小斷面長隧洞鉆爆臺車的優(yōu)化與實(shí)踐

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摘要：小斷面長隧洞具有面小、距離長的特點(diǎn)，在施工中存在空間有限，大型高效機(jī)械無法運(yùn)用等問題，施工難度大、工期緊張。為了克服這些困難，本文結(jié)合西昌永寧河四級電站引水隧洞工程實(shí)際情況，改造鉆爆臺車，在小斷面長隧洞的快速施工中取得了良好的實(shí)踐效果，并為今后類似工程施工提供一定的指導(dǎo)和借鑒。 關(guān)鍵詞：永寧河、小斷面長隧道、鉆爆臺車 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中的份額越來越大，而小斷面隧洞是以上工程中必不可少的工程項目。永寧河四級電站引水隧洞總長8007.826米，過水?dāng)嗝嫘螤顬槌情T洞和圓形，過水?dāng)嗝鍮=3.4～4.0米，4＃主洞為全線的關(guān)鍵線路，洞長2824.651米，洞型為城門洞形，底部開挖寬度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)最長為1719米。 一、小斷面長隧洞的特點(diǎn)    根據(jù)洞室斷面或跨度的大小，永寧河四級電站4＃隧洞開挖斷面面積18.9969㎡，小于20㎡為小斷面，單頭開挖長度1719米為長隧洞，特點(diǎn)是“小”和“長”。“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，同時無法在施工中運(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”則受距離的限制，帶來供電、供風(fēng)、排水、排煙、出渣等一系列困難，出渣是第一系列困難，施工勞動條件差，安全問題也比較突出。因此，小斷面長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，具有單位長度開挖量少，出渣量少，安全支護(hù)比較方便等有點(diǎn)。長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)，小斷面長隧洞的開挖困難可以克服的。 二、小斷面長隧洞鉆爆臺車的優(yōu)化與實(shí)踐 2.1傳統(tǒng)鉆爆臺車工藝   按國內(nèi)的傳統(tǒng)方式，在小斷面隧洞開挖施工中，一般情況下有兩種搭設(shè)簡易的鉆爆平臺方式。    一種方法是：在開挖掌子面，采用架管和跳板相結(jié)合搭設(shè)平臺，開挖鉆孔和安裝炸藥工序完工后進(jìn)行拆除，等到出渣及測量放線完畢后再從新搭設(shè)。另一種方法是：采用工字鋼或槽鋼焊接組成一個框架結(jié)構(gòu)，打鉆、裝藥或支護(hù)時采用裝載機(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)后的鉆爆臺車工藝

   利用現(xiàn)有的資源出渣汽車改裝成鉆爆臺車，本工程隧洞出渣車輛是5t自卸汽車，利用后部的車斗改裝，車廂具體的尺寸：長度2.96m、寬度1.78m、高度1.25m。具體改裝的形式如下：在車廂斗的兩側(cè)用￠100的鋼管做立柱，車廂的兩側(cè)各焊接3根，每根鋼管的長度為1.5m，間距為1.26m,在車斗底部向上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整體，每根鋼管的長度1.95m。在橫向兩側(cè)的鋼管頂部橫向焊接布置鋼管，每根長度4.4m。在整個框架焊接好后的頂部鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，與頂部兩側(cè)的鋼管焊接成一個整體，使上部形成為一個整體平臺，此部為隧洞拱角以上的部位施工所用的施工平臺。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的支撐點(diǎn)，施工時在此處搭設(shè)平臺。車廂與框架中間的空間部位設(shè)置一個移動水箱，移動水箱采用鋼板制作，移動水箱的尺寸為：長度2.36m、寬度1.4m、高度0.85m，移動水箱可以裝水2.8方左右，移動水箱的作用是在鉆爆作業(yè)時提供鉆機(jī)的供水，能夠滿足鉆爆的施工用水。 

2.3改進(jìn)后的鉆爆臺車的優(yōu)點(diǎn)  2.3.1移動靈活方便 因?yàn)榇伺_車是汽車改裝，移動靈活方便，在鉆爆時，臺車直接可以到開挖掌子面鉆爆作業(yè)，等鉆爆及裝藥完成后，開到安全地帶，待出渣測量完畢后再進(jìn)行下次的開挖作業(yè)。在隧洞支護(hù)時利用此臺車可以做噴錨、掛網(wǎng)、支格柵等工序，不需要再另行搭設(shè)施工平臺。   2.3.2節(jié)省材料的消耗 因?yàn)楦倪M(jìn)后的臺車為固定模式，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，降低了材料的消耗。  2.3.3縮短開挖及支護(hù)工序的時間 此臺車靈活方便，一次性轉(zhuǎn)移到位，避免了傳統(tǒng)臺車多次轉(zhuǎn)運(yùn)的次數(shù)而耽誤時間，大大縮短了各工序的銜接時間，提高了工作效率。  2.3.4改進(jìn)后的鉆爆臺車多種用途 除用做鉆孔，裝藥，還可以支護(hù)用。  2.3.5改進(jìn)后的鉆爆臺車可節(jié)省鉆孔供水系統(tǒng)的費(fèi)用 改進(jìn)后的鉆爆臺車配備有自制水箱，可以節(jié)省鉆爆鉆孔時的水管鋪設(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)后的臺車自帶水箱，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)化后鉆爆平臺經(jīng)濟(jì)分析 3.1傳統(tǒng)鉆爆平臺與優(yōu)化后鉆爆平臺開挖作業(yè)循環(huán)時間對比 3.1.1傳統(tǒng)與優(yōu)化后鉆爆平臺洞挖作業(yè)循環(huán)時間對比表（表1）

