小斷面長(zhǎng)隧洞鉆爆臺(tái)車(chē)的優(yōu)化與實(shí)踐

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摘要：小斷面長(zhǎng)隧洞具有面小、距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，在施工中存在空間有限，大型高效機(jī)械無(wú)法運(yùn)用等問(wèn)題，施工難度大、工期緊張。為了克服這些困難，本文結(jié)合西昌永寧河四級(jí)電站引水隧洞工程實(shí)際情況，改造鉆爆臺(tái)車(chē)，在小斷面長(zhǎng)隧洞的快速施工中取得了良好的實(shí)踐效果，并為今后類(lèi)似工程施工提供一定的指導(dǎo)和借鑒。 關(guān)鍵詞：永寧河、小斷面長(zhǎng)隧道、鉆爆臺(tái)車(chē) 引言：隨著近幾年規(guī)模型水電工程、引水工程、排污工程等在水電建筑市場(chǎng)中的份額越來(lái)越大，而小斷面隧洞是以上工程中必不可少的工程項(xiàng)目。永寧河四級(jí)電站引水隧洞總長(zhǎng)8007.826米，過(guò)水?dāng)嗝嫘螤顬槌情T(mén)洞和圓形，過(guò)水?dāng)嗝鍮=3.4～4.0米，4＃主洞為全線的關(guān)鍵線路，洞長(zhǎng)2824.651米，洞型為城門(mén)洞形，底部開(kāi)挖寬度4.4米，側(cè)墻高度3.3米，頂拱的圓弧半徑為2.494米，隧洞的單面掘進(jìn)最長(zhǎng)為1719米。 一、小斷面長(zhǎng)隧洞的特點(diǎn)    根據(jù)洞室斷面或跨度的大小，永寧河四級(jí)電站4＃隧洞開(kāi)挖斷面面積18.9969㎡，小于20㎡為小斷面，單頭開(kāi)挖長(zhǎng)度1719米為長(zhǎng)隧洞，特點(diǎn)是“小”和“長(zhǎng)”。“小”受斷面尺寸的控制，在有限的空間內(nèi)施工，工序交叉多，相互干擾大，在同一個(gè)工作面上鉆孔、爆破、出渣等工作只能周期性循環(huán)進(jìn)行，同時(shí)無(wú)法在施工中運(yùn)用高效的大型機(jī)械設(shè)備，而且也影響到洞內(nèi)管線的布置，從而總體影響機(jī)械化施工配套。“長(zhǎng)”則受距離的限制，帶來(lái)供電、供風(fēng)、排水、排煙、出渣等一系列困難，出渣是第一系列困難，施工勞動(dòng)條件差，安全問(wèn)題也比較突出。因此，小斷面長(zhǎng)隧洞的施工存在較大困難，盡管小隧洞有種種困難，但還是有一定的優(yōu)越性，具有單位長(zhǎng)度開(kāi)挖量少，出渣量少，安全支護(hù)比較方便等有點(diǎn)。長(zhǎng)隧洞一般具有斷面形式改變少，縱向坡度較小等有點(diǎn)。因此只要施工組織措施得當(dāng)，小斷面長(zhǎng)隧洞的開(kāi)挖困難可以克服的。 二、小斷面長(zhǎng)隧洞鉆爆臺(tái)車(chē)的優(yōu)化與實(shí)踐 2.1傳統(tǒng)鉆爆臺(tái)車(chē)工藝   按國(guó)內(nèi)的傳統(tǒng)方式，在小斷面隧洞開(kāi)挖施工中，一般情況下有兩種搭設(shè)簡(jiǎn)易的鉆爆平臺(tái)方式。    一種方法是：在開(kāi)挖掌子面，采用架管和跳板相結(jié)合搭設(shè)平臺(tái)，開(kāi)挖鉆孔和安裝炸藥工序完工后進(jìn)行拆除，等到出渣及測(cè)量放線完畢后再?gòu)男麓钤O(shè)。另一種方法是：采用工字鋼或槽鋼焊接組成一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，打鉆、裝藥或支護(hù)時(shí)采用裝載機(jī)端運(yùn)到工作位置，等工序完工后，再用裝載機(jī)端運(yùn)到不礙事的部位。 2.2改進(jìn)后的鉆爆臺(tái)車(chē)工藝

   利用現(xiàn)有的資源出渣汽車(chē)改裝成鉆爆臺(tái)車(chē)，本工程隧洞出渣車(chē)輛是5t自卸汽車(chē)，利用后部的車(chē)斗改裝，車(chē)廂具體的尺寸：長(zhǎng)度2.96m、寬度1.78m、高度1.25m。具體改裝的形式如下：在車(chē)廂斗的兩側(cè)用￠100的鋼管做立柱，車(chē)廂的兩側(cè)各焊接3根，每根鋼管的長(zhǎng)度為1.5m，間距為1.26m,在車(chē)斗底部向上0.9m的部位橫向布置3根￠100的鋼管和兩側(cè)的鋼管焊接成為一個(gè)整體，每根鋼管的長(zhǎng)度1.95m。在橫向兩側(cè)的鋼管頂部橫向焊接布置鋼管，每根長(zhǎng)度4.4m。