国内隧道喷射混凝土施工作业设备使用成本分析

尹军辉

（中交二公局东萌工程有限公司，陕西西安 710000）

0 引言

浙江省杭新景高速公路TJ6标项目标段内共有3座隧道，分别为西岙岭特长隧道（全长5970m，其中6标段施工长度3130m），小净距隧道2座，杨梅岗隧道（单洞长241m）、珠头隧道（单洞长134m）。其中，西岙岭隧道是目前浙江省第五长公路隧道，TJ6标项目部承担西岙岭隧道开化方向出口段（K167+900～K171+030段）施工任务，分左右线2个主作业面，项目工期36个月，喷射混凝土设计量为3.6万t。

隧道施工，喷射混凝土（锚杆、量测）一直被业内认为是新奥法的3大要素之一，其中喷射混凝土工序的及时施工是有效防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度的重要环节。为提高实际施工效率，降低成本，喷射混凝土设备的选型需要进行综合比对、理性分析。根据现场施工需要，西岙岭隧道喷锚支护工序施工中右洞选用自卸喷浆车1台，左洞选用耿立喷浆机2台。经过10个月的使用比较，并对目前市场上的喷浆机（潮喷）、自卸喷浆车（潮喷）和喷射机械手（湿喷）进行了市场调查研究，得出以下对比分析结果。

1 喷浆机、自卸喷浆车及喷射机械手的市场现状

一直以来国内隧道施工中多使用小型喷浆机，近年来有部分厂家对小型喷浆机进行了升级：在2台喷浆机之间加装行走平台及上料斗，形成自行式自卸喷浆车。自行式自卸喷浆车解决了小型喷浆机转移困难，人工上料工效低、浪费大的问题。工作效率比原来2台单机喷浆机有了明显提高，加装的自卸料斗装置，很大程度上减轻了喷浆机上料的人工强度，提高了操作人员转移设备的便捷性。尽管有上述优点，自卸喷浆车并没有从本质上解决喷浆机回弹率高、粉尘大的弊病，工作面除尘所需的用风、用电成本也未能降低。虽然造成这些缺点的原因是多方面的，但工程师们还是在不断寻求解决上述问题的有效途径。经过不断的研究，业内普遍认为，克服上述缺陷的根本出路在于使用喷浆机器人、喷浆机械手[1]。

国外从20世纪60年代初开始采用机械手喷浆，经过多年改进，目前已有了成熟的喷浆机械手设备。虽然我国也从20世纪60年代中后期开始投入研制喷浆机械手，但由于种种原因，虽经数十年的努力，并未形成质量可靠、大规模投入使用的产品。国内市场上现有的国产品牌喷浆机械手，不同程度上都存在结构不合理、自动化水平低、质量可靠性差的问题，主要表现为操作复杂、动作难以适应地下工程的恶劣环境[2]。因此国内施工中普遍采用进口喷浆机械手，保障施工需要的同时，价格也比较高，且维修和配件供应相对困难。

2 目前使用的喷浆机和自卸喷浆车的对比

自卸喷浆车目前1个班组为6个人配合操作，其中2人为喷浆手，其余4人为添加速凝剂辅助工；喷浆机目前1个班组为4个人配合操作，其中1人为喷浆手，其余3人为添加速凝剂辅助工，因为2台干喷机才是1台自卸喷浆车的效率，因此同效率下对比，需要8名工人共同操作。

2.1 实际使用中右洞自卸喷浆车对比左洞喷浆机的优点

（1）节省喷浆料。自卸运输车将喷浆料运至现场后直接卸至自卸喷浆车的料斗内，喷浆车作业时通过自行起斗上料，可以将喷浆料全部利用。而喷浆机作业时，自卸运输车是将喷浆料卸料到地上。如果地面不平或有水分污染，不能全部使用，造成浪费。

（2）节省人工。自卸喷浆车为自动上料，除喷浆手外，需要的辅助工主要是添加速凝剂。喷浆机是人工在地面上面将速凝剂和喷浆料充分搅拌后再人工使用铁锹上料。相比之下，人工劳动强度大。根据目前左右洞对比，节省2名辅助工人。

（3）提高施工效率。自卸喷浆车因自动上料，是在供料过程中添加速凝剂，减少了人工搅拌环节，节约了时间[3]；喷浆车的料斗容量是4m3，通过自卸料斗可以连续给喷浆机供料，相对人工用铁锹上料，确保了供料的连续性，提高了施工效率。