表1   傳統(tǒng)與優(yōu)化后鉆爆平臺洞挖作業(yè)循環(huán)時間對比 序號 項目 工作量 傳統(tǒng)鉆爆平臺洞挖作業(yè)時間循環(huán) （min） 優(yōu)化后鉆爆平臺洞挖作業(yè)時間循環(huán) （min） 條件 1 通風(fēng)散煙、測量布孔 60孔 60 60 開挖斷面： 城門洞型4.4×4.7（寬×高），開挖斷面積為18.99m²。 巖石： 紫色巨礫巖夾砂礫巖，具次生膠結(jié)，無地下水活動，成洞條件好。 機(jī)械設(shè)備： 50裝載機(jī)一臺；4輛5T自卸汽車。 2 鉆爆平臺安裝、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)、出渣車就位   30 30 9 出渣   270 270   合計   930 790

3.2傳統(tǒng)鉆爆平臺與優(yōu)化后鉆爆平臺鉆孔用水單價對比 以永寧河四級水電站4#支洞上游作業(yè)面為例，進(jìn)行單價對比。4#支洞上游作業(yè)面單面掘進(jìn)長度為1719米，圍巖類別為Ⅱ類，紫色巨礫巖夾砂礫巖，具次生膠結(jié)，無地下水活動，成洞條件好。傳統(tǒng)鉆爆平臺需要在洞外設(shè)置一個蓄水池，安裝一臺5KW的潛水泵，延洞挖長度鋪設(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、水泵每臺時需要14.82元；優(yōu)化后的鉆爆平臺，本身在車上就制作安裝一個可容納3m³水的水箱，在水箱內(nèi)安裝一臺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)行單價分析水泵每臺時只需11.47元，水箱內(nèi)的水能夠滿足一個洞挖循環(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)，同時也節(jié)省了鋪設(shè)水管的費(fèi)用。 3.2.1傳統(tǒng)鉆爆平臺鉆孔用水費(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(水泵使用總臺時費(fèi)) 供水管道費(fèi)用為： B=1719米×59.73元/米=10.27萬元 工程結(jié)束后供水管道殘值為20% C=B×20%=2萬元 根據(jù)洞挖長度和表4水泵使用總臺時費(fèi)用為： 水泵使用臺時；1719米÷4米/天×8小時/天=3438（臺時） 水泵總臺時費(fèi)：3438臺時×14.82元/臺時=5.1萬元 供水系統(tǒng)費(fèi)用為： A=B-C+D  =10.27-2+5.1 =13.37萬元 每延米鉆孔用水費(fèi)用：13.73萬元/1719米=7.99元/米 3.2.2優(yōu)化后鉆爆平臺鉆孔用水費(fèi)用 優(yōu)化后的鉆爆平臺在鉆孔時只需要用一臺小功率水泵將鉆爆臺車自帶的水箱內(nèi)的水抽出拱打鉆用水即可。 根據(jù)單價及洞挖長度計算水泵使用臺時 水泵使用臺時；1719米÷4米/天×8小時/天=3438（臺時） 水泵總臺時費(fèi)：3438臺時×11.47元/臺時=3.94萬元 每延米鉆孔用水費(fèi)用：3.94萬元/1719米=2.3元/米 3.3傳統(tǒng)鉆爆平臺與優(yōu)化后鉆爆平臺經(jīng)濟(jì)效益評價 3.3.1優(yōu)化后鉆爆平臺與傳統(tǒng)鉆爆平臺完成洞挖工期節(jié)約 通過傳統(tǒng)鉆爆平臺與優(yōu)化后鉆爆平臺完成洞挖作業(yè)循環(huán)時間比較后者被前者的洞挖作業(yè)循環(huán)時間短140分鐘。4#支洞上游作業(yè)面單面掘進(jìn)長度1719米，根據(jù)地質(zhì)情況和現(xiàn)場實(shí)際統(tǒng)計每一個洞挖循環(huán)進(jìn)尺2.0米，計算洞挖工期為： 傳統(tǒng)鉆爆平臺施工：（1719÷2）×930÷60÷24=555天 優(yōu)化后鉆爆平臺施工：（1719÷2）×790÷60÷24=472天 優(yōu)化后鉆爆平臺施工縮短工期：555-472=83天 施工工期是一種有限的時間資源，在項目管理中有特定的價值，即“工期價值”。對工程項目而言，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，施工項目管理中的時間管理非常重要。 當(dāng)施工工期變化時，會引起工程勞動量（人工與機(jī)械）的變化。市場中的物價是波動的，材料價格會隨工期的長短而不同。因此，同一工程項目，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)的建材市場價格波動風(fēng)險成正比。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)化后鉆爆平臺與傳統(tǒng)鉆爆平臺完成洞挖成本節(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： 13.37萬元（傳統(tǒng)）－3.94萬元（優(yōu)化后）=9.43萬元 （2）平均洞挖1米洞挖成本節(jié)約：9.43萬元/1719米=54.9元/米 （3）永寧河四級水電站洞挖長度8公里，可節(jié)約： 54.9×8000=43.92萬元 3.3.3優(yōu)化后鉆爆平臺與傳統(tǒng)鉆爆平臺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    由于中小水電站的建設(shè)，隧洞引水工程項目會不斷增加小斷面，長隧洞更加在引水項目中普遍應(yīng)用，由于其自身小和長的原因。施工難度較大，研究和探索小斷面長隧洞合理、經(jīng)濟(jì)的施工組織設(shè)計，舍其短取其長，抓好每個循環(huán)銜接，實(shí)現(xiàn)快速施工及推廣應(yīng)用，對跨區(qū)域長距離調(diào)水，特別是中小型跨區(qū)域長距離調(diào)水，將起到重要的推動作用。通過永四電站項目，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。