在整個(gè)框架焊接好后的頂部鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，與頂部?jī)蓚?cè)的鋼管焊接成一個(gè)整體，使上部形成為一個(gè)整體平臺(tái)，此部為隧洞拱角以上的部位施工所用的施工平臺(tái)。兩側(cè)立柱頂部向下0.6m的部位向外延伸0.2m，作為第二層施工平臺(tái)的支撐點(diǎn)，施工時(shí)在此處搭設(shè)平臺(tái)。車(chē)廂與框架中間的空間部位設(shè)置一個(gè)移動(dòng)水箱，移動(dòng)水箱采用鋼板制作，移動(dòng)水箱的尺寸為：長(zhǎng)度2.36m、寬度1.4m、高度0.85m，移動(dòng)水箱可以裝水2.8方左右，移動(dòng)水箱的作用是在鉆爆作業(yè)時(shí)提供鉆機(jī)的供水，能夠滿足鉆爆的施工用水。 

2.3改進(jìn)后的鉆爆臺(tái)車(chē)的優(yōu)點(diǎn)  2.3.1移動(dòng)靈活方便 因?yàn)榇伺_(tái)車(chē)是汽車(chē)改裝，移動(dòng)靈活方便，在鉆爆時(shí)，臺(tái)車(chē)直接可以到開(kāi)挖掌子面鉆爆作業(yè)，等鉆爆及裝藥完成后，開(kāi)到安全地帶，待出渣測(cè)量完畢后再進(jìn)行下次的開(kāi)挖作業(yè)。在隧洞支護(hù)時(shí)利用此臺(tái)車(chē)可以做噴錨、掛網(wǎng)、支格柵等工序，不需要再另行搭設(shè)施工平臺(tái)。   2.3.2節(jié)省材料的消耗 因?yàn)楦倪M(jìn)后的臺(tái)車(chē)為固定模式，周期使用率高，在各種施工工序中不需要從新搭設(shè)施工平臺(tái)，降低了材料的消耗。  2.3.3縮短開(kāi)挖及支護(hù)工序的時(shí)間 此臺(tái)車(chē)靈活方便，一次性轉(zhuǎn)移到位，避免了傳統(tǒng)臺(tái)車(chē)多次轉(zhuǎn)運(yùn)的次數(shù)而耽誤時(shí)間，大大縮短了各工序的銜接時(shí)間，提高了工作效率。  2.3.4改進(jìn)后的鉆爆臺(tái)車(chē)多種用途 除用做鉆孔，裝藥，還可以支護(hù)用。  2.3.5改進(jìn)后的鉆爆臺(tái)車(chē)可節(jié)省鉆孔供水系統(tǒng)的費(fèi)用 改進(jìn)后的鉆爆臺(tái)車(chē)配備有自制水箱，可以節(jié)省鉆爆鉆孔時(shí)的水管鋪設(shè)。傳統(tǒng)的施工是由洞外鋪設(shè)一趟水管到施工面，而改進(jìn)后的臺(tái)車(chē)自帶水箱，能夠滿足各種作業(yè)所需的水量，節(jié)省了水管的鋪設(shè)，從經(jīng)濟(jì)上比較可以節(jié)約一筆費(fèi)用。 三、優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)經(jīng)濟(jì)分析 3.1傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)與優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)開(kāi)挖作業(yè)循環(huán)時(shí)間對(duì)比 3.1.1傳統(tǒng)與優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)洞挖作業(yè)循環(huán)時(shí)間對(duì)比表（表1）

表1   傳統(tǒng)與優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)洞挖作業(yè)循環(huán)時(shí)間對(duì)比 序號(hào) 項(xiàng)目 工作量 傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)洞挖作業(yè)時(shí)間循環(huán) （min） 優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)洞挖作業(yè)時(shí)間循環(huán) （min） 條件 1 通風(fēng)散煙、測(cè)量布孔 60孔 60 60 開(kāi)挖斷面： 城門(mén)洞型4.4×4.7（寬×高），開(kāi)挖斷面積為18.99m²。 巖石： 紫色巨礫巖夾砂礫巖，具次生膠結(jié)，無(wú)地下水活動(dòng)，成洞條件好。 機(jī)械設(shè)備： 50裝載機(jī)一臺(tái)；4輛5T自卸汽車(chē)。 2 鉆爆平臺(tái)安裝、水泵安裝及鋪設(shè)水管、輔助作業(yè)   90 30 3 鉆孔 60孔 240 210 4 裝藥 60孔 120 100 5 鉆爆平臺(tái)拆除和爆破   60 30 6 通風(fēng)散煙   45 45 7 安全撬挖   15 15 8 裝載機(jī)、出渣車(chē)就位   30 30 9 出渣   270 270   合計(jì)   930 790

