隧道机械化施工成本分析

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作者 明文锋

一、项目概况

中交二公局铜怀高速（铜仁段）第三合同段位于贵州省铜仁市碧江区漾头镇境内，途径卢家湾、任家湾、九龙洞村等行政村，路线总长５.１５４ｋｍ，主要工程包括三座隧道和６６１ｍ路基／２段。作为本标段控制性工程的金斗量隧道围岩主要以中风化岩质灰岩为主。隧道是岩溶、溶蚀现象的集中分布区，隧道掘进时往往会与地下发育、分布的各种规模岩溶、洞穴、溶蚀现象不期而遇。

二、三臂凿岩台车机械化应用

凿岩台车是将一台或几台凿岩机连同推进器安装在特制的钻臂上，并配以底盘，进行凿岩作业的专业设备主要由凿岩机、钻臂、钢结构的车架、走行机构以及其他必要的附属设备组成。

（一）三臂凿岩台车工效对比

１．钻爆时间方面：凿岩台车施工方式下，设备较传统工艺优势不明显，主要因为凿岩台车操作平台装药速度慢，仍然需要开挖台车配合，另外隧道位于岩溶发育区，围岩节理裂隙发育破碎，凿岩台车为冲击式钻孔，对孔壁岩体破坏较大，容易出现塌孔无法装药，需人工吹孔方可装药，因此工序增加，抵消了凿岩台车钻孔快的优势。另外因凿岩台车车身较长，因此凿岩台车目前仅用于上台阶开挖，下台阶开挖仍然采用传统工艺施工。

２．火工品方面：凿岩台车施工方式下，新设备较传统工艺没有优势，主要因为新设备钻头直径４５ｍｍ比传统工艺大，不耦合装药，造成爆炸能量从炸药传播到空气，再由空气传播到岩石的过程中严重衰减，钻爆效果不佳，爆破方案有待进一步修正和提高，另外掏槽眼施工角度受设备导梁较长影响，掏槽效果不佳，补炮情况较多，均造成火工品用量增加。

３．电力消耗方面：凿岩台车较传统工艺有明显优势，设备自身配置空压机，可不用外接空压机，功率１７３ｋＷ，因此设备省电优势明显，但设备对电力设施要求较高，其中启动时用电功率＞１９６ｋＷ，传统工艺使用电缆线无法满足其要求，另外由于电压随着隧道进尺的增加会有明显的压降损失，经计算隧道开挖至７００ｍ时电压将不能满足凿岩台车使用。

（二）成本对比

三臂凿岩台车双洞施工与传统工艺施工时，成本较传统工艺略高，平均每方增加１.５１１元，其中：

１．成本增加的主要因素包括凿岩台车日常维修保养和折旧两个方面，原因为凿岩台车属于全进口设备，因此在维修保养方面所有配件均需采用原装进口产品，成本单价较高，另外单台设备价值较高（７３１万元），因此折旧费用也较高。而成本降低的主要影响因素包括：人员节省明显，双洞使用情况下可节省人员１４人；凿岩台车电耗节省方面较为明显，台车自带空压机，设备功率为１７３ｋＷ，而传统工艺施工需外接３〜４台空压机，每台空压机功率约１３２ｋＷ，因此电耗明显低于传统工艺，详见表１。

表1 凿岩台车双洞上台阶施工方式时与传统工艺成本对比

２．适用隧道及工艺：适用于三车道隧道全断面或台阶法施工以及两车道隧道全断面施工，主要因设备推进梁较长，两车道隧道台阶法施工时，上台阶掏槽眼施工困难，容易造成爆破效果不好，因此适合于大断面施工条件。

３．设备性价比：三臂凿岩台车在目前施工条件下，通过３个多月的使用，凿岩台车左推进梁冲击时间为１２３ｈ，中推进梁冲击时间为４５ｈ，右推进梁冲击时间为１１８ｈ，中间操作臂利用率较低，双臂凿岩台车能完全满足目前隧道开挖施工需要，且价格低于三臂型凿岩台车。

三、ＨＰＳ３０１６Ｓ混凝土喷射台车

ＨＰＳ３０１６Ｓ混凝土喷射台车工作原理是将水泥、骨料、水和外加剂等按设计配合比经强制式搅拌机搅拌均勻后，利用混凝土运输罐车运送至喷射地点加入喷射机，通过喷射机泵将稠密流料泵送至喷头处，与电脑全自动配比掺量控制的液体速凝剂混合，再用高压空气进行喷射。

（一）湿喷台车工效情况对比

１．喷浆时间及喷射轮损耗方面：湿喷台车较传统工艺存在明显优势，每延米喷射时间减少，喷射砼损耗略低于传统工艺。但是对喷射轮质量期操作手技术能力要求较高，

２．电力消耗方面：新设备较传统工艺有明显优势，设备自身配置空压机，可不用外接空压机，功率１５０ｋＷ，因此设备省电优势明显。

（二）成本对比

湿喷台车施工直接工程成本较传统工艺低，平均每米节约成本２９５.９元，其中：

１．成本增加的主要影响因素包括湿喷台车折旧、材料价差等方面，原因为凿岩台车设备价值较高（１８６万元），折旧费用相对较高，另外因为喷射砼湿喷较传统工艺，配合比均为水泥：砂：碎石：水：速凝剂＝４５５：７８３：７８２：２００：２２.８，其中湿喷采用速凝剂材料价格高约１１５０元／ｔ，因此喷射砼存在价差，每方高约２６.６１元，每延米高约２９３.２６元。

２．成本降低的主要因素包括省电、节约人工等方面，其中湿喷台车电耗节省方面较为明显，原因为湿喷台车自带空压机，单台设备功率为１４５ｋＷ，而传统工艺施工需要外接２〜３台空压机，每台空压机功率约１３２ｋＷ，因此电耗明显低于传统工艺，平均每延米低３１４.１６元／ｍ；另外湿喷台车双洞施工方式下较传统工艺节省人工约１０人，因此人工费（含设备维修）节省约３２３.１２元／ｍ。

３．设备性价比：湿喷台车较传统工艺具有较好的性价比，但喷射轮质量要求较高，必须保证液体速凝剂质量，通过技术合作，项目自己加工速凝剂取得良好效果，但速凝剂加工设备一次投入成本近３０万元，喷射砼用量与速凝剂加工设备摊销成反比，因此适用于长度较长或断面较大的隧道。

四、结束语

通过３个多月的使用，项目巳基本掌握了凿岩台车及湿喷台车联合施工的工艺、工法，同时对当前地质条件下的工效、成本情况也有了较为准确的了解，虽然面临新设备、新工艺、施工质量与工期压力等困难，但仍有提升空间，需通过不断优化施工工艺，熟练掌握施工技能，进一步提高施工效率，节约施工成本，另外随着当前安全生产形势要求越来越高，隧道机械化减人能够有效降低安全事故等级及事故处理成本，虽然凿岩台车施工成本较传统人工施工略有增加，但对企业而言采用机械化施工能够有效降低安全风险极，因此综合效益明显。

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