谷桂麗

摘要：由于隧道工程隱蔽項(xiàng)目多、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工作業(yè)空間狹小，且施工中不可預(yù)見(jiàn)的因素多。針對(duì)隧道施工的這些特點(diǎn)，近年來(lái)，大多施工企業(yè)選擇機(jī)械化開(kāi)挖來(lái)替代傳統(tǒng)人工施工方法。機(jī)械化施工具有施工效率高、施工進(jìn)度快、施工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，并且已在交通領(lǐng)域得到一致認(rèn)可。為了深入了解機(jī)械化施工，近年來(lái)，我國(guó)隧道施工企業(yè)引進(jìn)和選用一些國(guó)內(nèi)外先進(jìn)隧道施工設(shè)備，深入研究隧道機(jī)械化的相關(guān)施工技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，推行機(jī)械化作業(yè)。

本文通過(guò)實(shí)例對(duì)這兩種開(kāi)挖方法的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械化

一、工程概況

隧道里程為：左線全長(zhǎng)4379m，右線全長(zhǎng)4399m，左右洞凈距20m。除洞口段外，無(wú)淺埋段，最大埋深460m。

全線地質(zhì)以石灰?guī)r、安山玢巖、斑巖為主，圍巖分類為：V級(jí)905m，IV級(jí)3060m，III級(jí)3636m，II級(jí)1177m。

大部分巖石屬于堅(jiān)硬巖，巖塊抗壓強(qiáng)度介于 30-60MPa，屬于較堅(jiān)硬巖。在勘察期間，鉆探深度內(nèi)未見(jiàn)地下水。

隧道地處生態(tài)保護(hù)區(qū)，在工程地質(zhì)測(cè)調(diào)繪中，在隧道山坡發(fā)現(xiàn)灰?guī)r山體存在洞穴，隧道為特長(zhǎng)隧道，隧址區(qū)存在多處斷層破碎帶，有存在溶洞、巖爆的可能，要特別強(qiáng)調(diào)工程安全保障措施的合理運(yùn)用。

二、施工工法

1、V級(jí)圍巖

設(shè)計(jì)工法為CRD法，上導(dǎo)洞內(nèi)不能進(jìn)入機(jī)械;下導(dǎo)洞高4.1m，扣除下導(dǎo)洞施工時(shí)仰拱未開(kāi)挖部分高度，遠(yuǎn)不能滿足鑿巖臺(tái)車最小操作高度4.5m;只能采用人工開(kāi)挖、人工安裝拱架、人工噴射混凝土。

左線長(zhǎng)度455米，右線長(zhǎng)度450米。

2、IV級(jí)圍巖

設(shè)計(jì)工法為：三臺(tái)階（深埋一般段）、三臺(tái)階預(yù)留核心土（淺埋加強(qiáng)段）、CRD法（緊急停車帶加寬段）。三臺(tái)階法每臺(tái)階高度約3.8m，上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，鑿巖臺(tái)車就位于中臺(tái)階，上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在4m內(nèi)，可以進(jìn)行鉆孔作業(yè)。拱架安裝臺(tái)車、濕噴臺(tái)車最小操作高度2.8m，上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在6m內(nèi)，可以進(jìn)行相應(yīng)作業(yè)。

左線長(zhǎng)度1420米（CRD法50米，三臺(tái)階預(yù)留核心土70米，三臺(tái)階1300米）。

右線長(zhǎng)度1640米，（CRD法50米，三臺(tái)階預(yù)留核心土70米，三臺(tái)階1520米）。

3、III級(jí)圍巖

設(shè)計(jì)工法為：二臺(tái)階（一般段）、三臺(tái)階預(yù)留核心土（緊急停車帶加寬段）。

左線長(zhǎng)度1921米（二臺(tái)階1671米，三臺(tái)階預(yù)留核心土250米）。

右線長(zhǎng)度1715米，（二臺(tái)階1465米，三臺(tái)階預(yù)留核心土250米）。

4、II級(jí)圍巖

設(shè)計(jì)工法為二臺(tái)階，左線長(zhǎng)度583米，右線長(zhǎng)度594米。

三、機(jī)械化與傳統(tǒng)人工開(kāi)挖的對(duì)比分析

3.1施工成本對(duì)比

⑴ 人工鉆孔

開(kāi)挖斷面140m²，人工開(kāi)挖需22臺(tái)風(fēng)鉆，33人/班，其中鉆孔人員22人，裝藥爆破人員10人，爆破技術(shù)員1人;4臺(tái)130kw空壓機(jī)、2臺(tái)110kw通風(fēng)機(jī);每個(gè)循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺2.5m，每個(gè)循環(huán)開(kāi)挖時(shí)間為4小時(shí)左右，鉆孔145個(gè)，每天按1.5循環(huán)計(jì)算，其具體消耗成本如下：

