关于隧道机械化施工成本分析的思考

2018-01-29彭江

太原城市职业技术学院学报 2018年3期

彭江

(中铁十八局集团隧道工程有限公司,重庆 400707)

一、工程概述

本文以工程项目中的隧道机械化施工为例进行相关的工艺技术以及成本分析，这里选择的高速项目的线路长度为5.235km，其中主要涉及到四座隧道以及相关的路基内容。鸿达隧道围岩是这段工程的重要内容，大部分是风化岩、质灰岩。在施工中，应该认识到隧道是溶蚀、岩溶问题集中的地带，也经常会碰上多种多样的洞穴、岩溶、溶蚀等问题。

二、机械化配套

（一）机械化配套原则

一是在进行设备选型过程中，都是按照电类设备为主，为控制成本应该进一步控制好后面的配套设备的投入；二是从施工机械出发，选择相关配套的施工工艺技术；三是从经济性角度出发，选择设备质量可靠性高，便于进行维护修理，能匹配相关的生产能力的需求；四是具体的设备引进中，应该从国产化角度考虑，这样便于及时供应相关的零配件以及易损件。

（二）机械化配套

一是在配套挖装运作业线的机械化过程中，隧道施工中的一次性开挖处理，是应用两台三臂凿岩台车设备，并通过全断面光面爆破方式进行。其中，在9台自卸汽车出渣情况下，采用两台小松380装载机。

二是在配套锚喷作业线机械过程中，作业过程中应用国产湿喷机组，通过相关的技术要求，在洞外实现相关的混凝土搅拌处理，利用两台混凝土罐车进行相关的送料操作，通过电动空压机进行供风处理。

三、机械化配套中注意的问题

（一）操作要点分析与思考

1.通过爆破设计的进一步优化，对于超欠挖问题进行严格控制处理。利用相关的爆破试验以及相关的经验参考等方法，结合项目要求来确定相关的参数。在此过程中，应从实际情况出发，重点考虑到相关的结构裂隙发育程度、围岩类别、方向情况以及钻孔角度等，并积极开展系列化的优化处理。

2.开展爆破效果监测及爆破设计优化处理。在进行爆破效果检查过程中，主要涉及到相关的超欠挖检查。包括是否按照原有的爆破设计来实现相关的爆破进尺方面的要求；检查开挖面的平整度、圆顺度等参数；要求实现炮眼痕迹保存率控制在80%以上的要求，同时，完整性差、软弱的岩石不低于五成，破碎岩石不低于二成，尽可能实现开挖轮廓面中残留炮孔痕迹的均匀分布性等要求。相邻两茬炮的光面爆破孔控制在15厘米的范围内。在开展爆破设计优化过程中，主要根据相应的爆破后结果进行相关的检查分析，并在此基础上进行原因分析和整理，对于相关参数进行修正、优化处理，保证爆破效果的提升，从而在各方面使得技术经济指标得到提升。主要参考相关的参数包括周边眼、眼距，用药量等修正则应该进一步了解相关的岩性软硬以及岩层节理裂隙发育情况进行。其中，对于Ⅳ类围岩及围岩破碎地段来说，主要采用小进尺的方式，尽量通过技术措施来减少爆破作业，有效对于超欠挖进行控制，也就是尽量避免出现周围岩体的干扰。

（二）加强对液压凿岩台车的使用与维修管理

结合相关“1＋1”管理模式要求，也就是通过作业一个班次，应该开展强制性保养一次。通过这样的方式，能够在台车作业前就能有效将故障隐患进行消除，保证实现台车作业循环的完好率。一般来说，台车机具配件在有可能情况下应该采用国产化，这样便于进行维护以及更换零部件，能有效保证总体施工进度方面的要求。同时，还应进一步加强施工人员的综合业务素质能力，保证有效提升施工质量水平。

（三）机械手操作手技能

结合项目要求，应严格训练相关的台车操作人员，要求进行必要的专业技能方面的考核方可以上岗操作，这样是对于施工安全以及施工质量的保障，要求操作手能熟练掌握相关的喷射距离，在基础上方可以有效实现回弹量的减少。另外，在进行回弹量的控制中，还应该从实际出发做好相应的每层的喷射厚度的控制。

（四）混凝土质量

湿喷混凝土拌和料应该符合相关的技术规范标准的要求，并具有较强的稳定性，不应该对于供料状态进行随意更改，这样方可实现湿喷泵送的正常运行。

（五）加强对湿喷机械手使用与维修管理

开展相应的“1＋1”管理模式，每次强制保养是在作业一个班次之后，这样能实现机械手的完好率较高的要求。

四、三臂凿岩台车机械化应用

所谓的凿岩台车，则是通过几台凿岩机以及推进器根据相关的项目要求，在钻臂上进行安装，同时配备相关的底盘。在具体的凿岩作业过程中，主要涉及到的设备包括钢结构的车架、钻臂、凿岩机、走行机构和其相关附属设备。

