胡红燕，付进，陈正勋

(四川省水利水电勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

1 工程概况

1.1 工程布置情况

四川省广安市前锋区龙滩煤矿运输巷道防渗处理工程，由1条交通洞和2条平行于煤矿运输巷道轴线布置的灌浆隧洞组成，呈“Y”形布置[1]。交通洞进口位于龙滩煤矿办公区东面冲沟内，进口底板高程为322.04m。交通洞开挖断面为3.9m×3.9m(宽×高)，衬砌后断面为3m×3.5m(宽×高)，全长约1.12km。灌浆隧洞接交通洞末端，布置于煤矿运输巷道左右两侧，除回车场段外(段长约200m，两侧灌浆隧洞距离煤矿运输巷道间距15.43m)，两条主洞平行煤矿运输巷道轴线布置(南侧灌浆隧洞距离煤矿运输巷道间距为37.25m，北侧灌浆隧洞距离煤矿运输巷道间距15.43m)。东、西两端跨巷道部分采用弧形隧洞与两条主洞相连，隧洞在巷道防渗处理洞段上方约20m处呈环形布置，总长约2199.0m；灌浆隧洞为城门洞型，Ⅲ类围岩开挖断面为3.9m×4.85m，Ⅳ类围岩开挖断面为4.0m×4.9m，Ⅴ类围岩开挖断面为4.12m×4.96m，衬砌后断面为3.0m×4.0m(宽×高)。

煤矿运输巷道防渗处理工程距离煤矿运输巷道很近，钻爆法施工工艺对其安全生产影响较大，易造成重大安全隐患。经多方案技术经济比选，隧洞开挖拟采用掘进机施工工艺。

本文以龙滩煤矿运输巷道防渗处理工程中交通洞、南北侧灌浆洞石方洞挖为例，分析悬臂式掘进机在不同地质条件下的洞挖直接费成本。

1.2 地质概况

交通洞沿线穿越地层有：自流井组强风化泥岩、粉砂岩夹页岩及砂岩、弱风化～新鲜泥岩、粉砂岩夹页岩及砂岩和新鲜灰岩、介壳灰岩，珍珠冲组泥岩夹砂岩、石英砂岩，须家河组长石石英砂岩、泥岩、粉砂岩，局部夹煤层或煤线。强风化泥岩、粉砂岩夹页岩及砂岩洞段为Ⅴ类围岩，弱风化～新鲜泥岩、粉砂岩夹页岩及砂岩洞段以Ⅳ类围岩为主，部分砂岩洞段为Ⅲ类围岩，新鲜长石石英砂岩、砂岩、粗砂岩、灰岩、介壳灰岩洞段以Ⅲ类围岩为主，局部段岩溶发育，为Ⅳ～Ⅴ类围岩。

灌浆洞沿线穿越地层有：须家河组砂岩，雷口坡组灰岩与泥灰岩、钙质泥岩夹泥质灰岩、白云质灰岩，嘉陵江组白云岩、泥质白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩、灰岩、泥质灰岩，飞仙关组灰质泥岩夹少量泥质灰岩。沿线无大的断层及构造破碎带发育，局部存在溶蚀破碎带或规模不大的构造破碎带；全洞段Ⅲ类围岩约占70%～75%，洞室自身稳定性及成洞条件均较好，Ⅳ类及Ⅴ类围岩主要分布于泥岩、泥灰岩、泥质白云岩等洞段，围岩稳定性较差；隧洞全部位于推测地下水位以下，开挖过程及汛期沿溶蚀和构造破碎带可能产生涌水、涌泥。

