?三臂鑿巖臺車開挖作業(yè)工法

一、前言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，國家對基礎(chǔ)設(shè)施投入的不斷加大，以及國家對基礎(chǔ)建設(shè)的施工標(biāo)準(zhǔn)（如環(huán)保要求、能耗要求、安全質(zhì)量要求等）的不斷提高，在公路、鐵路和水利水電工程施工中隧道比重將越來越大；在隧道開挖施工中，傳統(tǒng)的隧道施工工藝已不能滿足國家對環(huán)保、低耗能、經(jīng)濟性和高安全質(zhì)量的要求，而三臂鑿巖臺車的施工工藝環(huán)境污染少，安全系數(shù)較高，成本低，消耗能量少，比傳統(tǒng)的隧道施工開挖工法有著顯著的優(yōu)勢，是一種值得廣泛推廣，較為經(jīng)濟、先進(jìn)的施工工藝。黔張常鐵路項目部于2016年6月率先在黃家臺隧道進(jìn)口工作面投入使用阿特拉斯·科普柯三臂液壓鑿巖臺車。

常規(guī)的手持風(fēng)動鑿巖機鉆眼在小斷面、短隧道、圍巖地質(zhì)較差的施工條件下有一定的優(yōu)勢;而鑿巖臺車在大斷面、長隧道、高類圍巖的條件下,則具有鉆進(jìn)速度快,機械化程度高,噪音空氣污染少等優(yōu)點。對于成本控制,可以通過提高生產(chǎn)進(jìn)度,提高工人的操作水平以減少超欠挖等手段來降低成本。鉆臂具備全方位平行保持功能和精確的直接定位技術(shù)，超欠挖控制可以達(dá)到11~15cm, 使其光爆效果遠(yuǎn)高于人工開挖, 能嚴(yán)格控制開挖質(zhì)量，大大降低了噴射混凝土用量。操作人員在固定的操作臺上操作鉆機，離掌子面有十幾米遠(yuǎn)，且操作平臺上面有安全頂棚保證人員安全，可防止落石傷人，安全系數(shù)明顯比人工風(fēng)鉆開挖高。鑿巖臺車開挖采用電力作動力，不產(chǎn)生粉塵，對空氣狀況改變不大，清潔無污染，只有一定量的噪音，與風(fēng)鉆相比，噪音比較小，操作人員可戴上防噪音彈性耳塞，可大大減少噪音對人體的傷害。

二、工法特點

從測量、鉆眼、裝藥都可以通過三臂鑿巖臺車相關(guān)組件完成，較普通開挖臺架更為方便、快捷，可提高工作效率。

手持風(fēng)動鑿巖機鉆眼鉆桿定位方向靠人工控制不夠準(zhǔn)確, 超欠挖控制達(dá)到20~25cm, 其光爆效果低于臺車開挖，且鉆臂具備全方位平行保持功能和精確的直接定位技術(shù)，超欠挖控制可以達(dá)到11~15cm, 使其光爆效果遠(yuǎn)高于人工開挖, 能嚴(yán)格控制開挖質(zhì)量，大大降低了噴射混凝土用量。

人工風(fēng)鉆開挖，操作人員離掌子面比較近，僅幾米遠(yuǎn)，風(fēng)鉆開挖時沖擊振動巖面，易造成隧道拱部產(chǎn)生落石，人員逃脫不及而受到傷害，甚至致死。人工風(fēng)鉆開挖采用高壓風(fēng)做動力，風(fēng)鉆數(shù)量較多，對開挖面周圍的空氣污染很大。隨著開挖的進(jìn)行，空氣狀態(tài)越來越差，風(fēng)鉆又產(chǎn)生高分貝的噪音，對施工人員的身體健康和施工安全造成極大的威脅，可能導(dǎo)致矽肺病、耳朵聽力下降等疾病，甚至傷亡事故；而使用三臂鑿巖臺車鉆進(jìn)時操作人員在固定的操作臺上操作鉆機，離掌子面有十幾米遠(yuǎn)，且操作平臺上面有安全頂棚保證人員安全，可防止落石傷人，安全系數(shù)明顯比人工風(fēng)鉆開挖高。鑿巖臺車開挖采用電力作動力，不產(chǎn)生粉塵，對空氣狀況改變不大，清潔無污染，只有一定量的噪音，與風(fēng)鉆相比，噪音比較小，操作人員可戴上防噪音彈性耳塞，可大大減少噪音對人體的傷害。