（4）节省吊运设备。自卸喷浆车为自行式，喷浆机需要装载机吊运。可以省去使用装载机吊运的环节。

2.2 自卸喷浆车对比喷浆机的缺点

（1）回弹率相对较高。根据生产工序不同，自卸喷浆车缺少了人工二次搅拌的环节，速凝剂不能像使用喷浆机时那样进行人工充分拌合。

（2）进入工作区域通过性差。自卸喷浆车为农用车底盘，离地间隙小于装载机，因此，相对于装载机的良好通过性，自卸喷浆车转移时对路况的要求相对较高。

（3）机械折旧及维修费用高。自卸喷浆车购置价格为10万元人民币，喷浆机为1.25万元人民币。使用期限同为3a，每台自卸喷浆车的月折旧为2777元人民币，每台喷浆机为347元人民币；维修费用方面，自卸喷浆车除和喷浆机等同的有喷浆机维修费用以外，还有柴油发动机、变速箱、液压系统和车辆底盘的维修费用存在[4]。

2.3 根据实际应用情况进行成本数据比对

使用2台喷浆机和1台自卸喷浆车的喷射每立方米料的施工成本分别为45.13元人民币和34.79元人民币（包含人工工资、动力消耗、设备折旧、配件消耗4个方面成本）。2台喷浆机对比1台自卸喷浆车成本增加10.34元人民币，按TJ6标3.6万吨设计量计算，使用自卸喷浆车比使用喷浆机可降低成本37万元人民币。

3 自卸喷浆车和喷射机械手对比

3.1 喷射机械手对比自卸喷浆车的优点

（1）喷射效率高。机械手每小时喷射18m3，自卸喷浆车为14m3（2台喷浆机）。

（2）节省人工。机械手有1名喷浆手和1名放料辅助工就可以完成。

（3）回弹率低。自卸喷浆车根据TJ6标项目操作手实际使用情况，回弹率在20%；喷射机械手的实际回弹率可以控制在15%。

（4）配件消耗小。自卸喷浆车月配件消耗在18000元人民币（10个月实际使用消耗平均数值），喷射机械手的配件消耗在10000元人民币。

（5）工作环境污染较小。自卸喷浆车为干喷，回弹大，工作区域飞尘大；喷射机械手为湿喷，大大改善了工作环境。

（6）喷浆质量高。喷射机械手喷口出口压力比自卸喷浆车大，喷射至工作面的混凝土密实，质量高[5]。

3.2 喷射机械手对比自卸喷浆车的缺点

（1）设备折旧率高。自卸喷浆车购置成本10万元人民币，按3a使用年限算月折旧为2777元人民币；喷射机械手购置费用为300万人民币，按7a使用年限算月折旧为35714元人民币。

（2）设备故障率高，维修费用高。因设备结构复杂，配件多为进口件，更换费用高。并且液体速凝剂是在喷口添加，根据了解，极易产生堵管。

（3）速凝剂使用成本高。自卸喷浆车目前使用项目购买的速凝剂为每吨1100元人民币，每m3喷浆料使用50kg计算，每立方米使用速凝剂55元人民币。喷射机械手使用液体高品质速凝剂，每吨3500元人民币，每立方米按4.5%的添加比例，每立方米喷浆料消耗速凝剂为71元人民币。

（4）施工环境异味大。因喷浆机械手使用的是液态速凝剂，除使用成本高外，挥发的刺激性气味比喷浆机使用的粉状速凝剂要大，对现场操作人员工作舒适性有影响。

（5）总体性价比差。经过TJ6标项目自卸喷浆车的实际使用情况和喷射机械手的理论数据进行计算，使用自卸喷浆车和喷射机械手的施工每立方米喷浆料的施工成本分别为157.19元人民币和164.27元人民币。使用喷射机械手比使用自卸喷浆车施工每立方米喷浆料成本增加7.08元人民币（包含人工成本、动力消耗、速凝剂价差、混凝土回弹价差、设备折旧、配件消耗6个方面成本）。按TJ6标项目3.6万t设计量计算，使用自卸喷浆车比较喷浆机械手可降低成本25万元人民币。

4 结束语

虽然使用喷射机械手是提高喷浆质量，提高喷射效率，提高自动化施工程度，提高企业形象的首选产品，并且也是以后喷浆设备发展的必然趋势，但是如果从使用成本方面考虑，其使用成本过高。就目前的施工水平，采用自卸喷浆车无论是在设备的购置成本，还是过程使用成本，均低于喷射机械手，因此采用自卸喷浆车进行隧道喷射混凝土施工还是符合目前国情的理性选择。

［1］李国东.隧道施工进度及成本动态预测与控制［J］.交通世界，2017（Z1）：198-199.

［2］李学文.隧道施工成本管理与控制探讨［J］.工程建设与设计，2015（12）：174-176.

［3］刘生华.新型混凝土喷射机械手在隧道工程中的应用［J］.建设机械技术与管理，2011（02）：86-89.

［4］李云江，吕爱民.喷浆机器人大臂的有限元分析［J］.金属矿山，2006（04）：48-49，80.

［5］李云江，樊炳辉，荣学文，等.小型喷浆机器人试验研究［J］.金属矿山，2000（01）：30-31，36.