2 资源配置

2.1 主要机械配置

结合交通洞、灌浆隧洞工程地质、水文、施工环境等因素，并考虑岩石的抗压强度，岩石构造等条件，选用EBZ260掘进机(主要特征：总体长度12.75m、总体宽度3.6m、总体高度2m，切割电机功率260kW，总功率429kW，截割头转速:55/27r/min，行走速度:0～6.5m/min，一共布置74把截齿)，洞内安装1台容量1000kVA的防爆型、防碰撞矿用专用变压器。交通洞施工时，在交通洞洞口布置2台37kW的轴流式风机，同时开启；当南北侧灌浆洞开始施工时，在灌浆洞口各增设1台22kW轴流式风机；等南北侧灌浆洞施工到中间部位时再把交通洞洞口布置的2台37kW的轴流式风机分别移置到南北侧灌浆洞，在交通洞洞口增设2台55kW的轴流式风机。

2.2 人员配置

掘进工班实行三班制，每班8h轮流上班，根据现场观测及生产需要，掘进机机上人工2人，电工及检修工2人，焊工1人，测量放线1人，记录员1人，工长1人，安全检查1人，瓦斯检查人员1人，杂工3人。

3 掘进机石方洞挖定额确定

通过对现场调研资料及掘进机施工信息调查统计表、施工运行记录表的分析，选取交通洞(J0+008～J1+120.6)全长1120.6m、北侧灌浆洞(NG0+0.4～NG1+083.3)1081.7m、南侧灌浆洞(SG0+0.4～SG1+087.9)1082.1m作为定额拟定研究对象。由于南北侧灌浆洞前半部分、后半部分施工时，布置的轴流风机对定额拟定有一定的影响，定额拟定按灌浆洞前、后半部分分别进行拟定。

根据项目的资源配置、掘进机的施工效率及各型号截齿的平均消耗量，掘进机石方洞挖定额根据国家相关法律法规、遵循实事求是并结合隧洞结构形式、断面尺寸、施工组织设计确定的施工方法、主要机械规格及型号进行拟定。采用水利部文件水总〔2014〕429号颁发的《水利工程设计概(估)算编制规定》、水利部文件水总〔2002〕116号颁发的《水利建筑工程预算定额》《水利工程施工机械台时费定额》作为计价依据，拟定定额如表1所示。

4 直接费用测算

本次测算仅测算石方洞挖的直接费用，不包含为掘进机施工而布设的特种变压器(1140V)、电缆等直接费用。

4.1 基础价格

人工工时预算单价：工长11.55元/工时、高级工10.67元/工时、中级工8.90元/工时、初级工6.13元/工时、机械工8.90元/工时[3]；综合电价为1.034元/kW·h、综合水价为0.872元/m3；掘进机(EBZ260)为724.48元/台时；采用的各种型号截齿的价格为厂家提供的采购价格，详见表2。

表2 截齿采购价格汇总

4.2 单价汇总

根据拟定的定额及上述基础价格，测算出交通洞、南北侧灌浆洞在不同围岩类别及不同岩性下的石方洞挖直接成本汇总见表3。

表3 石方洞挖直接成本汇总

5 成本分析

对直接费用中人、材、机消耗分析可以看出，人工费占直接费比重为6%左右；材料费用中截齿费用占直接费比重为35%左右；机械费用中掘进机费用占直接费比重为50%左右。可见截齿费用和掘进机费用是影响洞挖单价的主要因素。

5.1 截齿费用分析

掘进机的截齿耗量与岩石的强度和围岩类别密切相关，截齿在不同围岩类别和不同岩性下，截齿耗量差异很大，岩石的耐磨性和硬度越高截齿耗量也越多。本工程消耗为0.12个/m3～3.29个/m3，石英砂岩消耗量是灰岩的近2倍，交通洞截齿平均消耗为0.47个/m3，北侧灌浆洞截齿平均消耗为0.39个/m3，南侧灌浆洞截齿平均消耗为0.35个/m3。截齿单价也差别很大，目前采用的截齿有进口截齿、合金截齿、普通截齿，其中普通截齿267元/个、合金截齿422元/个、进口截齿631元/个。本工程在实施过程中截齿厂家根据地层情况对特种材料配比进行微调，使灌浆洞后半段截齿耗量能够明显降下来。因此，在选用截齿的时候尽量选经久耐用、高度耐磨、更换方便和地质条件相适应的截齿。

