隧洞銑挖機(jī)開挖與鉆孔爆破開挖技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

引大濟(jì)湟西干渠工程從湟水一級支流大通河上游石頭峽建庫引水，經(jīng)調(diào)水總干渠穿越大阪山入黑泉水庫，解決湟水兩岸山區(qū)和干流資源性缺水問題。該工程分三期實(shí)施，西干渠為三期工程。本標(biāo)工程建設(shè)地點(diǎn)位于青海省西寧市湟中縣(上五莊鎮(zhèn)、攔隆口鎮(zhèn)、多巴鎮(zhèn))。

其中第四標(biāo)段工程，起訖樁號為：K75+926.78～K95+706.75，總長19.78km。本標(biāo)共布置8條隧洞，除48#隧洞為馬蹄型外，其余7座隧洞均為城門洞型。隧道總長8598.72m，隧洞特性見表1。

表1 隧洞施工特性

本標(biāo)8條隧洞中，采用STX-100型銑挖機(jī)(電動，45kW)開挖的部位包括：43#洞450m構(gòu)造碎屑巖洞段；44#洞350m構(gòu)造碎屑巖、砂質(zhì)粘土巖洞段；45#洞420m泥質(zhì)粉砂巖洞段；46#洞120m砂質(zhì)粘土巖、砂礫巖互層洞段；47#洞580m砂質(zhì)粘土巖洞段；48#洞328m砂質(zhì)粘土巖洞段；49#洞825m砂質(zhì)粘土巖洞段；50#洞120m千枚狀片巖洞段。

本文以48#洞為例，就隧洞采用傳統(tǒng)鉆爆法開挖、銑挖機(jī)機(jī)械開挖從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行比較。

2 48#洞傳統(tǒng)鉆爆開挖、裝車直接成本核算

2.1 月完成量計算

48#洞328m砂質(zhì)粘土巖洞段地質(zhì)設(shè)計判定為Ⅴ類圍巖，開挖斷面10.36m2，測算一天2個循環(huán)，每個循環(huán)開挖長度為1.5m，一天進(jìn)尺為3m，月進(jìn)尺90m，計算每月完成開挖工程量932.4m3。

2.2 人工費(fèi)用計算

每個工作面配置人員為5人(2把手風(fēng)鉆2個鉆工，1個炮工，1個扒渣機(jī)司機(jī)，1個普工)。根據(jù)現(xiàn)在鉆工、炮工、扒渣司機(jī)工資水平，平均日工資為260元，普工平均日工資為140元，則5人的月工資水平為4×7800+1×4200=35400元。

單方人工費(fèi)=35400/932.4=37.97元/m3。

2.3 鉆頭、鉆桿消耗性材料計算

根據(jù)04定額消耗量，平洞(≤10m2)石方開挖100m3鉆頭消耗量為4.34個，鉆桿消耗量為2.22kg，計算單方鉆頭和鉆桿費(fèi)用=(4.34×45+2.22×5.98)/100=2.09元/m3。

2.4 設(shè)備及設(shè)備維修、替換費(fèi)用計算

工作面配置2把手風(fēng)鉆，手風(fēng)鉆臺時費(fèi)為45.78元/h，每循環(huán)開挖1.5m，工作2.5h，完成方量15.54m3，單方手風(fēng)鉆費(fèi)用為：45.78×2×2.5/15.54=14.73元/m3。

工作面配置扒渣機(jī)1臺，扒渣機(jī)臺時費(fèi)為32.89元/h，每循環(huán)出渣時間為2.5h，出渣方量為15.54m3，單方扒渣機(jī)費(fèi)用為：32.89×2.5/15.54=5.29元/m3。

洞口配置37kW軸流風(fēng)機(jī)1臺，軸流風(fēng)機(jī)臺時費(fèi)為42.86元/h。每循環(huán)爆破散煙、出渣通風(fēng)排煙時間為3h，單方軸流風(fēng)機(jī)費(fèi)用為：42.86×3/15.54=8.27元/m3。

2.5 炸藥及爆破材料消耗量計算

2.5.1炸藥

根據(jù)爆破設(shè)計，爆破炸藥平均消耗量為1.8kg/m3。

2.5.2非電雷管

根據(jù)爆破設(shè)計，每茬炮鉆孔數(shù)為43個。除周邊孔外，使用非電雷管的孔數(shù)為27個，即使用非電雷管27發(fā)，周邊孔導(dǎo)爆索引線使用2發(fā)非電雷管，每循環(huán)共計使用非電雷管29發(fā)。每循環(huán)按進(jìn)尺1.5m計算，則完成100m3需6.44個循環(huán)，需要非電雷管=29×6.44=186.76發(fā)。

2.5.3導(dǎo)爆索

開挖外邊線長度為8.72m，連接的導(dǎo)爆索按外邊線8.72×1.1+0.5=10.09m計算；每孔長度按1.7m計算，周邊孔共16個，計算周邊孔的導(dǎo)爆索長度=(1.7+0.2)×16+10.09=40.4m。每循環(huán)需導(dǎo)爆索長度40.4m，則完成100m3需6.44個循環(huán)，導(dǎo)爆索用量=40.4×6.44=260.18m。

2.5.4電雷管

采用電雷管起爆，每茬炮需兩發(fā)電雷管。則完成100m3需電雷管數(shù)量為：2發(fā)×6.44=12.88發(fā)。

如上所述，每洞挖1m3火工材料消耗為：炸藥消耗量1.8kg，非電雷管1.87發(fā)，導(dǎo)爆索2.6m，電雷管0.13發(fā)?；鸸げ牧蠁蝺r：炸藥13.85元/kg；非電雷管6.18元/發(fā)；導(dǎo)爆索3.09元/m；電雷管4.12元/發(fā)。

每洞挖1m3火工材料費(fèi)合計1.8×13.85+1.87×6.18+2.6×3.09+0.13×4.12=45.06元/m3。

綜上所述，傳統(tǒng)鉆孔爆破開挖、裝車直接成本為：37.97+2.09+14.73+5.29+8.27+45.06=113.41元/m3。

3 48#洞銑挖機(jī)開挖、裝車直接成本核算

3.1 月完成量計算

48#洞328m砂質(zhì)粘土巖洞段地質(zhì)設(shè)計判定為Ⅴ類圍巖，開挖斷面10.36m2，采用STX-100型銑挖機(jī)機(jī)械開挖。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際統(tǒng)計，銑挖機(jī)開挖328m用時583.5h，開挖量為3398.08m3，平均開挖效率5.82m3/h。

根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，銑挖機(jī)開挖每天可完成兩個循環(huán)，每循環(huán)進(jìn)尺2m，每循環(huán)開挖需耗時約4小時。每月完成開挖工程量為2×2×10.36×25=1036m3。

3.2 勞務(wù)費(fèi)用計算

工作面配置人員為2人(1個銑挖機(jī)司機(jī)、1個普工)。根據(jù)目前工資水平，銑挖機(jī)司機(jī)平均日工資為400元，普工平均日工資為140元，則計算2人的月工資水平為1×12 000+1×4 200=16 200元。

單方人工費(fèi)=16 200/1 036=15.63元/m3。

3.3 銑挖機(jī)材料費(fèi)

銑挖機(jī)截齒每開挖1m3消耗0.15個，47元/個，單方消耗截齒材料費(fèi)為：0.15×47=7.05元。

3.4 設(shè)備及設(shè)備維修、替換費(fèi)用

工作面配置STX-100銑挖機(jī)1臺，據(jù)測算，銑挖機(jī)臺時費(fèi)為245.3元/h，每循環(huán)開挖4h，開挖量為23.28m3，單方消耗銑挖機(jī)費(fèi)用為：245.3×4/23.28=42.15元/m3。

洞口配置37kW軸流風(fēng)機(jī)1臺，軸流風(fēng)機(jī)臺時費(fèi)為42.86元/h。銑挖機(jī)開挖過程中通風(fēng)不能間斷，每循環(huán)通風(fēng)排煙時間為4h，單方軸流風(fēng)機(jī)費(fèi)用為：42.86×4/23.28=7.36元/m3。

綜上，銑挖機(jī)開挖、裝車直接成本為：15.63+7.05+42.15+7.36=72.19元/m3。

4 兩種洞挖方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比

4.1 直接成本對比

傳統(tǒng)鉆爆施工開挖、裝車完成3398.08m3施工成本為：3398.08×113.41=385 376元；銑挖機(jī)開挖、裝車完成3398.08m3施工成本為：3398.08×72.19=245 307元。經(jīng)比較，48#洞銑挖機(jī)比傳統(tǒng)鉆爆施工在開挖、裝車工序節(jié)約成本140 069元。

4.2 間接成本對比

銑挖機(jī)施工可有效控制開挖斷面尺寸，防止超挖，減少因超挖造成的裝運(yùn)成本，并在后續(xù)噴混凝土、立鋼拱架、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)工序節(jié)約了人工及材料成本。

4.3 對圍巖巖性適應(yīng)性對比

與傳統(tǒng)鉆爆開挖適應(yīng)各種圍巖巖性相比，銑挖機(jī)開挖僅適應(yīng)用于開挖中等硬度以下的均質(zhì)巖石，如：粘土巖、泥質(zhì)粉砂巖、構(gòu)造碎屑巖、千枚狀片巖等。對軟硬互層的圍巖，采用銑挖機(jī)開挖效果不理想，如46#洞砂質(zhì)粘土巖、砂礫巖互層洞段，硬巖部分難于切削，造成開挖效率顯著降低，且對機(jī)械損害嚴(yán)重。

5 結(jié)語

對于中等硬度以下的均質(zhì)巖石隧洞，采用銑挖機(jī)開挖相較傳統(tǒng)鉆爆開挖，在進(jìn)度、質(zhì)量、成本方面具有明顯的優(yōu)勢，安全方面更有保障。本工程取得的經(jīng)驗(yàn)值得類似工程借鑒。