隧道施工机械化集群作业与传统劳务班组施工的差异性分析

石磊

（甘肃长达路业有限公司，甘肃 兰州730030）

隧道施工机械化集群作业与传统劳务班组施工的差异性分析

石磊

（甘肃长达路业有限公司，甘肃 兰州730030）

目前，隧道施工大多数仍采用人工作业，不仅工序循环时间长，而且安全风险高，施工进度缓慢，机械化集群作业成为隧道施工新的选择和契机。结合两徽高速试验段两段隧道工程，分别对采用机械化集群作业和传统劳务班组施工进行了进度、质量、成本管控、环保、安全等方面的对比。结果表明，机械化集群管理模式有效避免了传统劳务班组施工中劳动强度大、支护质量差、工作效率及安全系数低等问题，具有机械化程度较高、质量达优、成本可控的优势，这对提升隧道机械化水平、降低施工成本风险等具有重大意义。

隧道工程；机械化集群；传统劳务

0 引言

随着我国公路建设规模的逐渐扩大，各种先进的施工技术相继应用于隧道施工中，相应地，各种先进的施工管理手段的应用也迫在眉睫。但是，在目前的隧道施工中，相对落后的施工技术与管理模式已经成为提高行业技术水平的绊脚石，而国内隧道施工中大部分工序基本均由人工作业完成，不仅工序循环时间长，而且安全风险高，对人员的健康威胁极大，更为重要的是工程质量难以得到很好的保证[1]，因此，亟需对传统的劳务班组施工模式进行提升和优化[2]。该提升即包含了对硬件的提升（机械化）。在此过程中需要对优化方案进行综合技术经济对比后方可确定[3，4]。

1 工程概况

两徽高速试验段路线全长4.465 km，合同工期42个月。起点桩号YK16+035、ZK16+008，位于两当县西北侧大坡沟内；终点桩号YK20+500、YK20+520，位于徽县柳林镇东北侧磨沟内。主线按4车道高速公路技术标准设计，设计车速80 km/h，整体式路基宽24.5 m，分离式路基宽12.25 m。试验段全线共设置小桥20.046 m/1座（以右线计），302 m路基，隧道4 193.5 m/1座。桥隧长度占路线总长的94.4%。主要工程量为两当特长隧道。隧道左线长4 210 m，右线长4 177 m，纵坡均为单向坡，左线纵坡-2.4%，右线纵坡-2.45%。隧道左、右线洞身穿越新近系疏松砂砾岩及三叠系板岩夹灰岩、千枚岩及炭质板岩，两者呈不整合接触，新近系砂砾岩，产状平缓，呈红褐色，多夹泥质砂岩，岩体较完整，泥质弱胶结，遇水易崩解，属极软岩～软岩。下伏板岩为主的三叠系岩层，层厚变化大，褶皱发育，岩体节理裂隙发育，岩体较破碎，属较软岩～软岩（见图1、图2）。围岩级别为IV、Ⅴ级。

图1 工程地质平面图

2 隧道机械化施工模式与传统劳务施工模式对比

两当隧道施工中，左线依托双臂凿岩台车、湿喷台车、多功能台架、自行式移动模板台车等大型设备实行以钻爆法为基础隧道机械化施工模式，右线实行传统劳务班组化施工模式。

2.1 施工进度

工序循环耗时统计见表1，由表可见，机械化集群作业优势明显，每循环节省2 h左右，较传统劳务施工速度快。

图2 工程地质纵断面

表1 初期支护工序循环耗时对比（掘进进尺相同）

2.2 质量控制

针对传统劳务的潮喷和机械化的湿喷两种工况，分别对现场取样的喷射C25混凝土进行了抗压强度的统计，结果见表2。数据显示，湿喷混凝土强度高于潮喷0.5～2 MPa，另外，在切割试块时，湿喷芯样较潮喷密实。

