隧洞铣挖机开挖与钻孔爆破开挖技术经济比较

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

引大济湟西干渠工程从湟水一级支流大通河上游石头峡建库引水，经调水总干渠穿越大阪山入黑泉水库，解决湟水两岸山区和干流资源性缺水问题。该工程分三期实施，西干渠为三期工程。本标工程建设地点位于青海省西宁市湟中县(上五庄镇、拦隆口镇、多巴镇)。

其中第四标段工程，起讫桩号为：K75+926.78～K95+706.75，总长19.78km。本标共布置8条隧洞，除48#隧洞为马蹄型外，其余7座隧洞均为城门洞型。隧道总长8598.72m，隧洞特性见表1。

表1 隧洞施工特性

本标8条隧洞中，采用STX-100型铣挖机(电动，45kW)开挖的部位包括：43#洞450m构造碎屑岩洞段；44#洞350m构造碎屑岩、砂质粘土岩洞段；45#洞420m泥质粉砂岩洞段；46#洞120m砂质粘土岩、砂砾岩互层洞段；47#洞580m砂质粘土岩洞段；48#洞328m砂质粘土岩洞段；49#洞825m砂质粘土岩洞段；50#洞120m千枚状片岩洞段。

本文以48#洞为例，就隧洞采用传统钻爆法开挖、铣挖机机械开挖从技术经济角度进行比较。

2 48#洞传统钻爆开挖、装车直接成本核算

2.1 月完成量计算

48#洞328m砂质粘土岩洞段地质设计判定为Ⅴ类围岩，开挖断面10.36m2，测算一天2个循环，每个循环开挖长度为1.5m，一天进尺为3m，月进尺90m，计算每月完成开挖工程量932.4m3。

2.2 人工费用计算

每个工作面配置人员为5人(2把手风钻2个钻工，1个炮工，1个扒渣机司机，1个普工)。根据现在钻工、炮工、扒渣司机工资水平，平均日工资为260元，普工平均日工资为140元，则5人的月工资水平为4×7800+1×4200=35400元。

单方人工费=35400/932.4=37.97元/m3。

2.3 钻头、钻杆消耗性材料计算

根据04定额消耗量，平洞(≤10m2)石方开挖100m3钻头消耗量为4.34个，钻杆消耗量为2.22kg，计算单方钻头和钻杆费用=(4.34×45+2.22×5.98)/100=2.09元/m3。

2.4 设备及设备维修、替换费用计算

工作面配置2把手风钻，手风钻台时费为45.78元/h，每循环开挖1.5m，工作2.5h，完成方量15.54m3，单方手风钻费用为：45.78×2×2.5/15.54=14.73元/m3。

工作面配置扒渣机1台，扒渣机台时费为32.89元/h，每循环出渣时间为2.5h，出渣方量为15.54m3，单方扒渣机费用为：32.89×2.5/15.54=5.29元/m3。

洞口配置37kW轴流风机1台，轴流风机台时费为42.86元/h。每循环爆破散烟、出渣通风排烟时间为3h，单方轴流风机费用为：42.86×3/15.54=8.27元/m3。

2.5 炸药及爆破材料消耗量计算

2.5.1炸药

根据爆破设计，爆破炸药平均消耗量为1.8kg/m3。

2.5.2非电雷管

根据爆破设计，每茬炮钻孔数为43个。除周边孔外，使用非电雷管的孔数为27个，即使用非电雷管27发，周边孔导爆索引线使用2发非电雷管，每循环共计使用非电雷管29发。每循环按进尺1.5m计算，则完成100m3需6.44个循环，需要非电雷管=29×6.44=186.76发。

2.5.3导爆索

开挖外边线长度为8.72m，连接的导爆索按外边线8.72×1.1+0.5=10.09m计算；每孔长度按1.7m计算，周边孔共16个，计算周边孔的导爆索长度=(1.7+0.2)×16+10.09=40.4m。每循环需导爆索长度40.4m，则完成100m3需6.44个循环，导爆索用量=40.4×6.44=260.18m。