在開挖的實際成本上鑿巖臺車與人工開挖基本持平，但是，從隧道實際每開一循環(huán)的開挖進(jìn)尺上要比人工開挖長,時間節(jié)約,功效可提高20％左右，可節(jié)省大量機械使用費、人工費、辦公費等，且可大大減少電能源。

三、適用范圍

鑿巖臺車在實際應(yīng)用過程中，其光爆效果顯著，但總體來說其適用范圍更加傾向于Ⅱ、Ⅲ級圍巖的無拱架的全斷面或臺階法開挖；Ⅳ、Ⅴ級圍巖受進(jìn)尺和變形限制，很難體現(xiàn)出其光面爆破高效應(yīng)用效果。鑿巖臺車在實際應(yīng)用過程中單線斷面隧道配置1臺鑿巖臺車，雙線隧道臺階法或全斷面法開挖配置2臺鑿巖臺車。每臺鑿巖臺車每小時需用水18立方米，用電200KW，采用380V三相交流電，具體供電線路，供水管道按相應(yīng)臺車數(shù)量統(tǒng)一配置。

四、工藝原理

根據(jù)新奧法施工原理，采用兩臺Atlascopco.XL3D三臂鑿巖臺車進(jìn)行隧道開挖掘進(jìn)，利用光面爆破一次性開挖作業(yè)，盡量減少對周邊圍巖的擾動?？刹捎萌珨嗝婊蚺_階法施工，并對不同地質(zhì)條件的圍巖分別進(jìn)行針對性的光面爆破施工參數(shù)及調(diào)整措施，控制鑿巖臺車保證開挖整體成型效果最優(yōu)，進(jìn)尺最大化，達(dá)到隧道施工光面爆破高效應(yīng)用。

五、施工工藝流程及操作要點

鑿巖臺車施工工藝流程圖

1.測量放線

采用萊卡全站儀TPS1201（精度1″）進(jìn)行測量放線，測量前視人員利用鑿巖臺車中間的云梯臺架，用紅油漆畫出周邊眼孔位，具體需注意以下幾點：

1.1.測量按照輪廓線程序?qū)㈤_挖的周邊眼孔位畫出，整體孔位應(yīng)呈一條圓滑的弧線，同時將邊墻2m高的拱部和邊墻分界點（曲墻應(yīng)畫出起拱點、邊墻弧度分界點）畫出。

1.2.輔助眼也要在放樣周邊眼的同時用固定尺（按照爆破設(shè)計的固定間距）將輔助眼輪廓線也畫出，炮眼間距60cm。

1.3.為控制周邊眼鉆進(jìn)角度和坡度兩個重點方面，應(yīng)由掌子面向后方畫出5條坡度控制線中心線1條、拱肩和邊墻的坡度線4條（拱肩2條——起拱線標(biāo)高/坑底標(biāo)高+2m、邊墻2條/邊墻高度2m），同時在下方放出中心位置。

1.4.掌子面的掏槽眼、擴大眼、抬炮眼等由現(xiàn)場技術(shù)員在臺車定位后，根據(jù)測

量放置的中心線和高度嚴(yán)格布孔，布孔必須標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁未布孔開鉆施工。

測量放樣

1.5.超欠挖應(yīng)在每一循環(huán)進(jìn)行測量，并在巖面標(biāo)出超欠挖值。欠挖部位要及時和班組、帶班溝通交底，當(dāng)班處理；測量隊要在下一次放樣時復(fù)測后方的欠挖處理情況。

1.6.由測量人員在掌子面后方1m處放置里程線，并在開挖巖面環(huán)向畫出一條里程線，以便鑿巖臺車操作手參照控制鉆孔鉆進(jìn)的深度。

2.鑿巖臺車使用規(guī)程

2.1.工作前檢查泵、空壓機等正常；并檢查管路、接頭等應(yīng)無漏油、漏水和漏氣等現(xiàn)象。

2.2.工作前應(yīng)確定各部操作桿、控制裝置及儀表應(yīng)處于正常。

2.3.行走作業(yè)

①降下升降平臺，倒回滑動工作臺，縮回臂架，將導(dǎo)桿擺成水平，鑿巖機保持在始動位置，縮回支腿方能行走。

②臺車行走前，應(yīng)查看場地周圍，確認(rèn)前后左右無人及障礙物后，再按照引導(dǎo)人員的指示信號作業(yè)，不可誤觸操作桿。

③行走時要平穩(wěn)，避免緊急操作發(fā)生意外事故，特別在上下坡時應(yīng)特別注意。由于臺車的機體很長，轉(zhuǎn)向時機體的前端與尾端擺動較大，操作時要特別慎重。

④液壓油溫應(yīng)保持在30～70℃范圍，超過70℃時，應(yīng)立即停止行走。

2.4.鑿巖作業(yè)

①進(jìn)入鑿巖作業(yè)之前，應(yīng)清除作業(yè)面上的危石。

②連接水管前，先用壓縮空氣排除管內(nèi)的塵埃。

③將絕緣的電纜線準(zhǔn)確地接在供電裝置上。

④必須先張開支腿后，方可進(jìn)行鑿巖作業(yè)和升降平臺作業(yè)。

⑤在鑿巖作業(yè)和升降平臺作業(yè)時，嚴(yán)禁移動機體，否則將損傷臂和導(dǎo)桿。

⑥若臂需移位時，必須先退回導(dǎo)桿，使頂點離開工作面，注意臂不要相互碰撞，撞壞油管。移動臂時，不可讓軟管絆繞。

⑦操作升降平臺時，一定要用手勢或信號提醒下方作業(yè)人員注意，隨時查看下方的臂與導(dǎo)桿的位置是否正確。

⑧運轉(zhuǎn)中，因?qū)Ч?、軟管、液壓部件等損傷引起漏油時，應(yīng)立即停止發(fā)動機。

⑨停放后，應(yīng)將導(dǎo)桿和臂就行走狀態(tài)擺成水平位置，各操作桿置于中位，停止發(fā)動機。

3.鑿巖臺車就位

三臂鑿巖臺車主要使用于Ⅱ、Ⅲ級圍巖臺階法和全斷面法開挖施工中，臺車位置主要布置如圖：

在測量放樣完畢后及時進(jìn)行鑿巖臺車定位，由班組長根據(jù)隧道中線指揮臺車準(zhǔn)確就位，同時必須保證就位區(qū)域平穩(wěn)堅硬，一般臺車鉆臂最前端應(yīng)距離掌子面約0.8～1.0m，如圖。

鑿巖臺車就位圖

4.鑿巖臺車輔助準(zhǔn)備工作

4.1.鑿巖臺車就位后，應(yīng)由專人立即安裝高壓水管、供電線纜，同時由操作手在確認(rèn)水電安裝到位后啟動臺車電氣系統(tǒng)，利用液壓系統(tǒng)將臺車整體調(diào)整呈水平狀態(tài)。

4.2.爆破班組應(yīng)提前查看掌子面虛渣和浮石情況，首先將隧道開挖底眼處虛渣清除，由測量放置的標(biāo)高線參照標(biāo)記處底眼孔位。

5.鑿巖臺車鉆眼

5.1.臺車就位后，應(yīng)嚴(yán)格按照測量放樣和爆破設(shè)計進(jìn)行鉆孔，應(yīng)嚴(yán)格遵照打鉆順序，以三臂鑿巖臺車為例說明如下:

鉆孔順序：底眼→抬炮→周邊眼→輔助眼→拱部輔助眼→掏槽眼→中心輔助眼

鑿巖臺車鉆孔步驟示意圖

5.2.針對圍巖多變的情況，鉆孔的質(zhì)量直接影響到光爆效果的好壞，應(yīng)由專人統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)。實行定人、定位、定機、定量、定時、定耗、定獎罰標(biāo)準(zhǔn)的“七定原則”，提高施工人員思想意識，過程中動態(tài)調(diào)整開挖斷面；

5.3.鑿巖臺車鉆孔孔徑為45mm，拱部的擴大眼布置7個，3個呈拱形，4個呈水平；中心掏槽眼（楔形掏槽）為中心線左右210cm兩側(cè)布置，每側(cè)布置11個，掏槽眼間距為60cm；擴大眼布置在掏槽眼的兩側(cè)；

5.4.Ⅱ、Ⅲ級圍巖全斷面光面爆破開挖進(jìn)尺最佳為3.5m/每循環(huán)；

5.5.光面爆破控制指標(biāo)之一就是炮孔殘留線性保持一致（一個施工區(qū)段內(nèi)），要嚴(yán)格按照上次炮孔位置鉆進(jìn)；

5.6.爆破效果考核時間為本循環(huán)出渣完畢后，超欠挖統(tǒng)計由現(xiàn)場技術(shù)負(fù)責(zé)人管理，考核主要內(nèi)容是炮孔殘留率、超欠挖、周邊眼外插角與坡度角。周邊眼外插角考核主要是將上茬炮周邊眼底位置與本次所畫輪廓線進(jìn)行比較，周邊眼底位置超過鉆爆設(shè)計值則按照要求進(jìn)行處罰；

5.7.周邊眼間距是控制爆破或光面爆破成型的關(guān)鍵控制指標(biāo)之一，為了更好的控制開挖成型效果，各隊?wèi)?yīng)嚴(yán)格控制周邊眼間距，由技術(shù)員專門負(fù)責(zé)對周邊眼間距進(jìn)行檢查；周邊眼間距超過鉆爆設(shè)計值5cm，應(yīng)對該處鉆眼人員進(jìn)行處罰；超過鉆爆設(shè)計值10cm必須重新鉆眼并進(jìn)行處罰。

光面爆破參數(shù)表

巖石種類

周邊眼間距E（cm）

周邊眼最小抵抗線W（cm）

相對距離E/W

裝藥集中度q(kg/m)

極硬巖

50～60

55～75

0.8～0.85

（0.25～0.3）

硬  巖

40～55（50）

50～60

0.8～0.85

（0.15～0.25）

軟質(zhì)巖

30（35）～45

45～60

0.75～0.8

（0.07～0.12）

6.鑿巖臺車清孔、裝藥、爆破

6.1.考慮到我標(biāo)段在前期爆破掘進(jìn)中超挖和超爆主要體現(xiàn)在兩個區(qū)域：拱肩和邊墻。

拱肩主要是由于鉆進(jìn)的角度偏差造成超欠挖過大，而邊墻主要是由于藥量過多基本成型很難，所以在光面爆破的施工中，應(yīng)重點針對這兩處進(jìn)行重點調(diào)整。

周邊眼裝藥采用導(dǎo)爆索連接分段式不耦合連接，嚴(yán)禁施工現(xiàn)場簡化步驟采用集中裝藥而非沿炮孔均勻分布。

6.2.周邊眼的裝藥量要嚴(yán)格按照爆破設(shè)計方案執(zhí)行，嚴(yán)禁多裝和少裝，同時應(yīng)確保裝藥的質(zhì)量，必須用炮棍送至指定位置，同時炮孔要做好封堵。

光面爆破的炮眼痕跡保存率：硬巖不應(yīng)小于80％，中硬巖不應(yīng)小于60％。

6.3.由于鑿巖臺車鉆孔孔徑為45mm，裝藥采用直徑32mm乳巖石化炸藥卷，以Ⅲ級圍巖為例：

6.4.裝藥順序應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求，為便于鑿巖臺車操作區(qū)域建議快捷，應(yīng)遵循“分段位、分區(qū)域”，“先底腳、再拱部”，“先周邊、再中間”方式；

6.5.爆破起爆順序應(yīng)確保中心掏槽的起爆效率，尤其是周邊眼可分區(qū)域兩次爆破，采用“先拱墻、后拱部”的連線方式，同時為減少拱墻底腳的超挖，該區(qū)域（2～3個孔）應(yīng)最后起爆，加強該區(qū)域的爆破效果控制。

隧道光面爆破裝藥量參考圖

7.鑿巖臺車超欠挖處理

7.1.鉆爆設(shè)計允許線性超挖值：Ⅱ、Ⅲ級圍巖10cm（拱墻綜合平均），隧底、仰拱10cm。嚴(yán)格控制欠挖。

7.2.光面爆破要確保在前兩個循環(huán)要達(dá)到炮眼殘留率為98％，鉆機角度和坡度控制高質(zhì)量，在第三個循環(huán)后期要嚴(yán)格按照上次炮孔位置鉆機，確?？孜痪€性一致。

7.3.超欠挖嚴(yán)禁一次性進(jìn)行修正，避免造成超欠挖部位的錯臺；超欠挖要逐步調(diào)整，確保整體輪廓線平順，防止后期初期支護(hù)噴砼與掛網(wǎng)的施工質(zhì)量。

7.4.在處理隧道欠挖中，如為局部欠挖或欠挖值不大于10cm，可直接采用鉆臂對其進(jìn)行鑿巖處理，盡量避免二次爆破形成更大超挖。

六、材料與設(shè)備

1.材料

乳化炸藥：藥卷直徑32mm，重量200g/卷，長度200mm。

2.機具設(shè)備

主要設(shè)備清單

序號

儀器名稱

規(guī)格及型號

數(shù)量

備注

1

全站儀

徠卡TS02

1臺

2

三臂鑿巖臺車

阿特拉斯XL3 D

2臺

3

裝載機

柳工50

2臺

4

挖掘機

卡特320D

1臺

5

挖掘機

沃爾沃EC200B

1臺

6

變頻通風(fēng)機

2SDF-4-№14（2×90kW）

1臺

7

空壓機

開山JN132-8

3臺

8

變壓器

800KW

1臺

9

變壓器

400KW

1臺

10

線纜

YJLV-185+1*95

2組

三臂鑿巖臺車基本性能參數(shù)表

序號

性能參數(shù)指標(biāo)

XL3 D三臂臺車

備注

1

整機質(zhì)量/kg

40000

2

發(fā)動機額定功率/KW

173

3

總裝機功率/KW

200

4

最大作業(yè)寬度/mm

15000

5

最大作業(yè)高度/mm

12000

6

最大行車速度/（Km/h）

15

7

最大爬坡能力/°

15

8

鉆臂擺動角/°

±45°

9

鉆臂舉升角度/°

+70°/-30°

10

單桿鉆孔深度/mm

5300

11

最小離地間距/mm

350

12

最小轉(zhuǎn)彎半徑/mm

6700

13

硐室最大超挖量/mm

250

七、質(zhì)量控制

2.1.施工前有針對性地對隧道開挖進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，制定各工序標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)細(xì)則，提高施工人員的整體技術(shù)水平，特別對使用新型設(shè)備人員要確保培訓(xùn)質(zhì)量，為創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程創(chuàng)造條件。

2.2.認(rèn)真執(zhí)行設(shè)計圖紙審核制度，并做好施工技術(shù)交底，使現(xiàn)場領(lǐng)工員及每一位施工人員做到心中有數(shù)，嚴(yán)格按技術(shù)要求施工，保證設(shè)計意圖的實現(xiàn)。 

2.3.進(jìn)洞前對導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測。

2.4.嚴(yán)格進(jìn)行材料、構(gòu)配件檢驗、試驗和工程試驗。

2.5.對三臂鑿巖臺車施鉆過程中鉆孔的角度、深度、藥量、裝藥位置、起爆順序等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集總結(jié)，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，達(dá)到光爆效果。

2.6.鉆孔深度的控制。臺車鉆孔根據(jù)隧道內(nèi)的圍巖情況來確定鉆孔深度，黃家臺隧道進(jìn)口巖層為灰?guī)r夾白云巖，經(jīng)反復(fù)試驗和比較，確定鉆孔深度一般為3.0~3.5m，掏槽眼為3.5~3.8m，考慮掌子面凹凸不平處與要求的眼深差距，鉆眼深度要根據(jù)掌子面的平整度適當(dāng)調(diào)整，盡量使眼底在同一個垂直面上。

2.7.鉆眼精度控制。鉆眼應(yīng)盡量避開在一些較大裂隙、夾層處開眼，需根據(jù)現(xiàn)場圍巖情況適當(dāng)調(diào)整爆破設(shè)計要求的鉆眼位置，并依據(jù)巖層的發(fā)育特點，選擇合適的鉆進(jìn)位置；掏槽眼角度控制，在室內(nèi)依爆破設(shè)計算好鉆每個炮眼時臺車推進(jìn)梁尾部與隧道中線的距離，在現(xiàn)場由測理人員在隧道底板測出隧道中線位置，由紅油漆示出來，然后在標(biāo)出的隧道中線左右兩則用皮尺量出算好的鉆每個炮眼時臺車推進(jìn)梁尾部離隧道中線的距離，用炮棍在該處沿平行隧道軸線方向標(biāo)示出來，以作為控制控制掏槽眼鉆眼角度的參照；周邊眼控制：鉆孔前，根據(jù)掌子面圍巖情況及開孔處的凹凸不平程度，確定每一個炮孔的鉆孔深度，同時控制好推進(jìn)梁尾部與周邊巖壁的距離，調(diào)整好外插角，外插角控制在3度左右，在符合爆破設(shè)計要求、保證基本均勻的前提下，選擇易掌握鉆進(jìn)方向的位置鉆孔。

2.8.光面爆破控制。在拱頂，將炮眼位置向設(shè)計輪廓線內(nèi)偏移，適當(dāng)增大炮眼間距，少裝藥，減少最小抵抗線；在拱腰位置，減小周邊眼間距，同時減少藥量；在邊墻位置，應(yīng)該保證周邊眼間距大于層間厚度，在層厚不大情況下，應(yīng)減小炮眼間距、同時增大最小抵抗線；減少二圈眼藥量，二圈眼距離輪廓線很近，過大的裝藥量可能使光爆層發(fā)生超爆甚至圍巖松動。

八、安全措施

1.開挖過程中采取先進(jìn)的超前地質(zhì)預(yù)報手段進(jìn)行探測和預(yù)報，堅持“預(yù)防為主”的原則，做好各種預(yù)防的施工措施，加強圍巖監(jiān)控量測，及時進(jìn)行信息反饋，指導(dǎo)施工，保證安全施工。

2.隧道開挖時，嚴(yán)格控制用藥量。做好軟巖的防坍，加強噴錨支護(hù)，按設(shè)計噴夠厚度、錨夠深度。洞內(nèi)爆破作業(yè)，必須統(tǒng)一指揮，爆破時所有人員撤至不受有害氣體、振動及飛石傷害的地點，經(jīng)過安全員安全檢查后，其它工作人員才能進(jìn)入工作面。

3.所有施工人員必須帶安全帽，按規(guī)定戴好防護(hù)用品。

4.做好高空防墜設(shè)施，保證高空作業(yè)安全。

5.定期對洞內(nèi)線纜、增壓設(shè)備等進(jìn)行檢查維保。

6.做好崗前培訓(xùn)，進(jìn)行安全技術(shù)交底。

九、環(huán)保措施

1.本著“用、護(hù)、改、治、防”的總體方法。

2.建立環(huán)保組織機構(gòu)、健全環(huán)境保護(hù)體系，加強施工期的監(jiān)督和管理，實施“綠色”施工、環(huán)境保護(hù)同施工過程同步進(jìn)行。建立環(huán)保檢查制度，把環(huán)保措施層層落實，做到責(zé)任到人，獎罰分明。

3.減少破壞、有損必復(fù)、防治結(jié)合。

4.對設(shè)備進(jìn)行定期檢修，做到機械及設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，降低噪聲，對機械運轉(zhuǎn)過程中，機械管理人員定時檢查，發(fā)現(xiàn)機械運轉(zhuǎn)異常時查明原因并進(jìn)行檢修。

5.加強水源循環(huán)利用，減少不的浪費。

6.對三臂鑿巖臺車產(chǎn)生的油污進(jìn)行集中存放處理。

十、效益分析

1.鑿巖臺車與人工手持風(fēng)鉆施工成本對照分析：

①人工手持風(fēng)鉆施工成本分析

以黃家臺隧道為例，其多為Ⅲ級圍巖,開挖斷面125㎡，人工開挖需19臺風(fēng)鉆、22人/班、4臺以上130kw空壓機（1.5公里以內(nèi)）、1臺110kw通風(fēng)機；每個循環(huán)開挖進(jìn)尺在3m左右，每個循環(huán)開挖所需時間為3個半小時左右，每天按2循環(huán)計算,其具體消耗成本如下：

火工品約15.00元/ m3左右;鉆具約:3元/ m3;開挖臺架、風(fēng)管及風(fēng)鉆配件消耗：4元/ m3

人工費約:8元/m3; (6500元/月×22人÷30天÷125方/米÷6米=6.5元/方+管理費1.5元/方)

電費消耗:8元/m3,(4*130*3.5=1820度電，每度電按1.1元/度計算.)；然而隨著開挖掌字面與空壓房的距離超過1.5公里時,風(fēng)能損耗近25%左右,為了滿足施工要求(按照每天1循環(huán))則必須增加一臺130KW的空壓機,電費增加1.33元/m3，合計9.33元/m3

空壓機、油料等費用約:3.5元/m3 (折舊);配件材料消耗:1元/方(經(jīng)常修理費等);人工費(修理人員及操作人員)2×3500÷30÷3÷125=0.6元/方,小計5.1元/方。

