關于隧道機械化施工成本分析的思考

彭 江

(中鐵十八局集團隧道工程有限公司,重慶 400707)

一、工程概述

本文以工程項目中的隧道機械化施工為例進行相關的工藝技術以及成本分析，這里選擇的高速項目的線路長度為5.235km，其中主要涉及到四座隧道以及相關的路基內容。鴻達隧道圍巖是這段工程的重要內容，大部分是風化巖、質灰巖。在施工中，應該認識到隧道是溶蝕、巖溶問題集中的地帶，也經常會碰上多種多樣的洞穴、巖溶、溶蝕等問題。

二、機械化配套

（一）機械化配套原則

一是在進行設備選型過程中，都是按照電類設備為主，為控制成本應該進一步控制好后面的配套設備的投入；二是從施工機械出發，選擇相關配套的施工工藝技術；三是從經濟性角度出發，選擇設備質量可靠性高，便于進行維護修理，能匹配相關的生產能力的需求；四是具體的設備引進中，應該從國產化角度考慮，這樣便于及時供應相關的零配件以及易損件。

（二）機械化配套

一是在配套挖裝運作業線的機械化過程中，隧道施工中的一次性開挖處理，是應用兩臺三臂鑿巖臺車設備，并通過全斷面光面爆破方式進行。其中，在9臺自卸汽車出渣情況下，采用兩臺小松380裝載機。

二是在配套錨噴作業線機械過程中，作業過程中應用國產濕噴機組，通過相關的技術要求，在洞外實現相關的混凝土攪拌處理，利用兩臺混凝土罐車進行相關的送料操作，通過電動空壓機進行供風處理。

三、機械化配套中注意的問題

（一）操作要點分析與思考

1.通過爆破設計的進一步優化，對于超欠挖問題進行嚴格控制處理。利用相關的爆破試驗以及相關的經驗參考等方法，結合項目要求來確定相關的參數。在此過程中，應從實際情況出發，重點考慮到相關的結構裂隙發育程度、圍巖類別、方向情況以及鉆孔角度等，并積極開展系列化的優化處理。

2.開展爆破效果監測及爆破設計優化處理。在進行爆破效果檢查過程中，主要涉及到相關的超欠挖檢查。包括是否按照原有的爆破設計來實現相關的爆破進尺方面的要求；檢查開挖面的平整度、圓順度等參數；要求實現炮眼痕跡保存率控制在80%以上的要求，同時，完整性差、軟弱的巖石不低于五成，破碎巖石不低于二成，盡可能實現開挖輪廓面中殘留炮孔痕跡的均勻分布性等要求。相鄰兩茬炮的光面爆破孔控制在15厘米的范圍內。在開展爆破設計優化過程中，主要根據相應的爆破后結果進行相關的檢查分析，并在此基礎上進行原因分析和整理，對于相關參數進行修正、優化處理，保證爆破效果的提升，從而在各方面使得技術經濟指標得到提升。主要參考相關的參數包括周邊眼、眼距，用藥量等修正則應該進一步了解相關的巖性軟硬以及巖層節理裂隙發育情況進行。其中，對于Ⅳ類圍巖及圍巖破碎地段來說，主要采用小進尺的方式，盡量通過技術措施來減少爆破作業，有效對于超欠挖進行控制，也就是盡量避免出現周圍巖體的干擾。

（二）加強對液壓鑿巖臺車的使用與維修管理

結合相關“1＋1”管理模式要求，也就是通過作業一個班次，應該開展強制性保養一次。通過這樣的方式，能夠在臺車作業前就能有效將故障隱患進行消除，保證實現臺車作業循環的完好率。一般來說，臺車機具配件在有可能情況下應該采用國產化，這樣便于進行維護以及更換零部件，能有效保證總體施工進度方面的要求。同時，還應進一步加強施工人員的綜合業務素質能力，保證有效提升施工質量水平。

（三）機械手操作手技能

結合項目要求，應嚴格訓練相關的臺車操作人員，要求進行必要的專業技能方面的考核方可以上崗操作，這樣是對于施工安全以及施工質量的保障，要求操作手能熟練掌握相關的噴射距離，在基礎上方可以有效實現回彈量的減少。另外，在進行回彈量的控制中，還應該從實際出發做好相應的每層的噴射厚度的控制。

（四）混凝土質量

濕噴混凝土拌和料應該符合相關的技術規范標準的要求，并具有較強的穩定性，不應該對于供料狀態進行隨意更改，這樣方可實現濕噴泵送的正常運行。

（五）加強對濕噴機械手使用與維修管理

開展相應的“1＋1”管理模式，每次強制保養是在作業一個班次之后，這樣能實現機械手的完好率較高的要求。

四、三臂鑿巖臺車機械化應用

所謂的鑿巖臺車，則是通過幾臺鑿巖機以及推進器根據相關的項目要求，在鉆臂上進行安裝，同時配備相關的底盤。在具體的鑿巖作業過程中，主要涉及到的設備包括鋼結構的車架、鉆臂、鑿巖機、走行機構和其相關附屬設備。

