t;

1/(1 + Ен)t – коэффициент отдаленности затрат, учитывающий уменьшение значимости затрат, совершаемых через t лет;

tc – год, ограничивающий период суммирования расходов по рассматриваемым вариантам.

Наиболее эффективным считается вариант, обеспечивающий наименьшее значение суммы приведенных затрат за принятый период их суммирования tc.

Период суммирования tс устанавливается одинаковым для всех сравниваемых вариантов и должен быть достаточно длительным, чтобы обеспечить учет всех существенных различий вариантов как по капиталовложениям, так и по эксплуатационным расходам. Согласно имеющимся рекомендациям, при нормативном сроке окупаемости Тн = 10 лет для долгосрочных сооружений следует принимать tс = 35–40 лет. В практике проектирования этот расчетный год ограничивается самым отдаленным годом, для которого практически возможно достоверно подсчитать эксплуатационные расходы (в настоящее время обычно принимается 20-й год).

Вышеприведенная зависимость отражает наиболее общий случай – поэтапные, разновременные капиталовложения и нелинейное изменение эксплуатационных расходов во времени.

В случае единовременных, одноэтапных капиталовложений при нелинейно изменяющихся эксплуатационных расходах эта зависимость имеет вид

090614_f5

В другом частном случае – при одноэтапных капиталовложениях и линейном (или близком к нему) законе изменения эксплуатационных расходов, сумма приведенных расходов будет

П = К + ЭТн·Тн,

где ЭТн – эксплуатационные расходы по варианту, соответствующие последнему году нормативного срока окупаемости, то есть десятому при Тн = 10 лет.

Одним из характерных примеров сравнения вариантов является решение вопроса о выборе высотного положения пересечения перевального участка транспортной линии (смотрите следующую лекцию).


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика