三臂凿岩台车在高速公路隧道成本的分析研究
引言
随着我国社会经济的快速发展，基础建设热潮到来，工程规模将越来越大，改善施工作业环境，降低作业工人劳动强度，有效节约资源，传统、粗放的“人海战术”已然无法应对，因此必须提升机械化程度，追求“机械化换人，自动化减人”的思路，在此背景下，传统高速项目引进全电脑三臂凿岩台车进行开挖施工，通过机械化达到快速施工的目的，而在保证隧道施工安全、质量的同时，机械化是否能尽可能的节省成本开支，三臂凿岩台车对高速公路隧道造价的影响，展开更深层次的探索就必须得到重视。
１ 工程概况
重遵８标桐梓隧道里程桩号ＹＫ４０＋５４６～ＹＫ４５＋０１５，共长６.８６４Ｋｍ，设计时速１００ｋｍ／ｈ，主洞围岩（单幅）Ⅴ级：７０２ｍ，占总长：１５.６６％，Ⅳ级：３０１０ｍ，占总长６７.１７％，Ⅲ级：７６９.５ｍ，占总长１７.１７％，隧道反坡施工，单向坡１.７５％，隧道岩性为：灰岩，泥岩；主洞开挖断面积平均约１５０ｍ²，斜井开挖断面积约８６.５１ｍ²；合同工期１２４０日。隧道地质情况复杂，为全线安全、质量、工期控制的关键工程。
２ 三臂凿岩台车基本参数与适用性
三臂凿岩台车是一种采用钻爆法施工的隧道凿岩设备（见图１），最大覆盖面积为１５５～１９０ｍ²（视机型而定），最大钻孔高度为１２.３～１３.１米（视机型而定），钻孔直径为Φ４３ｍｍ～Φ１４０ｍｍ。主要用于山岭隧道钻爆法全断面或台阶法开挖作业，以三、四级围岩最佳，同时还可以用于超前地质钻探、超前管棚钻设、超前注浆钻孔、径向锚杆钻设、辅助装药等多种作业。
３ 三臂凿岩台车使用情况及成本分析
隧道开挖作业采用光面爆破，其中炮眼钻孔的施工与以往人工手持风动式气腿凿岩机进行钻孔不同，采用进口的阿特拉斯全电脑三臂凿岩台车，全电脑三臂凿岩台车具有成孔速度快、钻眼精度高、人员投入少、安全系数高、用电量减少、杜绝洞外噪音等优点。三臂凿岩台车钻孔４ｍ只需２～３分钟即可成孔，全断面１５０个炮孔，２～３小时左右即可全部打完，相比传统人工手持风枪钻孔大大提高了钻孔的效率及精度，保障作业人员安全。用全断面开挖，超过一定高度，人工钻眼定位和角度控制难以把控，速度较慢，三臂凿岩台车采用全站仪、电脑自动定位，钻进过程中孔位及角度都可以精确定位，避免打偏，在大跨径隧道中，拱顶孔位也能应对自如，有效解决了传统人工钻孔炮眼孔位、角度难以控制的难题。三臂凿岩车仅需台车操作人员２名，配合人员２名，共需４人即可，相比传统人孔打眼减少８人左右，台车就位准备只需要协作队伍提供接线以及水管的搭接即可，快速高效，避免了场地因其他管线杂乱，同时机械化作业避��掉块伤人，安全系数高。三臂凿岩台车综合用电量为每孔０.３度电，相比高功率的空压机和风钻，用电量显著下降，同时也避免了洞外的空压机所带来的噪音，施工环保。
３．１ 循环时间情况
斜井开挖断面积约８６.５１ｍ²，Ⅳ级围岩，某月，三臂凿岩台车开挖进尺６９米，开挖方量６４１４.７７４ｍ³，开挖循环数为１８，平均每循环进尺３.８３米。三臂凿岩台车进出隧道总循环时间在３小时以内，钻孔时间基本上控制在２小时以内，凿岩台车行驶至掌子面、接水、接电、台车定位控制在４０分钟以内。同围岩级别钻孔，三臂凿岩台车单孔耗时２～４分钟，钻孔面积为１１４.９１ｍ²，炮眼数量为１８５个，累计耗时３小时１０分钟，循环进尺４米，而人工钻孔，单孔钻孔耗时１８～２０分钟，钻孔面积为９９.６１ｍ²，炮眼数量为１４５个，断面钻孔耗时４小时３０分钟，循环进尺３.２ｍ。而整个开挖初支循环如下图：
通过跟班调研隧道工序耗时统计分析显示，在相同围岩支护条件下，使用三臂凿岩台车的工点开挖功效明显低于其他工点，且相对稳定。
３．２ 三臂凿岩台车月度固定消耗量