①人工費(fèi)約：（8000×32+9000×1）×1.5÷30÷140÷3.75=25.24元/m³;

②火工品約（藥卷直徑32mm）：（0.016×0.016×3.14×2.5×145×1360）×13÷140÷2.5=15.85元/m³;

③電費(fèi)消耗（空壓機(jī)、通風(fēng)機(jī)）：（4×130+2×110）×4=2960度電，每度電按1.1元/度計(jì)算2960×1.1÷140÷2.5=9.30元/m³;

④配件消耗：

鉆頭、鉆桿（3個(gè)循環(huán)換10個(gè)）：（35+270）×10÷（140×2.5×3）=2.91元/ m³;

風(fēng)水管（一次攤銷）：（50+85.5+52）×3000÷（850000÷2）=1.32元/ m³;

臺(tái)架（60%攤銷）：（8300×42）×0.6÷（850000÷2）=0.49元/ m3;

其他損耗：2元/m³;

小計(jì)：2.91+1.32+0.49+2=6.72/m³;

⑤機(jī)械修理費(fèi)（4個(gè)維修及操作人員）：4×8000×1.5÷30÷140÷3.75=3.05元/ m³;

⑥設(shè)備折舊費(fèi)：（80000×4+150000×2+80000）÷10×4÷（850000÷2）=0.66元/ m³;

合計(jì)：25.24+15.85+9.3+6.72+3.05+0.66=60.82元/ m³。

⑵ 鑿巖臺(tái)車（分三臂和二臂鑿巖臺(tái)車）

開(kāi)挖斷面140m²，兩臂鑿巖臺(tái)車2臺(tái)，功率120kw，2臺(tái)110kw通風(fēng)機(jī)，每班15人，每個(gè)班4個(gè)操作手，裝藥爆破人員10人，爆破技術(shù)員1人。1個(gè)每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺約2.5米，開(kāi)挖所需時(shí)間2.5小時(shí)，每天按1.8個(gè)循環(huán)計(jì)算，具體消耗成本如下：

①人工費(fèi)約：（4×20000+10×8000+1×10000）×1.8÷30÷（140×4.5）=16.19元/m³;

②火工品約：15.85元/m³;

③電費(fèi)約（240+2×110）×2.5×1.1÷2.5÷140=3.61元/m³;

④配件、材料（油料）費(fèi)

鉆頭、鉆桿（1個(gè)循環(huán)換1個(gè)）：（150+2000）÷（140×2.5）=6.14元/m³;

其他費(fèi)：6元/m³;

小計(jì)：6.14+6=12.14元/m³;

⑤臺(tái)車機(jī)械維修保養(yǎng)費(fèi)

維修費(fèi)：【（2×15000）×1.8÷30÷140÷4.5】×2=5.72元/m³;

保養(yǎng)費(fèi)：【6000÷（140×2.5×4）】×2=8.58元/m³;

小計(jì)5.72+8.58=14.3元/m³;

⑥臺(tái)車機(jī)械使用折舊費(fèi)約：臺(tái)車8560000元/2臺(tái)，臺(tái)車機(jī)械使用費(fèi)按10年折舊計(jì)算。

8560000÷10×4÷（850000÷2）=8.06元/m³;

⑦進(jìn)場(chǎng)費(fèi)：100000×2÷（850000÷2）=0.47元/m³;

合計(jì)：16.19+15.85+3.61+12.14+14.3+8.06+0.47=70.62元/m³。

結(jié)論：在襯砌類型為IVa、IVb、C3、T3、C2時(shí)，可以采用鑿巖臺(tái)車施工的情況下，臺(tái)車較人工總成本增加55萬(wàn)m³×9.8元/ m³=539萬(wàn)。

3.2安全風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

（1）傳統(tǒng)人工施工：

鉆孔人員22人，人工鉆孔人員緊鄰掌子面作業(yè)，有巖石脫落造成物體打擊傷害的風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)生緊急情況時(shí)，臺(tái)架上的作業(yè)人員不易逃生。

人工鉆孔需要對(duì)自制臺(tái)架進(jìn)行臨邊安全防護(hù)，且防護(hù)極易被爆破損壞，導(dǎo)致窩工休整或作業(yè)人員經(jīng)常處在無(wú)臨邊防護(hù)的環(huán)境下，易發(fā)生高墜事故;