合計：44.76元/ m3。

②一臺鑿巖臺車施工成本分析

以黃家臺隧道為例，Ⅲ級圍巖開挖斷面125㎡，鑿巖臺車1臺，鉆孔175個，每循環(huán)開挖進(jìn)尺在3.5米左右，開挖所需時間4.5個（高于人工）每天按1.5個循環(huán)計算，其具體消耗成本如下：

電費約（200度/小時×1臺×4.5小時×1.1元/度÷3.5÷125)=2.26元/ m3；

火工品約:16.00元/ m3；(比人工開挖稍高，成孔56比人工成孔40稍大)

臺車機械維修約:5元/ m3；

臺車機械使用折舊費約:臺車機械使用費約（加速按5年折舊，設(shè)備有效使用率90%）:8500000×0.95×1÷5÷12÷125÷5.25÷30÷0.9=7.59元/ m3；若考慮營改增抵扣費用，抵扣單價：8500000*0.17*1÷5÷12÷125÷5.25÷30÷0.9=1.36元/m3；抵扣后7.59-1.36=6.23元/m3。

配件、材料（油料）費約10元/m3；

人工費約；人工費1個操作手、2個副手、4個裝藥；（2副手×10000元/月+1操作手×15000元/月+4裝藥*6000元/月）÷30天÷125m2/m÷5.25m=3元/m3；

共計：42.49元/ m3。

③二臺鑿巖臺車施工成本分析

以黃家臺隧道為例，Ⅲ級圍巖開挖斷面125㎡，鑿巖臺車2臺，鉆孔175個，每循環(huán)開挖進(jìn)尺在3.5米左右，開挖所需時間2個半小時（低于人工）每天按2個循環(huán)計算，其具體消耗成本如下：

電費約（200度/小時×2臺×2.5小時×1.1元/度÷3.5÷125)=2.51元/ m3；

火工品約:16.00元/ m3；(比人工開挖稍高，成孔56比人工成孔40稍大)

臺車機械維修約:5元/ m3；

臺車機械使用折舊費約:臺車機械使用費約（加速按5年折舊，設(shè)備有效使用率90%）:8500000×0.95×2÷5÷12÷125÷7÷30÷0.9=11.38元/ m3；若考慮營改增抵扣費用，抵扣單價：8500000*0.17*2÷5÷12÷125÷7÷30÷0.9=2.03元/m3；抵扣后11.38-2.03=9.35元/m3。

配件、材料（油料）費約10元/m3；

人工費約；人工費2個操作手、4個副手、8個裝藥；（4副手×10000元/月+2操作手×15000元/月+8裝藥*6000元/月）÷30天÷125m2/m÷7m=4.5元/m3；

共計：47.36元/ m3。

施工成本對照表

序號

費用分項

人工開挖

1臺臺車開挖

2臺臺車開挖

1臺與人工對比

2臺與人工對比

1

火工品

15元/ m3

16元/ m3

16元/m3

1

1

2

電費

9.33元/ m3

2.26元/ m3

2.51元/ m3

-7.07

-6.82

3

人工費

8元/ m3

3元/ m3

4.5元/ m3

-5

-3.5

4

機械折舊費

5.1元/ m3

6.23元/ m3

9.35元/ m3

1.13

4.25

5

機械維修費

3元/ m3

5元/ m3

5元/ m3

2

2

6

配件損耗費

4元/ m3

10元/ m3

10元/ m3

6

6

合計

44.43元/m3

42.29元/ m3

47.36元/ m3

-1.94

2.93

④經(jīng)濟效益對比分析

從以上人工開挖與鑿巖臺車開挖的成本可以看出，在開挖的實際成本上鑿巖臺車比人工開挖成本稍低基本持平。但是，從隧道實際每開一循環(huán)的開挖進(jìn)尺上講，鑿巖臺車可以比人工開挖進(jìn)尺要長,時間節(jié)約半小時,就理論而言(出渣正常)每天鑿巖臺車開挖進(jìn)度要高0.5m左右,每月比人工多開挖到15m左右,功效可提高16％左右。施工工期的提前即可節(jié)省大量機械使用費、人工費、辦公費等。