3.2傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)與優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)鉆孔用水單價(jià)對(duì)比 以永寧河四級(jí)水電站4#支洞上游作業(yè)面為例，進(jìn)行單價(jià)對(duì)比。4#支洞上游作業(yè)面單面掘進(jìn)長(zhǎng)度為1719米，圍巖類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，紫色巨礫巖夾砂礫巖，具次生膠結(jié)，無(wú)地下水活動(dòng)，成洞條件好。傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)需要在洞外設(shè)置一個(gè)蓄水池，安裝一臺(tái)5KW的潛水泵，延洞挖長(zhǎng)度鋪設(shè)鋼管，作為鉆孔用水的供水系統(tǒng)，根據(jù)2004水電定額進(jìn)行單價(jià)分析供水管道的鋼管鋪設(shè)、附件制安、完工拆除每米為59.73元、水泵每臺(tái)時(shí)需要14.82元；優(yōu)化后的鉆爆平臺(tái)，本身在車(chē)上就制作安裝一個(gè)可容納3m³水的水箱，在水箱內(nèi)安裝一臺(tái)2.2KW的潛水泵和20米的消防水管就可以提供鉆孔用水，根據(jù)2004水電定額進(jìn)行單價(jià)分析水泵每臺(tái)時(shí)只需11.47元，水箱內(nèi)的水能夠滿足一個(gè)洞挖循環(huán)作業(yè)的施工用水，不再需要從洞外安裝一套鉆孔用水的供水系統(tǒng)，同時(shí)也節(jié)省了鋪設(shè)水管的費(fèi)用。 3.2.1傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)鉆孔用水費(fèi)用 A(供水系統(tǒng)費(fèi)用)=B(供水管道費(fèi)用)-C（供水管道殘值）+D(水泵使用總臺(tái)時(shí)費(fèi)) 供水管道費(fèi)用為： B=1719米×59.73元/米=10.27萬(wàn)元 工程結(jié)束后供水管道殘值為20% C=B×20%=2萬(wàn)元 根據(jù)洞挖長(zhǎng)度和表4水泵使用總臺(tái)時(shí)費(fèi)用為： 水泵使用臺(tái)時(shí)；1719米÷4米/天×8小時(shí)/天=3438（臺(tái)時(shí)） 水泵總臺(tái)時(shí)費(fèi)：3438臺(tái)時(shí)×14.82元/臺(tái)時(shí)=5.1萬(wàn)元 供水系統(tǒng)費(fèi)用為： A=B-C+D  =10.27-2+5.1 =13.37萬(wàn)元 每延米鉆孔用水費(fèi)用：13.73萬(wàn)元/1719米=7.99元/米 3.2.2優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)鉆孔用水費(fèi)用 優(yōu)化后的鉆爆平臺(tái)在鉆孔時(shí)只需要用一臺(tái)小功率水泵將鉆爆臺(tái)車(chē)自帶的水箱內(nèi)的水抽出拱打鉆用水即可。 根據(jù)單價(jià)及洞挖長(zhǎng)度計(jì)算水泵使用臺(tái)時(shí) 水泵使用臺(tái)時(shí)；1719米÷4米/天×8小時(shí)/天=3438（臺(tái)時(shí)） 水泵總臺(tái)時(shí)費(fèi)：3438臺(tái)時(shí)×11.47元/臺(tái)時(shí)=3.94萬(wàn)元 每延米鉆孔用水費(fèi)用：3.94萬(wàn)元/1719米=2.3元/米 3.3傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)與優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià) 3.3.1優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)與傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)完成洞挖工期節(jié)約 通過(guò)傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)與優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)完成洞挖作業(yè)循環(huán)時(shí)間比較后者被前者的洞挖作業(yè)循環(huán)時(shí)間短140分鐘。