（2）機(jī)械化施工：

鑿巖臺(tái)車操作人員4人，有效減少作業(yè)人數(shù)，避免了交叉干擾因素，同時(shí)可以避免重大、特大事故的發(fā)生。鑿巖臺(tái)車距離掌子面14～16m，且在已經(jīng)支護(hù)好的地段，不存在物體打擊風(fēng)險(xiǎn)。

鑿巖臺(tái)車輔助臂自帶規(guī)范防護(hù)的操作平臺(tái)，無(wú)需另外增加防護(hù)，且爆破時(shí)鑿巖臺(tái)車已駛離安全距離外。

3.3職業(yè)健康對(duì)比

（1）傳統(tǒng)人工施工：

人工鉆孔人員一直暴露在噪音和粉塵環(huán)境中，人工鉆孔人員長(zhǎng)期從事震動(dòng)工作，容易患耳鳴、耳聾、塵肺等疾病;

（2）機(jī)械化施工：

鑿巖臺(tái)車全封閉操作室有效的阻止了職業(yè)病的發(fā)生，且鑿巖臺(tái)車是機(jī)械臂，不會(huì)對(duì)操作手造成震動(dòng)傷害。

3.4施工質(zhì)量對(duì)比

（1）傳統(tǒng)人工施工：

人工鉆孔難以保證鉆孔角度、精度、深度，超欠挖差異大，II、III級(jí)圍巖光爆效果不佳;

（2）機(jī)械化施工：

鑿巖臺(tái)車重型鋁合金推進(jìn)梁剛性好，抗彎及抗扭強(qiáng)度高，能夠有效保障鉆孔角度、精度、深度，成孔質(zhì)量高。

目前Ⅳ級(jí)圍巖含有鋼拱架，受此影響鑿巖臺(tái)車施工時(shí)周邊眼外插角角度存在難以控制等問(wèn)題，項(xiàng)目為解決鑿巖臺(tái)車施工時(shí)不受拱架影響的問(wèn)題，擴(kuò)大了掌子面尺寸，造成超挖量在一定程度上比人工開(kāi)挖要大。

3.5工期對(duì)比

（1）傳統(tǒng)人工施工：

成孔速度慢：傳統(tǒng)人工鑿巖單孔平均成孔速度為8-10分鐘/孔*2.5m，

（2）機(jī)械化施工：

成孔速度快：鑿巖臺(tái)車鉆孔有強(qiáng)大的推進(jìn)力，可以實(shí)現(xiàn)多孔同時(shí)推進(jìn)，一次成多孔，減少鉆孔時(shí)間，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，鑿巖臺(tái)車單孔平均成孔速度為2-3分鐘/孔*2.5m，同時(shí)不需要工作輔助平臺(tái)，可節(jié)約非鉆孔時(shí)間，大大提高了施工進(jìn)度，縮短了工期。經(jīng)測(cè)算，本項(xiàng)目工期可提前3個(gè)月。

四、存在問(wèn)題

1、人員問(wèn)題技術(shù)不成熟

鑿巖臺(tái)車操作手的熟練程度不一，一個(gè)好的操作手能有效的控制鉆桿水平角度和孔的直度，大大提高鉆孔質(zhì)量，有效控制超欠挖。而目前大多的設(shè)備廠家對(duì)操作手只提供技術(shù)培訓(xùn)，不是標(biāo)準(zhǔn)配置。初學(xué)操作手的熟練程度不利于施工質(zhì)量控制。

2、設(shè)備租賃市場(chǎng)不靈活

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)可以出賃鑿巖臺(tái)車的廠家太少，且起租時(shí)間一般6個(gè)月，針對(duì)初次嘗試機(jī)械化施工的單位，一般先考慮租賃，方便使用后再行購(gòu)買，而設(shè)備的起租期過(guò)長(zhǎng)不利于項(xiàng)目的成本控制。

結(jié)語(yǔ)：

項(xiàng)目自實(shí)施隧道機(jī)械化施工以來(lái)，贏得了各級(jí)政府、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理單位的高度評(píng)價(jià)，所以推進(jìn)機(jī)械化施工不僅樹(shù)立企業(yè)形象，還進(jìn)一步穩(wěn)固企業(yè)在公路施工領(lǐng)域的地位，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，機(jī)械化施工未來(lái)隧道施工的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 三臂鑿巖臺(tái)車開(kāi)挖施工研究報(bào)告

[2]? 隧道施工圖紙