綜合上述：隨著隧道施工機械化程度越高，生產(chǎn)效率必然就越高，施工進(jìn)度也越快，因此工期要求緊張時，應(yīng)選擇性能好、產(chǎn)量高的設(shè)備，且數(shù)量可滿足要求，各種設(shè)備之間互相匹配，可避免出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象，充分發(fā)揮其功效。按照企業(yè)的長遠(yuǎn)規(guī)劃，我單位堅持可持續(xù)發(fā)展，重視企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。技術(shù)裝備能力是其中的重要標(biāo)志之一。通過借助國家一級風(fēng)險隧道·黃家臺隧道工程，提高我局的裝備能力，即可加快工程進(jìn)度，又可創(chuàng)造企業(yè)信譽，樹立企業(yè)形象，同時也促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，可謂一舉數(shù)得。

十一、應(yīng)用實例

三臂鑿巖臺車開挖作業(yè)施工技術(shù)成功應(yīng)用于黔張常鐵路黃家臺隧道工程當(dāng)中。三臂鑿巖臺車施工工藝對環(huán)境污染少，安全系數(shù)較高，成本低，消耗能量少，比傳統(tǒng)的隧道施工工藝有著顯著的優(yōu)勢，是一種值得廣泛推廣，較為經(jīng)濟、先進(jìn)的施工工工藝。

1.工程概況

黃家臺隧道，設(shè)計長度6490m，為雙線隧道。線路縱坡依次為17.4‰、15.5‰、3.5‰的單面上坡。結(jié)合隧道所處地形、地質(zhì)條件，考慮施工工期、洞口施工條件及運營期間救援疏散要求，采用出口1座斜井。黃家臺斜井與線路交于DK165+900，平角45°，斜井長494.44m，坡度為10.6%。斜井按單車道+錯車道設(shè)計。斜井單車道凈空為5m（寬）×6m（高），中間設(shè)錯車道一處，長20m，并在兩端各5m范圍內(nèi)與單車道斷面過渡。錯車道斷面在單車道斷面基礎(chǔ)加寬2.5m考慮，凈空7.5m（寬）×6.2m（高）。施工組織進(jìn)洞采取進(jìn)口、斜井以及出口進(jìn)洞施工，其中進(jìn)口工區(qū)承擔(dān)正洞2426m的施工，斜井承擔(dān)2039m的正洞施工任務(wù)，出口工區(qū)承擔(dān)正洞2025m的施工任務(wù)。黃家臺隧道Ⅱ級圍巖1205m，Ⅲ級3670m，Ⅳ級1205m，Ⅴ級410m。

黃家臺隧道位于湖南省桑植縣境內(nèi)，穿越澧水河?xùn)|岸西界山。最大埋深約710m，淺埋溝處最小埋深約42m。隧道進(jìn)口位于羅家莊米糊洞組附近，出口端位于桑植縣唐坊村李家臺組附近，進(jìn)、出口附近均有鄉(xiāng)村便道與干線公路相連，交通相對較為便利。但進(jìn)、出口處均為鄉(xiāng)村土路，尚不滿足施工運輸車輛行駛條件。隧道進(jìn)口、出口位于陡坡地形，坡度約30～40°，植被茂密，進(jìn)洞施工難度較大。隧道斜井進(jìn)口位于桑植縣向家臺村溝谷內(nèi)，地表覆蓋層較厚，且坡度較陡，地質(zhì)條件差。

2.應(yīng)用效果

采用三臂鑿巖臺車，施工方便、快捷，在相同圍巖條件下,鑿巖臺車與人工手持風(fēng)鉆綜合比較表明,臺車在隧道施工中具有無可比擬的優(yōu)越性:

①鑿巖臺車成孔速度快,特別在硬巖施工時,優(yōu)勢尤為明顯。

②鑿巖臺車機組人員勞動強度低,掌子面噪音小,空氣清新,不易卡鉆,風(fēng)鉆效率低,污染嚴(yán)重,掌子面視線較好,簡潔、整齊,大大促進(jìn)掌子面的文明施工。

③可節(jié)省大量人力,效率高。

④鑿巖臺車鉆孔孔徑較大,對清孔、裝藥尤為有利,在硬巖深孔中,可節(jié)省不少裝藥前的吹孔時間，大大提高了功效。

鑿巖臺車在大斷面、長隧道、高類圍巖的條件下,則具有鉆進(jìn)速度快,機械化程度高,噪音空氣污染少等優(yōu)點。對于成本控制,可以通過提高生產(chǎn)進(jìn)度,提高工人的操作水平以減少超欠挖等手段來降低成本，三臂鑿巖臺車所體現(xiàn)出的經(jīng)濟效益和社會效益是顯而以見的，值得推廣。