（一）三臂鑿巖臺車工效對比

第一，在進行鉆爆時間方面。采用鑿巖臺車的施工情況下，相比于傳統工藝來說，設備并沒有具體明顯的優勢。究其原因，主要是由于鑿巖臺車操作平臺的裝藥速度非常慢。在這個工藝過程中，還需要相關的開挖臺車進行配額和操作，考慮到巖溶發育區的影響下，又存在相應的圍巖節理裂隙發育破碎情況，通過上述的沖擊式鉆孔的方式影響下，則會造成孔壁巖體破壞較大，往往出現塌孔而無法有效裝藥的情況，只能通過人工吹孔方可裝藥處理，這樣就會使得工序有所增加，并不能體現出鑿巖臺車鉆孔快的優勢所在。另外，考慮到上述的鑿巖臺車具有比較長的車身的影響，一般來說，其主要從事于相應的上臺階開挖，而依然用傳統工藝施工進行相應的下臺階開挖施工。

第二，在火工品方面，結合相應的鑿巖臺車施工要求，新設備并沒有明顯的優勢，主要是由于采用了直徑比較大的鉆頭，直徑達到45mm，且不耦合裝藥的情況下，不利于爆炸能量的傳播，存在著較為嚴重的衰減問題，使得鉆爆效果難以達到傳統的效果，應該結合實際情況來進行相關的爆破方案的修正。

第三，在電力消耗方面分析，相比傳統工藝技術，這種鑿巖臺車新設備具有明顯優勢。由于自配置空壓機，這樣就能省去外接空壓機的情況，能實現明顯的節電要求。同時，設備具有極高的電力設施要求，要實現啟動時用電功率大于196kW，傳統工藝使用電纜線則不能滿足設備要求，在越來越增加的隧道進尺情況下，會造成電壓的壓降損失明顯增加。經統計，超過開挖隧道的700m情況下，難以滿足鑿巖臺車的電壓要求。

（二）成本對比

相比于傳統施工工藝技術來說，采用三臂鑿巖臺車雙洞施工過程中，成本稍高，大約每方增加為1.43元。

第一,分析成本增加的情況，主要涉及到鑿巖臺車日常維修保養以及相關的折舊方面的問題。對于全進口設備來說，在維護保養方面由于采用原裝進口零部件，必然存在比較高的成本單價問題，由于設備價值高，這樣的折舊費用也相應比較高。在降低成本方面，主要涉及到：一是鑿巖臺車電耗節省具有明顯優勢。通過上面分析，由于自帶空壓機，設備功率為173kW，同樣，傳統工藝中的3～4臺空壓機的外接情況下，空壓機功率約為132kW，相比而言，具有明顯的節電優勢；二是人工成本明顯降低。經過統計，雙洞施工要求下能實現14人次的節省。

第二，在隧道及工藝的適用性方面，設備主要較為適合在三車道隧道全斷面或臺階法施工中，或者在相關條件下的兩車道隧道全斷面施工的過程中。由于存在著較長的推進梁情況，開展兩車道隧道臺階法施工的過程中，存在上臺階掏槽眼施工較為困難的情況，實現不了預期的爆破效果，并不符合大斷面施工條件情況。

第三，在設備性價比方面，結合當前的施工條件以及要求，經過三個多月的實踐應用，統計相應的服役時間，鑿巖臺車左推進梁沖擊時間為156h，中推進梁沖擊時間為68h，右推進梁沖擊時間為124h。可見，操作臂利用率具有比較低的利用率，采用雙臂鑿巖臺車則是符合本項目工程需求，在成本控制方面更具有優勢。

五、混凝土噴射臺車

（一）濕噴臺車工效情況對比

第一，在電力消耗分析過程中，新設備具有明顯優勢，由于空壓機的自身配備，避免需要空壓機的外接要求，功率150kW，實現設備省電優勢；第二，對噴漿時間及噴射砼損耗進行分析，相比于傳統工藝技術，濕噴臺車能有效降低每延米噴射時間，能實現比較低的噴射砼損耗需求。應該注意，在此過程中需要噴射砼質量期操作手較高的技術能力。

（二）成本對比

相比于傳統工藝技術水平，濕噴臺車施工能夠節省成本，經過統計分析計算，每平米大約節省302.1元。具體來說，包括以下幾個方面：

一是分析成本降低成因，主要涉及到人工成本節約、省電等方面。采用濕噴臺車工藝技術，具有明顯的電耗節省要求，由于自配置的空壓機的原因，顯然要比外接2～3臺空壓機實現節電要求；另外，相比傳統工藝，濕噴臺車雙洞施工方式基本上能實現節省10人次人工成本，算下來大約為323.12元/m。

二是在成本增加方面，主要涉及到材料價差、濕噴臺車折舊方面。由于設備價值較高導致折舊費較高，同時相比于噴射砼濕噴傳統工藝來說，具體施工要求中大約的配合比為，水泥：砂：碎石：水：速凝劑=455:783:782:200:22.8，考慮到濕噴采用速凝劑材料的價格比較高，再加上噴射砼存在價差的原因，經過分析，大約每方高約26.61元，每平米高約278.32元。

三是在設備性價比方面，利用濕噴臺車工藝技術能具有較好的性價比，但應該注意到一點，應嚴格控制好噴射砼質量要求，利用相關的技術實現液體速凝劑質量要求。在此過程中，速凝劑加工設備的投入成本較高，考慮到相關的速凝劑加工設備攤銷和噴射砼用量的反比關系，往往其適用于較長的隧道情況。

六、結語

隨著我國高速公路建設如火如荼地開展，其正在向山區的不斷發展。在此過程中，存在著山嶺隧道施工的特長隧道越來越多、勞動力短缺等問題，在人工成本不斷增加的背景下，應該充分重視山嶺隧道機械化配套作業相關問題，這也是未來的發展趨勢所在。

參考文獻：

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