表2 湿喷与潮喷对比（机械化与传统人工）

2.3 成本管控

2.3.1 人员配置差异

从人员配置结构上分析（见表3），机械化施工相比传统劳务班组施工，人员配置相对减少，节约了人工费。

表3 人员配置差异对比表

2.3.2 设备配置差异

机械配置分析（见表4），机械化施工发生的机械费比传统劳务班组施工高很多。

2.3.3 材料费差异

机械配置分析（见表5），机械化施工发生的机械费比传统劳务班组施工高很多。

表4 设备配置差异对比表

表5 材料费差异对比表

通过成本核算（模式1）机械化直接工程费2 243.63万元，传统劳务直接工程费1 331.91万元，共计3 575.53万元，机械化施工成本大。

2.4 环境保护

（1）采用机械化集群作业流水线，降低施工安全风险，安全风险低。

（2）遇隧道突发事件时，机械化施工抢险优势明显，设备置于安全地带作业，避免人员接触围岩，降低了隧道施工安全风险。

（3）湿喷机运转时节省洞外输送高压风，节约用电。同时降低粉尘污染，改善施工环境，确保施工人员身心健康，做到节能、环保。

（4）凿岩台车作业无需洞外输送高压风，设备自身需高压供电，但与洞外空压机用电相比，做到了节能。

3 施工模式成本变化分析

对三种模式的成本变化进行对比（见图3）可以看出：根据隧道长度、工期、进度、工程数量等参数，左右线实行机械化（模式2）中，人工费相比模式1节省331.88万元，喷射混凝土材料费增加85.46万元，机械费节省5.3万元，共计节省成本251.73万元；左右线实行传统劳务班组（模式3）中，人工费相比模式1增加247.32万元，喷射混凝土材料费节省83.06万元，机械费节省1 104.7万元，共计节约成本940.43万元。

4 分析

（1）左线机械化施工虽节省了人工，但机械费用比传统劳务班组施工高，从经济角度分析，反而加大了成本。

（2）机械化施工管理模式有待于进一步细化，劳务人员工作积极性低，未能发挥多劳多得的薪酬激励机制。

（3）机械化对施工配合及原材料要求高，材料费多。

图3 两当隧道（进口端）施工模式不同成本差异对比分析

（4）隧道空间小，工序交叉作业干扰，安全步距限制，设备使用空间大，设备利用率低。

（5）操作人员与设备未进行优化组合，磨合达不到最佳，设备操作熟练程度需提高。

总体来看，机械化集群施工具有以下优势：

（1）采用机械化集群作业形成高效的工作作业流水线，加快了施工进度。

（2）设备代替人工施工，保证了施工过程中人员的安全性和劳动强度。

（3）推行机械化施工，降低了噪声、油耗和排放，操作稳定、方便，绿色环保，能源利用率高。

（4）实行机械化施工，施工技术大幅度提升，确保了质量“内实外美”。

5 结 语

隧道机械化集群作业虽然成本较高，但是减少了机械油耗和废烟、废气排放，降低了粉尘污染，改善作业环境，减少职业健康危害，保护作业人员的身心健康，通过严抓管控，施工作业从管理模式到技术都提升到一个新层次，每道工序标准化完成，质量达优。随着机械化程度不断提升，机械化施工成本将显著减少，机械化集群作业模式将成为隧道施工的主流。

[1]周正华,马宏伟.长洪岭隧道钻爆法机械化施工 [J].建筑机械化，2010.

[2]JTG F60-2009，隧道施工技术规范[S].

[3]周爱国,唐朝伟,方勇刚,等.隧道工程现场施工技术[M].北京：人民交通出版社，2004..

[4]王西应,王金祥.隧道安全快速施工机械化关键技术装备研究[J].建设机械技术与管理，2009(11)：107-113.

U455

B

1009-7716（2016）12-0170-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.050

2016-08-29

石磊（1989-），男，甘肃定西人，助理工程师，从事岩土与隧道工程施工管理工作。