2.5.4电雷管

采用电雷管起爆，每茬炮需两发电雷管。则完成100m3需电雷管数量为：2发×6.44=12.88发。

如上所述，每洞挖1m3火工材料消耗为：炸药消耗量1.8kg，非电雷管1.87发，导爆索2.6m，电雷管0.13发。火工材料单价：炸药13.85元/kg；非电雷管6.18元/发；导爆索3.09元/m；电雷管4.12元/发。

每洞挖1m3火工材料费合计1.8×13.85+1.87×6.18+2.6×3.09+0.13×4.12=45.06元/m3。

综上所述，传统钻孔爆破开挖、装车直接成本为：37.97+2.09+14.73+5.29+8.27+45.06=113.41元/m3。

3 48#洞铣挖机开挖、装车直接成本核算

3.1 月完成量计算

48#洞328m砂质粘土岩洞段地质设计判定为Ⅴ类围岩，开挖断面10.36m2，采用STX-100型铣挖机机械开挖。根据现场实际统计，铣挖机开挖328m用时583.5h，开挖量为3398.08m3，平均开挖效率5.82m3/h。

根据现场统计，铣挖机开挖每天可完成两个循环，每循环进尺2m，每循环开挖需耗时约4小时。每月完成开挖工程量为2×2×10.36×25=1036m3。

3.2 劳务费用计算

工作面配置人员为2人(1个铣挖机司机、1个普工)。根据目前工资水平，铣挖机司机平均日工资为400元，普工平均日工资为140元，则计算2人的月工资水平为1×12 000+1×4 200=16 200元。

单方人工费=16 200/1 036=15.63元/m3。

3.3 铣挖机材料费

铣挖机截齿每开挖1m3消耗0.15个，47元/个，单方消耗截齿材料费为：0.15×47=7.05元。

3.4 设备及设备维修、替换费用

工作面配置STX-100铣挖机1台，据测算，铣挖机台时费为245.3元/h，每循环开挖4h，开挖量为23.28m3，单方消耗铣挖机费用为：245.3×4/23.28=42.15元/m3。

洞口配置37kW轴流风机1台，轴流风机台时费为42.86元/h。铣挖机开挖过程中通风不能间断，每循环通风排烟时间为4h，单方轴流风机费用为：42.86×4/23.28=7.36元/m3。

综上，铣挖机开挖、装车直接成本为：15.63+7.05+42.15+7.36=72.19元/m3。

4 两种洞挖方式技术经济对比

4.1 直接成本对比

传统钻爆施工开挖、装车完成3398.08m3施工成本为：3398.08×113.41=385 376元；铣挖机开挖、装车完成3398.08m3施工成本为：3398.08×72.19=245 307元。经比较，48#洞铣挖机比传统钻爆施工在开挖、装车工序节约成本140 069元。

4.2 间接成本对比

铣挖机施工可有效控制开挖断面尺寸，防止超挖，减少因超挖造成的装运成本，并在后续喷混凝土、立钢拱架、铺设钢筋网工序节约了人工及材料成本。

4.3 对围岩岩性适应性对比

与传统钻爆开挖适应各种围岩岩性相比，铣挖机开挖仅适应用于开挖中等硬度以下的均质岩石，如：粘土岩、泥质粉砂岩、构造碎屑岩、千枚状片岩等。对软硬互层的围岩，采用铣挖机开挖效果不理想，如46#洞砂质粘土岩、砂砾岩互层洞段，硬岩部分难于切削，造成开挖效率显著降低，且对机械损害严重。

5 结语

对于中等硬度以下的均质岩石隧洞，采用铣挖机开挖相较传统钻爆开挖，在进度、质量、成本方面具有明显的优势，安全方面更有保障。本工程取得的经验值得类似工程借鉴。