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    三臂鑿巖臺車在高速公路隧道成本的分析研究
    作者:cqliugong | 時間:2021-10-28 11:16:31
    我的觀點

    基于對三臂鑿巖臺車在高速公路隧道工程造價及影響因素的探討研究,文章主要從工程概況、三臂鑿巖臺車基本參數及適用性、三臂鑿巖臺車的使用情況及成本分析、方案優化降低工程造價這四方面入手展開分析研究,希望能為有關人士提供幫助。

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    引言

    隨著我國社會經濟的快速發展,基礎建設熱潮到來,工程規模將越來越大,改善施工作業環境,降低作業工人勞動強度,有效節約資源,傳統、粗放的“人海戰術”已然無法應對,因此必須提升機械化程度,追求“機械化換人,自動化減人”的思路,在此背景下,傳統高速項目引進全電腦三臂鑿巖臺車進行開挖施工,通過機械化達到快速施工的目的,而在保證隧道施工安全、質量的同時,機械化是否能盡可能的節省成本開支,三臂鑿巖臺車對高速公路隧道造價的影響,展開更深層次的探索就必須得到重視。

    1 工程概況

    重遵8標桐梓隧道里程樁號YK40+546~YK45+015,共長6.864Km,設計時速100km/h,主洞圍巖(單幅)Ⅴ級:702m,占總長:15.66%,Ⅳ級:3010m,占總長67.17%,Ⅲ級:769.5m,占總長17.17%,隧道反坡施工,單向坡1.75%,隧道巖性為:灰巖,泥巖;主洞開挖斷面積平均約150m2,斜井開挖斷面積約86.51m2;合同工期1240日。隧道地質情況復雜,為全線安全、質量、工期控制的關鍵工程。

    2 三臂鑿巖臺車基本參數與適用性

    三臂鑿巖臺車是一種采用鉆爆法施工的隧道鑿巖設備(見圖1),最大覆蓋面積為155~190m2(視機型而定),最大鉆孔高度為12.3~13.1米(視機型而定),鉆孔直徑為Φ43mm~Φ140mm。主要用于山嶺隧道鉆爆法全斷面或臺階法開挖作業,以三、四級圍巖最佳,同時還可以用于超前地質鉆探、超前管棚鉆設、超前注漿鉆孔、徑向錨桿鉆設、輔助裝藥等多種作業。

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    ▲圖1 三臂鑿巖臺車斜井內單機作業

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    ▲圖2 三臂鑿巖臺車主洞內雙機作業

    3 三臂鑿巖臺車使用情況及成本分析

    隧道開挖作業采用光面爆破,其中炮眼鉆孔的施工與以往人工手持風動式氣腿鑿巖機進行鉆孔不同,采用進口的阿特拉斯全電腦三臂鑿巖臺車,全電腦三臂鑿巖臺車具有成孔速度快、鉆眼精度高、人員投入少、安全系數高、用電量減少、杜絕洞外噪音等優點。三臂鑿巖臺車鉆孔4m只需2~3分鐘即可成孔,全斷面150個炮孔,2~3小時左右即可全部打完,相比傳統人工手持風槍鉆孔大大提高了鉆孔的效率及精度,保障作業人員安全。用全斷面開挖,超過一定高度,人工鉆眼定位和角度控制難以把控,速度較慢,三臂鑿巖臺車采用全站儀、電腦自動定位,鉆進過程中孔位及角度都可以精確定位,避免打偏,在大跨徑隧道中,拱頂孔位也能應對自如,有效解決了傳統人工鉆孔炮眼孔位、角度難以控制的難題。三臂鑿巖車僅需臺車操作人員2名,配合人員2名,共需4人即可,相比傳統人孔打眼減少8人左右,臺車就位準備只需要協作隊伍提供接線以及水管的搭接即可,快速高效,避免了場地因其他管線雜亂,同時機械化作業避免掉塊傷人,安全系數高。三臂鑿巖臺車綜合用電量為每孔0.3度電,相比高功率的空壓機和風鉆,用電量顯著下降,同時也避免了洞外的空壓機所帶來的噪音,施工環保。

    3.1 循環時間情況

    斜井開挖斷面積約86.51m2,Ⅳ級圍巖,某月,三臂鑿巖臺車開挖進尺69米,開挖方量6414.774m3,開挖循環數為18,平均每循環進尺3.83米。三臂鑿巖臺車進出隧道總循環時間在3小時以內,鉆孔時間基本上控制在2小時以內,鑿巖臺車行駛至掌子面、接水、接電、臺車定位控制在40分鐘以內。同圍巖級別鉆孔,三臂鑿巖臺車單孔耗時2~4分鐘,鉆孔面積為114.91m2,炮眼數量為185個,累計耗時3小時10分鐘,循環進尺4米,而人工鉆孔,單孔鉆孔耗時18~20分鐘,鉆孔面積為99.61m2,炮眼數量為145個,斷面鉆孔耗時4小時30分鐘,循環進尺3.2m。而整個開挖初支循環如下圖:

