国内悬臂式掘进机隧洞开挖的成本分析

付 进，刘欣意

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

国内悬臂式掘进机隧洞开挖的成本分析

付 进，刘欣意

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

在我省水利项目中，相比传统钻爆法隧洞岩石开挖，采用悬臂式掘进机在开挖的进度、断面控制和对岩层的扰动都较钻爆法更优，但是由于省内定额发展不配套，在水利工程上采用掘进机进行隧洞开挖没有与之相对应的定额可供参考。为此本文从台时费构成和涵洞岩石开挖费构成两个方面，对悬臂式掘进机隧洞开挖的成本进行分析，得到掘进机隧洞开挖的单价。

悬臂式掘进机 引水隧洞开挖 成本分析

1 我国悬臂式掘进机的发展现状及应用

我国早在上世纪60年代，通过从国外引进设备的方式开始了隧洞掘进机的研究，进入本世纪，掘进机得到长足的发展，目前国内具备掘进机生产能力的单位有几十家，主要包括三一重型装备有限公司、中联重科、徐工重型装备有限公司和北方交通重工等。

在国内众多生产企业中，尤以三一重型装备有限公司所生产的产品规模最全，技术最为先进。其生产的EBZ318型掘进机，最大截割岩石硬度f13，定位截割面积达到39m2，总除尘效率≥95%，均引领国内悬臂式掘进机的技术指标。

悬臂式掘进机是现代化的综合掘进机械设备的一种，主要包括切割部、铲板部、第一运输机、第二运输机、主机部、行走部、后支撑部、润滑系统、液压系统、冷却系统、电气系统等组成，具有切割、装载、运输、行走等功能，以切割部的旋转致使岩石剥落。

悬臂式掘进机最早作为煤矿专项设备引入中国，主要用于煤矿的开挖。但随着近20年来，国内一大批具有自主产权的悬臂式掘进机设备生产厂家崛起，设备和备件均国产化，使整机价格和易耗品价格均得到大幅降低，使悬臂式掘进机的使用范围越发广泛，近几年逐渐在水利水电工程的隧洞开挖上推广。

随着改革开放的不断深化，劳动力价格上涨明显，并且人们越来越注重隧洞施工的安全，再加上地方对炸药等的严厉管控，导致上世纪运用广泛的钻爆法，使用的局限性越来越大。如在四川少数民族区，炸药供应的连续性和价格一直都被广大业主和施工单位所诟病，施工工期容易受影响，开挖单价还高；在川南红层地区，主要以软岩为主，由于裂隙发育，岩石较软，炸药效果不好，往往比硬岩区域的洞挖、炸药的消耗要高20%及以上，再加上现在依法治国尊重民生，在居民聚集区也不能使用炸药开挖，故非钻爆法等得到广泛应用。采用悬臂式掘进机，可以有效地规避钻爆过程中由于炸药管控、劳动安全等对工程进度的制约，并且在川南的红层地区采用反而更有利。因此最近几年越来越多的水利工程项目使用掘进机进行引水隧洞开挖。

2 掘进机开挖成本分析

最近几年掘进机使用频率越来越高，但是却没有相应的台时定额和开挖定额，导致前期无法估计悬臂式掘进机隧洞开挖的费用，承发包阶段也容易造成一些争议。因此本文从掘进机掘进过程的台时费用组成方面，对其进行成本分析。

本次分析以台时为计量单位，定额组成的一、二类费用和各类费用的定义及取费原则，均与水利部水总〔2002〕116号文颁布的《水利工程施工机械台时费定额》相同。

现以三一重工所生产的EBZ260(H)为例，从悬臂式掘进机的台时费构成和隧洞岩石开挖费用构成这两个方面，对悬臂式掘进机隧洞开挖的成本进行分析。

(1)根据厂家所给参数，EBZ260(H)悬臂式掘进机截割效率如表1所示。

表1 截割效率与岩石硬度对应关系

(2)EBZ260(H)悬臂式掘进机台时费用分析

根据三一重工资料，EBZ260(H)悬臂式掘进机售价为580万人民币，悬臂式掘进机是由几个大件组合而成，部件可替换性较好。根据工程经验，每工作5000h需要进行一次大修，大修费用为整机价格的20%。由于大修5次价格相当于重新购买一台设备的价格，所以拟定寿命台时计算如下：

寿命周期=(大修次数+1)×大修间隔时间=(5+1)×5000=30000h

残值率按目前有关规定执行：掘进机5%

机上人工主要包括机手一人，考虑机手为高级熟练工，工时消耗为1.6工时。

本设备燃料动力消耗，根据施工机械技术指标及实际施工过程中的资料综合确定。根据三一公司资料，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(H)其总功率(含二运和除尘)为387kW，故其台时耗电量为：387×0.7=271kW·h

安装拆卸费：设定一般边界条件为，掘进机平均单头掘进2km，按断面为20m2的常规断面进行估计，查询悬臂式掘进机截割效率表1。在f6的围岩条件下，悬臂式掘进机掘进效率为15m3/h～30m3/h，根据断面面积换算，悬臂式掘进机的掘进效率按1m/h拟定。根据实际工程经验安装一次需耗费5000元，拆卸一次需要3000元，折算每台时摊销装拆费：

(3000+5000)/[(2000×20)/(20×1)]=4.00元/台时

根据以上计算，初拟EBZ260(H)掘进机的台时费用见表2。

本工程按一般地区，中级工人工费为8.90元/工时，电费按国家电网电价0.844元/kW·h，水根据施工组织的不同，一般为0.9元/m3～1.4元/m3，考虑掘进机主要应用于长引水隧洞的开挖，其水费取1.3元/m3。核算其台时费用为633.32元/台时。

假定掘进边界条件为川南灌区引水隧洞，隧洞围岩以泥岩为主，砂泥岩互层地区，围岩抗压强度25MPa～30MPa，引水隧洞为城门洞型，开挖洞径为底宽5.00m，直墙高3.00m，半弧高1.44m，

表2 掘进机台时费用

隧洞面积20.1m2。由于掘进机开挖，断面效果较好，能够有效地控制超挖情况。所以，本工程考虑直墙和顶拱超挖按5cm考虑，底板按10cm考虑，超挖面积21.2m2。

根据上述拟定的悬臂式掘进机开挖效率为1m/h，平均每天掘进8m，每个月平均掘进210m左右。故每开挖100m3所需机械台时为100/(21.2×1)=4.72(台时)。

悬臂式掘进机掘进过程中需要定位指挥人员一人、电工一人、公用管线路和支护的架设两人，一、二运协调一人。其中，定位指挥人员按工长、电工按高级工、一运和二运协调为中级工、管线架设为初级工考虑，合计每开挖100m3岩石需消耗24个工时。

截齿若采用原装，每个截齿价格800元，根据实际工程经验，对应本工程围岩类别，按保守估计平均每开挖100m3需要更换2个截齿。由于掘进机在开挖过程中还需要更换压力油和油泵等其他材料，故在定额编制过程中，考虑其他材料费为10%。根据以上计算思路，拟定掘进机开挖定额见表3。

根据以上开挖定额，配合EBZ260(H)台时定额，在上述开挖边界条件下，对采用同型号掘进机进行隧洞开挖的单价测算分析见表4。

表3 掘进机开挖岩石定额 单位：100m3

表4 建筑工程单价

根据单价分析表可以看出，在砂泥岩等红层地区进行长隧洞开挖，若采用掘进机每m3开挖单价为64.57元/m3，相比钻爆法在相似洞径下开挖单价优势较为明显。

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2095-1809(2016)01-0050-03