國內隧道噴射混凝土施工作業設備使用成本分析

尹軍輝

（中交二公局東萌工程有限公司，陜西西安 710000）

0 引言

浙江省杭新景高速公路TJ6標項目標段內共有3座隧道，分別為西岙嶺特長隧道（全長5970m，其中6標段施工長度3130m），小凈距隧道2座，楊梅崗隧道（單洞長241m）、珠頭隧道（單洞長134m）。其中，西岙嶺隧道是目前浙江省第五長公路隧道，TJ6標項目部承擔西岙嶺隧道開化方向出口段（K167+900～K171+030段）施工任務，分左右線2個主作業面，項目工期36個月，噴射混凝土設計量為3.6萬t。

隧道施工，噴射混凝土（錨桿、量測）一直被業內認為是新奧法的3大要素之一，其中噴射混凝土工序的及時施工是有效防止因水和風化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護原有巖體強度的重要環節。為提高實際施工效率，降低成本，噴射混凝土設備的選型需要進行綜合比對、理性分析。根據現場施工需要，西岙嶺隧道噴錨支護工序施工中右洞選用自卸噴漿車1臺，左洞選用耿立噴漿機2臺。經過10個月的使用比較，并對目前市場上的噴漿機（潮噴）、自卸噴漿車（潮噴）和噴射機械手（濕噴）進行了市場調查研究，得出以下對比分析結果。

1 噴漿機、自卸噴漿車及噴射機械手的市場現狀

一直以來國內隧道施工中多使用小型噴漿機，近年來有部分廠家對小型噴漿機進行了升級：在2臺噴漿機之間加裝行走平臺及上料斗，形成自行式自卸噴漿車。自行式自卸噴漿車解決了小型噴漿機轉移困難，人工上料工效低、浪費大的問題。工作效率比原來2臺單機噴漿機有了明顯提高，加裝的自卸料斗裝置，很大程度上減輕了噴漿機上料的人工強度，提高了操作人員轉移設備的便捷性。盡管有上述優點，自卸噴漿車并沒有從本質上解決噴漿機回彈率高、粉塵大的弊病，工作面除塵所需的用風、用電成本也未能降低。雖然造成這些缺點的原因是多方面的，但工程師們還是在不斷尋求解決上述問題的有效途徑。經過不斷的研究，業內普遍認為，克服上述缺陷的根本出路在于使用噴漿機器人、噴漿機械手[1]。

國外從20世紀60年代初開始采用機械手噴漿，經過多年改進，目前已有了成熟的噴漿機械手設備。雖然我國也從20世紀60年代中后期開始投入研制噴漿機械手，但由于種種原因，雖經數十年的努力，并未形成質量可靠、大規模投入使用的產品。國內市場上現有的國產品牌噴漿機械手，不同程度上都存在結構不合理、自動化水平低、質量可靠性差的問題，主要表現為操作復雜、動作難以適應地下工程的惡劣環境[2]。因此國內施工中普遍采用進口噴漿機械手，保障施工需要的同時，價格也比較高，且維修和配件供應相對困難。

2 目前使用的噴漿機和自卸噴漿車的對比

自卸噴漿車目前1個班組為6個人配合操作，其中2人為噴漿手，其余4人為添加速凝劑輔助工；噴漿機目前1個班組為4個人配合操作，其中1人為噴漿手，其余3人為添加速凝劑輔助工，因為2臺干噴機才是1臺自卸噴漿車的效率，因此同效率下對比，需要8名工人共同操作。

2.1 實際使用中右洞自卸噴漿車對比左洞噴漿機的優點

（1）節省噴漿料。自卸運輸車將噴漿料運至現場后直接卸至自卸噴漿車的料斗內，噴漿車作業時通過自行起斗上料，可以將噴漿料全部利用。而噴漿機作業時，自卸運輸車是將噴漿料卸料到地上。如果地面不平或有水分污染，不能全部使用，造成浪費。

（2）節省人工。自卸噴漿車為自動上料，除噴漿手外，需要的輔助工主要是添加速凝劑。噴漿機是人工在地面上面將速凝劑和噴漿料充分攪拌后再人工使用鐵鍬上料。相比之下，人工勞動強度大。根據目前左右洞對比，節省2名輔助工人。

（3）提高施工效率。自卸噴漿車因自動上料，是在供料過程中添加速凝劑，減少了人工攪拌環節，節約了時間[3]；噴漿車的料斗容量是4m3，通過自卸料斗可以連續給噴漿機供料，相對人工用鐵鍬上料，確保了供料的連續性，提高了施工效率。