（１）台车最大行驶速度为１８ＫＭ／Ｈ，最大爬坡角度为１５°，随隧道进尺深度，增长行走时间，正常月度油耗０.３元／ｍ³，配件损耗在１.８６元／ｍ³，平均每循环用电量为４２０度，开挖每方电费投入０.８２元／ｍ³。
（２）三臂凿岩台车开挖由机长现场带班，１００００元／月，２名操作手协助机长钻孔，１８０００元／月，设备管理员１名，５０００元／月。人员管理费平均７.９５元／ｍ³。
（３）钻孔完成后，需安排７～８名爆破员进行炸药填充，线路连接、起爆等工作，爆破人员月工资为８０００元／月，按月开挖方量核算，爆破人员费用在９.９８元／ｍ³。
（４）进口的阿特拉斯全电脑三臂凿岩台车新购成本为１２００～１３００万元，按１０年摊销折旧计算，月度摊销金额为１０.５万／月，１６.３８元／ｍ³。
（５）以Ⅳ级围岩为例，使用三臂凿岩台车钻孔，炸材单耗在０.８Ｋｇ／ｍ³，采用电子数码雷管，单耗在０.１发／ｍ³，平均炸材费用为１５元／ｍ³。
（６）隧道风、水、照明线路布设为１０００元／ｍ，折算方量为１１.５６元／ｍ³。配置一台１８５ＫＷ通风机２４Ｈ不间断通风，工业用电约０.６４元／度，折算后电费为１３.２９元／ｍ³。
（７）斜井出渣车辆油耗及磨损相对较高，维修及折旧费用较主洞费用稍高，基本增幅在３１.５５元／ｍ³。
综上所述，使用三臂凿岩台车进行掘进作业，开挖费用在１０８.６９元／ｍ³。
在预算编制明细表中可得知，隧道每延米的施工造价，与围岩级别、衬砌类型、断面尺寸及隧道长度有关，而机械开挖仅为传统的施工机械，并无三臂凿岩台车施工定额，通过同望软件进行预算组价，传统人工钻爆法，套用２０１８版公路工程预算定额进行编制，开挖单价约为２０１.５３元／ｍ³，预算单价较成本价增幅８８.８３％，导致这种现象的原因主要有以下两点。首先，近年来，随国家高速发展，人民幸福指数越来越高，大多人员在满足生活的基本需求后均在追求生活品质，所以年轻劳动力基本不从事工程行业，现场施工人员平均年龄基本超４０岁，多数工程都面临无人可用的情况，导致近些年来人工费用逐年递增。其次，传统钻爆施工，钻孔人员为９～１０人，平均钻孔时长约３小时，功效较三臂凿岩台车明显偏低，成本增幅较大。就洞身开挖，在围岩级别和支护参数无差异的条件下，开挖方量会随着断面加大而加大；而若以围岩级别为基准，而随断面变大，每延米开挖方面增大，三臂凿岩台车费用则会相应摊销降低，但是耗费人工数量则会相应提升，故随断面增大，使用三臂凿岩台车进行开挖会较传统人工钻爆施工，成本会越来越优，这种变化会更加明显，也就是更容易影响断面施工造价。再者，随断面尺寸变大，可实现双机并打，双机并打加快施工效率的同时，可减低线路摊销及管理人员费用，从而进一步降低隧道开挖施工成本。
４ 优化爆破方案，降低工程造价
通过周边眼缩减５ｃｍ预留变形量，同时采用长短眼结合方式消除拱架对三臂凿岩台车周边眼钻孔外插角过大的影响，结合围岩地质素描，调整钻孔角度，线性超挖基本控制在１５～２０ｃｍ左右，三臂凿岩台车钻爆后喷射混凝土平均超耗率１０４％，较传统人工钻爆法施工喷射混凝土损耗１３６％减少３２％。大大的降低材料损耗，从侧面降低了隧道整体施工造价。
５ 结束语
综上所述，虽然近年来我国工程建设领域中，关于高速公路隧道造价的控制水平已有所提升，但与工程建设的实际要求相比较来看，其依然存在着较大的进步空间。此时若想确保造价管理能顺利落实于施工中，对隧道工程各方面因素的全面掌握就必须得到保证，结合当前的社会形式，适应社会的高速发展，合理准确的降低隧道施工成本，不断增强机械化投入必然施工行业的趋势，而机械化施工引发的施工造价差异必然会得到广泛关注，是未来这也是施工能合理、高效展开的重要基础。