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    ▲圖3 斜井工區臺車開挖延米耗時:6.5H

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    ▲圖4 主洞人工鉆爆開挖延米耗時:8H

    通過跟班調研隧道工序耗時統計分析顯示,在相同圍巖支護條件下,使用三臂鑿巖臺車的工點開挖功效明顯低于其他工點,且相對穩定。

    3.2 三臂鑿巖臺車月度固定消耗量

    (1)臺車最大行駛速度為18KM/H,最大爬坡角度為15°,隨隧道進尺深度,增長行走時間,正常月度油耗0.3元/m3,配件損耗在1.86元/m3,平均每循環用電量為420度,開挖每方電費投入0.82元/m3。

    (2)三臂鑿巖臺車開挖由機長現場帶班,10000元/月,2名操作手協助機長鉆孔,18000元/月,設備管理員1名,5000元/月。人員管理費平均7.95元/m3。

    (3)鉆孔完成后,需安排7~8名爆破員進行炸藥填充,線路連接、起爆等工作,爆破人員月工資為8000元/月,按月開挖方量核算,爆破人員費用在9.98元/m3。

    (4)進口的阿特拉斯全電腦三臂鑿巖臺車新購成本為1200~1300萬元,按10年攤銷折舊計算,月度攤銷金額為10.5萬/月,16.38元/m3。

    (5)以Ⅳ級圍巖為例,使用三臂鑿巖臺車鉆孔,炸材單耗在0.8Kg/m3,采用電子數碼雷管,單耗在0.1發/m3,平均炸材費用為15元/m3。

    (6)隧道風、水、照明線路布設為1000元/m,折算方量為11.56元/m3。配置一臺185KW通風機24H不間斷通風,工業用電約0.64元/度,折算后電費為13.29元/m3。

    (7)斜井出渣車輛油耗及磨損相對較高,維修及折舊費用較主洞費用稍高,基本增幅在31.55元/m3。

    綜上所述,使用三臂鑿巖臺車進行掘進作業,開挖費用在108.69元/m3。

    表1 預算編制明細表

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    在預算編制明細表中可得知,隧道每延米的施工造價,與圍巖級別、襯砌類型、斷面尺寸及隧道長度有關,而機械開挖僅為傳統的施工機械,并無三臂鑿巖臺車施工定額,通過同望軟件進行預算組價,傳統人工鉆爆法,套用2018版公路工程預算定額進行編制,開挖單價約為201.53元/m3,預算單價較成本價增幅88.83%,導致這種現象的原因主要有以下兩點。首先,近年來,隨國家高速發展,人民幸福指數越來越高,大多人員在滿足生活的基本需求后均在追求生活品質,所以年輕勞動力基本不從事工程行業,現場施工人員平均年齡基本超40歲,多數工程都面臨無人可用的情況,導致近些年來人工費用逐年遞增。其次,傳統鉆爆施工,鉆孔人員為9~10人,平均鉆孔時長約3小時,功效較三臂鑿巖臺車明顯偏低,成本增幅較大。就洞身開挖,在圍巖級別和支護參數無差異的條件下,開挖方量會隨著斷面加大而加大;而若以圍巖級別為基準,而隨斷面變大,每延米開挖方面增大,三臂鑿巖臺車費用則會相應攤銷降低,但是耗費人工數量則會相應提升,故隨斷面增大,使用三臂鑿巖臺車進行開挖會較傳統人工鉆爆施工,成本會越來越優,這種變化會更加明顯,也就是更容易影響斷面施工造價。再者,隨斷面尺寸變大,可實現雙機并打,雙機并打加快施工效率的同時,可減低線路攤銷及管理人員費用,從而進一步降低隧道開挖施工成本。

    4 優化爆破方案,降低工程造價

    通過周邊眼縮減5cm預留變形量,同時采用長短眼結合方式消除拱架對三臂鑿巖臺車周邊眼鉆孔外插角過大的影響,結合圍巖地質素描,調整鉆孔角度,線性超挖基本控制在15~20cm左右,三臂鑿巖臺車鉆爆后噴射混凝土平均超耗率104%,較傳統人工鉆爆法施工噴射混凝土損耗136%減少32%。大大的降低材料損耗,從側面降低了隧道整體施工造價。

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    ▲圖5 爆破布孔圖

    5 結束語

    綜上所述,雖然近年來我國工程建設領域中,關于高速公路隧道造價的控制水平已有所提升,但與工程建設的實際要求相比較來看,其依然存在著較大的進步空間。此時若想確保造價管理能順利落實于施工中,對隧道工程各方面因素的全面掌握就必須得到保證,結合當前的社會形式,適應社會的高速發展,合理準確的降低隧道施工成本,不斷增強機械化投入必然施工行業的趨勢,而機械化施工引發的施工造價差異必然會得到廣泛關注,是未來這也是施工能合理、高效展開的重要基礎。