5.2 掘进机费用分析[4]

5.2.1 费用分析

影响掘进机费用主要为掘进机台时费用[4]和掘进机的效率，其中掘进机台时费用测算为：根据厂家提供的资料，EBZ260悬臂式掘进机售价为510万元，考虑5%的运杂费，预算价为535.5万元。总共调研了10个工地12台掘进机，大修间隔平均时间为4000h，平均每次大修费用占设备价格的10%～20%，按15%计算，寿命周期=(大修次数+1)×大修间隔时间=(6+1)×4000=28000h，残值率按5%计列。

(1)台时折旧费=5355000×(1-5%)/28000=181.69元/台时；(2)台时大修理费=5355000×15%×6/28000×1.1=189.34元/台时；(3)掘进机操作主副手2人，机上人工操作手为中级工，耗用2.4工时；(4)根据施工机械技术指标及参考其它工地施工过程中的资料综合确定，掘进机在掘进过程中所耗费电量为其额定功率的0.7倍。EBZ260悬臂式掘进功率为429kW，故其台时耗电量为429×0.7=300.30kWh；(5)掘进机在掘进过程中为润滑和降尘，需使用高压水，用水量不小于100L/min，故其台时耗水量为(100/1000)×60=6m3。

经测算，掘进机BBZ260的台时费为724.48元/台时。由此可以看出影响台时费用的主要因素为掘进机的采购价、经济寿命及耗电量。

5.2.2 影响因素分析

根据已开挖完成的交通洞和灌浆洞的施工运行记录分析，影响掘进机效率的因素主要有：

(1)隧洞长度：灌浆洞前半段距离洞口较近，出渣、运输、通风、除尘、维修保养等施工边界条件比灌浆洞后半段要好，掘进效率前半段比后半段高些，因此随着隧洞掘进长度增加，掘进效率会降低。

(2)地质因素：围岩强度越高越完整，掘进效率越低，反之亦然。岩石的抗压强度是影响掘进效率的关键因素之一。一般的掘进机能够掘进的岩石抗压强度范围为30MPa～130MPa。岩石的硬度和耐磨性越高，材料消耗和施工成本就越高，造成停机换材料次数增加，影响掘进速度。岩体的结构面发育程度，即岩体的裂隙化程度或岩体的完整程度与掘进效率也有很大的关系。抗压强度、硬度、耐磨性相同或相近的岩体，若结构面发育程度不同，掘进机的纯掘进速度差异明显。

(3)隧洞积水：由于洞内局部渗水较大，扫底开挖过程中已被磨成粉磨的底板渣料遇水后变成淤泥，通过掘进机铲板出渣难度大，造成效率下降。

(4)欠挖控制：底部掘进开挖时，为了更好地控制欠挖，掘进开挖底板一段距离后需把开挖段渣料清理，然后由测量人员及辅助人员确定欠挖部位，掘进机再次重新掘进欠挖部分，同一段底板可能需要重复扫底两三次，因此造成施工效率较低。

6 结语

(1)受客观因素制约，巷道防渗处理工程交通洞和灌浆隧洞洞挖无法采用钻爆法施工，为推进工程进展，将原钻爆法施工调整为掘进机法施工。从洞挖直接费用分析中可以看出，该工程采用掘进机石方洞挖单价偏高，不太经济。随着掘进机洞挖工艺的发展，若能提高截齿的硬度和耐磨度以减少截齿更换时间、提高掘进机切割速度并降低制造成本，使截齿消耗费用降低和降低掘进机台时费，就能有效降低掘进机石方洞挖单价，从而更能体现掘进机在石方洞挖中的优势。

(2)掘进机石方洞挖单价在不同条件下差别很大，本工程所测算的单价只能参考使用，对其他洞挖工程要根据其所处的地质条件、采用的掘进机设备型号及实施过程中洞挖效率和截齿消耗量做具体分析。