（4）節省吊運設備。自卸噴漿車為自行式，噴漿機需要裝載機吊運。可以省去使用裝載機吊運的環節。

2.2 自卸噴漿車對比噴漿機的缺點

（1）回彈率相對較高。根據生產工序不同，自卸噴漿車缺少了人工二次攪拌的環節，速凝劑不能像使用噴漿機時那樣進行人工充分拌合。

（2）進入工作區域通過性差。自卸噴漿車為農用車底盤，離地間隙小于裝載機，因此，相對于裝載機的良好通過性，自卸噴漿車轉移時對路況的要求相對較高。

（3）機械折舊及維修費用高。自卸噴漿車購置價格為10萬元人民幣，噴漿機為1.25萬元人民幣。使用期限同為3a，每臺自卸噴漿車的月折舊為2777元人民幣，每臺噴漿機為347元人民幣；維修費用方面，自卸噴漿車除和噴漿機等同的有噴漿機維修費用以外，還有柴油發動機、變速箱、液壓系統和車輛底盤的維修費用存在[4]。

2.3 根據實際應用情況進行成本數據比對

使用2臺噴漿機和1臺自卸噴漿車的噴射每立方米料的施工成本分別為45.13元人民幣和34.79元人民幣（包含人工工資、動力消耗、設備折舊、配件消耗4個方面成本）。2臺噴漿機對比1臺自卸噴漿車成本增加10.34元人民幣，按TJ6標3.6萬噸設計量計算，使用自卸噴漿車比使用噴漿機可降低成本37萬元人民幣。

3 自卸噴漿車和噴射機械手對比

3.1 噴射機械手對比自卸噴漿車的優點

（1）噴射效率高。機械手每小時噴射18m3，自卸噴漿車為14m3（2臺噴漿機）。

（2）節省人工。機械手有1名噴漿手和1名放料輔助工就可以完成。

（3）回彈率低。自卸噴漿車根據TJ6標項目操作手實際使用情況，回彈率在20%；噴射機械手的實際回彈率可以控制在15%。

（4）配件消耗小。自卸噴漿車月配件消耗在18000元人民幣（10個月實際使用消耗平均數值），噴射機械手的配件消耗在10000元人民幣。

（5）工作環境污染較小。自卸噴漿車為干噴，回彈大，工作區域飛塵大；噴射機械手為濕噴，大大改善了工作環境。

（6）噴漿質量高。噴射機械手噴口出口壓力比自卸噴漿車大，噴射至工作面的混凝土密實，質量高[5]。

3.2 噴射機械手對比自卸噴漿車的缺點

（1）設備折舊率高。自卸噴漿車購置成本10萬元人民幣，按3a使用年限算月折舊為2777元人民幣；噴射機械手購置費用為300萬人民幣，按7a使用年限算月折舊為35714元人民幣。

（2）設備故障率高，維修費用高。因設備結構復雜，配件多為進口件，更換費用高。并且液體速凝劑是在噴口添加，根據了解，極易產生堵管。

（3）速凝劑使用成本高。自卸噴漿車目前使用項目購買的速凝劑為每噸1100元人民幣，每m3噴漿料使用50kg計算，每立方米使用速凝劑55元人民幣。噴射機械手使用液體高品質速凝劑，每噸3500元人民幣，每立方米按4.5%的添加比例，每立方米噴漿料消耗速凝劑為71元人民幣。

（4）施工環境異味大。因噴漿機械手使用的是液態速凝劑，除使用成本高外，揮發的刺激性氣味比噴漿機使用的粉狀速凝劑要大，對現場操作人員工作舒適性有影響。

（5）總體性價比差。經過TJ6標項目自卸噴漿車的實際使用情況和噴射機械手的理論數據進行計算，使用自卸噴漿車和噴射機械手的施工每立方米噴漿料的施工成本分別為157.19元人民幣和164.27元人民幣。使用噴射機械手比使用自卸噴漿車施工每立方米噴漿料成本增加7.08元人民幣（包含人工成本、動力消耗、速凝劑價差、混凝土回彈價差、設備折舊、配件消耗6個方面成本）。按TJ6標項目3.6萬t設計量計算，使用自卸噴漿車比較噴漿機械手可降低成本25萬元人民幣。

4 結束語

雖然使用噴射機械手是提高噴漿質量，提高噴射效率，提高自動化施工程度，提高企業形象的首選產品，并且也是以后噴漿設備發展的必然趨勢，但是如果從使用成本方面考慮，其使用成本過高。就目前的施工水平，采用自卸噴漿車無論是在設備的購置成本，還是過程使用成本，均低于噴射機械手，因此采用自卸噴漿車進行隧道噴射混凝土施工還是符合目前國情的理性選擇。

［1］李國東.隧道施工進度及成本動態預測與控制［J］.交通世界，2017（Z1）：198-199.

［2］李學文.隧道施工成本管理與控制探討［J］.工程建設與設計，2015（12）：174-176.

［3］劉生華.新型混凝土噴射機械手在隧道工程中的應用［J］.建設機械技術與管理，2011（02）：86-89.

［4］李云江，呂愛民.噴漿機器人大臂的有限元分析［J］.金屬礦山，2006（04）：48-49，80.

［5］李云江，樊炳輝，榮學文，等.小型噴漿機器人試驗研究［J］.金屬礦山，2000（01）：30-31，36.