4#支洞上游作業(yè)面單面掘進(jìn)長(zhǎng)度1719米，根據(jù)地質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)每一個(gè)洞挖循環(huán)進(jìn)尺2.0米，計(jì)算洞挖工期為： 傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)施工：（1719÷2）×930÷60÷24=555天 優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)施工：（1719÷2）×790÷60÷24=472天 優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)施工縮短工期：555-472=83天 施工工期是一種有限的時(shí)間資源，在項(xiàng)目管理中有特定的價(jià)值，即“工期價(jià)值”。對(duì)工程項(xiàng)目而言，工程的質(zhì)量、成本和工期是施工管理的三大主線，工期是否合理直接影響著施工質(zhì)量和成本，因此，施工項(xiàng)目管理中的時(shí)間管理非常重要。 當(dāng)施工工期變化時(shí)，會(huì)引起工程勞動(dòng)量（人工與機(jī)械）的變化。市場(chǎng)中的物價(jià)是波動(dòng)的，材料價(jià)格會(huì)隨工期的長(zhǎng)短而不同。因此，同一工程項(xiàng)目，工期不同，工程成本就不同。施工工期與耗用的人工費(fèi)成正比，與機(jī)械設(shè)備租賃費(fèi)成正比，與模板等多次使用性材料分?jǐn)傁M(fèi)成正比，與施工單位承擔(dān)的建材市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)成正比。因此，合理的施工進(jìn)度安排和采用先進(jìn)的施工工藝、方法，達(dá)到最大限度地縮短工期，將減少工程費(fèi)用，使施工單位獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 3.3.2優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)與傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)完成洞挖成本節(jié)約額 （1）完成4#支洞上游作業(yè)面1719米的洞挖成本節(jié)約為： 13.37萬(wàn)元（傳統(tǒng)）－3.94萬(wàn)元（優(yōu)化后）=9.43萬(wàn)元 （2）平均洞挖1米洞挖成本節(jié)約：9.43萬(wàn)元/1719米=54.9元/米 （3）永寧河四級(jí)水電站洞挖長(zhǎng)度8公里，可節(jié)約： 54.9×8000=43.92萬(wàn)元 3.3.3優(yōu)化后鉆爆平臺(tái)與傳統(tǒng)鉆爆平臺(tái)完成洞挖成本降低率 成本降低率=（9.43－3.94）/9.43×100%=58.2% 四、結(jié)語(yǔ)    由于中小水電站的建設(shè)，隧洞引水工程項(xiàng)目會(huì)不斷增加小斷面，長(zhǎng)隧洞更加在引水項(xiàng)目中普遍應(yīng)用，由于其自身小和長(zhǎng)的原因。施工難度較大，研究和探索小斷面長(zhǎng)隧洞合理、經(jīng)濟(jì)的施工組織設(shè)計(jì)，舍其短取其長(zhǎng)，抓好每個(gè)循環(huán)銜接，實(shí)現(xiàn)快速施工及推廣應(yīng)用，對(duì)跨區(qū)域長(zhǎng)距離調(diào)水，特別是中小型跨區(qū)域長(zhǎng)距離調(diào)水，將起到重要的推動(dòng)作用。通過(guò)永四電站項(xiàng)目，施工方案技術(shù)優(yōu)化落實(shí)到工程實(shí)際中，效果顯著，洞挖有常規(guī)每天的1.7～1.8m增加到每天2.8～3.0m。工程進(jìn)度加快，工程施工安全得到一定保障，由于節(jié)省鉆爆所需水管的鋪設(shè)，節(jié)省一筆資金，綜合效益明顯。