（一）三臂凿岩台车工效对比

第一，在进行钻爆时间方面。采用凿岩台车的施工情况下，相比于传统工艺来说，设备并没有具体明显的优势。究其原因，主要是由于凿岩台车操作平台的装药速度非常慢。在这个工艺过程中，还需要相关的开挖台车进行配额和操作，考虑到岩溶发育区的影响下，又存在相应的围岩节理裂隙发育破碎情况，通过上述的冲击式钻孔的方式影响下，则会造成孔壁岩体破坏较大，往往出现塌孔而无法有效装药的情况，只能通过人工吹孔方可装药处理，这样就会使得工序有所增加，并不能体现出凿岩台车钻孔快的优势所在。另外，考虑到上述的凿岩台车具有比较长的车身的影响，一般来说，其主要从事于相应的上台阶开挖，而依然用传统工艺施工进行相应的下台阶开挖施工。

第二，在火工品方面，结合相应的凿岩台车施工要求，新设备并没有明显的优势，主要是由于采用了直径比较大的钻头，直径达到45mm，且不耦合装药的情况下，不利于爆炸能量的传播，存在着较为严重的衰减问题，使得钻爆效果难以达到传统的效果，应该结合实际情况来进行相关的爆破方案的修正。

第三，在电力消耗方面分析，相比传统工艺技术，这种凿岩台车新设备具有明显优势。由于自配置空压机，这样就能省去外接空压机的情况，能实现明显的节电要求。同时，设备具有极高的电力设施要求，要实现启动时用电功率大于196kW，传统工艺使用电缆线则不能满足设备要求，在越来越增加的隧道进尺情况下，会造成电压的压降损失明显增加。经统计，超过开挖隧道的700m情况下，难以满足凿岩台车的电压要求。

（二）成本对比

相比于传统施工工艺技术来说，采用三臂凿岩台车双洞施工过程中，成本稍高，大约每方增加为1.43元。

第一,分析成本增加的情况，主要涉及到凿岩台车日常维修保养以及相关的折旧方面的问题。对于全进口设备来说，在维护保养方面由于采用原装进口零部件，必然存在比较高的成本单价问题，由于设备价值高，这样的折旧费用也相应比较高。在降低成本方面，主要涉及到：一是凿岩台车电耗节省具有明显优势。通过上面分析，由于自带空压机，设备功率为173kW，同样，传统工艺中的3～4台空压机的外接情况下，空压机功率约为132kW，相比而言，具有明显的节电优势；二是人工成本明显降低。经过统计，双洞施工要求下能实现14人次的节省。

第二，在隧道及工艺的适用性方面，设备主要较为适合在三车道隧道全断面或台阶法施工中，或者在相关条件下的两车道隧道全断面施工的过程中。由于存在着较长的推进梁情况，开展两车道隧道台阶法施工的过程中，存在上台阶掏槽眼施工较为困难的情况，实现不了预期的爆破效果，并不符合大断面施工条件情况。

第三，在设备性价比方面，结合当前的施工条件以及要求，经过三个多月的实践应用，统计相应的服役时间，凿岩台车左推进梁冲击时间为156h，中推进梁冲击时间为68h，右推进梁冲击时间为124h。可见，操作臂利用率具有比较低的利用率，采用双臂凿岩台车则是符合本项目工程需求，在成本控制方面更具有优势。

五、混凝土喷射台车

（一）湿喷台车工效情况对比

第一，在电力消耗分析过程中，新设备具有明显优势，由于空压机的自身配备，避免需要空压机的外接要求，功率150kW，实现设备省电优势；第二，对喷浆时间及喷射砼损耗进行分析，相比于传统工艺技术，湿喷台车能有效降低每延米喷射时间，能实现比较低的喷射砼损耗需求。应该注意，在此过程中需要喷射砼质量期操作手较高的技术能力。

（二）成本对比

相比于传统工艺技术水平，湿喷台车施工能够节省成本，经过统计分析计算，每平米大约节省302.1元。具体来说，包括以下几个方面：

一是分析成本降低成因，主要涉及到人工成本节约、省电等方面。采用湿喷台车工艺技术，具有明显的电耗节省要求，由于自配置的空压机的原因，显然要比外接2～3台空压机实现节电要求；另外，相比传统工艺，湿喷台车双洞施工方式基本上能实现节省10人次人工成本，算下来大约为323.12元/m。

二是在成本增加方面，主要涉及到材料价差、湿喷台车折旧方面。由于设备价值较高导致折旧费较高，同时相比于喷射砼湿喷传统工艺来说，具体施工要求中大约的配合比为，水泥：砂：碎石：水：速凝剂=455:783:782:200:22.8，考虑到湿喷采用速凝剂材料的价格比较高，再加上喷射砼存在价差的原因，经过分析，大约每方高约26.61元，每平米高约278.32元。

三是在设备性价比方面，利用湿喷台车工艺技术能具有较好的性价比，但应该注意到一点，应严格控制好喷射砼质量要求，利用相关的技术实现液体速凝剂质量要求。在此过程中，速凝剂加工设备的投入成本较高，考虑到相关的速凝剂加工设备摊销和喷射砼用量的反比关系，往往其适用于较长的隧道情况。