隧道开挖方式的技术经济分析

1隧道开挖方式的技术经济分析摘要：目前隧道开挖的方式多样，而怎样选择一个安全可靠、经济合理的开挖方式，是一个值得研究探讨的问题。作者参加了陕豫界高速公路丹界段孤独庙隧道的施工，特对项目隧道施工中采用的两种不同的开挖方式进行技术经济比较，与大家一起探讨，希望能在类似项目中有参考价值。关键词：掘进方案比较经济分析1、隧道地貌、地质水文情况公路一局三公司承建的商界高速公路孤独庙隧道地处秦岭东段南部山区，为一切割剧烈的山岳地区，行政区划属于丹凤县境内，总体地势西高东低。隧道进口段堆积少量碎石亚粘土，结构松散；基岩为强风化石英片石岩，片理很发育，节理较发育，洞口完整性、稳定性较差。出口前沿为丹竹路开挖的碎石堆积，结构松散稳定性极差，设计图纸建议对人工堆积碎石进行适当清方，后设计变更为将洞口围岩进行注浆加固。隧道出口基岩为强风化石英片石，片理发育倾向与坡向一致，岩体易顺层滑落，另节理发育对岩体有一定的切割作用。洞身围岩主要呈块石镶嵌结构，围岩级别分别为Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。隧道进口洞口围岩级别以Ⅴ级为主，断层破碎带及其附近围岩呈碎石状压碎结构，围岩级别为Ⅵ级，Ⅴ～Ⅵ级围岩区域稳定性差，应加强衬砌和防护。洞室处于地下水位以上，开挖时一般无水，但雨季时会有洞壁潮湿、渗水现象，应注意洞室围岩的加固支护。孤独庙隧道工程地质分段描述详见下表：序号桩号围岩级别长度（m）工程地质描述1YK156+219～+229VI10人工填土：杂色，土质不均，结构松散，含碎石，硬塑，稍湿。另外进口处丹竹路上方为基岩破碎边坡，常有溜滑掉块现象。2YK156+229～+254V25强风化石英片石：青灰色，细粒鳞片状变晶结构，片状构造，原岩结构构造大部分破坏，片理极发育，节理较发育，岩体呈碎石状压碎结构，围岩稳定性较差。3ZK156+219～+229VI10人工填土：杂色，土质不均，结构松散，含碎石，硬塑，稍湿。另外进口处丹竹路上方为基岩破碎边2坡，常有溜滑掉块现象。4ZK156+229～+254V25强风化石英片石：青灰色，细粒鳞片状变晶结构，片状构造，原岩结构构造大部分破坏，片理极发育，节理较发育，岩体呈碎石状压碎结构，围岩稳定性较差。2、施工方案介绍2.1、施工方案确定原则针对孤独庙隧道施工的洞口加强段的特殊地质情况，项目经过认真研究，针对相同地质条件，不同外界条件的右洞进口段与左洞出口段分别采取了不同的施工方案。在施工时按照新奥法原理，坚持“光面爆破、支护紧跟、监控量测、及时反馈和修正、及时采取应急措施”的原则。施工开挖采用人工配合机械，必要时采取弱爆破。根据实际围岩情况左洞出口段采用双侧壁导坑开挖法；而在右洞进口段根据地质等条件确定采用超短台阶法施工，超前支护掩护下开挖上拱部，然后拱腹两侧，再下部边墙开挖。初期支护中中空注浆锚杆、钢拱架、单层挂钢筋网、喷砼紧跟开挖掌子面并及时封闭仰拱，形成环向受力支护体系。2.2、施工方法2.2.1、左洞出口采用双侧壁导坑开挖法施工（如图一）图一考虑到左洞出口距丹竹路的距离小于20米，施工受上方丹竹路车辆通过的影响教大，经项目研究决定在洞口加强段则采用双侧壁导坑开挖法，具体开挖步骤：3②③④⑤⑥⑦①①先进行左侧导坑上部开挖、并进行初期支护和临时支撑。②进行左侧导坑下部开挖、并进行初期支护和临时支撑。③后进行右侧导坑上部开挖、并进行初期支护和临时支撑。④进行右侧导坑下部开挖、并进行初期支护和临时支撑。⑤中部导坑拱顶开挖、初期支护和钢架支撑⑥、⑦中部导坑其余部分开挖。双侧壁导坑开挖法适用于浅埋大跨度隧道、Ⅴ～Ⅵ级围岩的隧道施工；同时也适用于新奥法指导施工的大跨度软弱围岩地下通道及洞室施工。采用此施工方法的优点在于：双侧壁导坑法支护开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合时间长，但是每个分块都是在开挖后各自闭合的，所以在施工中间变形不大；在特殊的地质条件下，双侧壁导坑法易控制围岩变形，值得推广；安全性高。双侧壁导坑法施工的缺点：速度较慢，要耗用大量的临时支护材料，导致施工成本较高。2.2.2、右洞进口采用开挖台车配合施工的超短台阶开挖法（如图二）图二右洞进口段施工时，结合实际现场的地质情况，项目仔细研究后决定采4用超短台阶中间留核心土的开挖法，其施工步骤：①②③②④④⑤①先开挖上拱部；②然后拱腹两侧；③已经开挖部分的初期支护完成后，再开挖预留核心土部分；④开挖下部边墙；⑤最后开挖其余部分。本施工方法按以往的施工经验是适用于公路I～III级围岩的隧道，而在孤独庙隧道施工中Ⅳ、Ⅴ级围岩的情况下，采用“短开挖、弱爆破、快支护”的原则，大胆采用了此施工方法，并取得了良好的施工效果。超短台阶开挖法的优点：没有临时支护，节省投资；能使用大型的施工机械加快施工进度快，有效的保证了施工工期。缺点：超短台阶开挖法在安全性方面来讲没有双侧壁导坑法的安全性高。3、两种方案的技术比较项目在孤独庙隧道施工中，针对不同的施工条件采用了两种不同的施工方法，现将两种施工方案的开挖费用方面进行比较，此费用中不包含初期支护的费用。3.1、双侧壁导坑开挖法采用双侧壁导坑开挖法，其每延米的费用组成如下：3.1.1、材料费用：临时支护费用：双侧壁导坑开挖法需要临时支护，每延米用于临时支护的设计型钢用量为：I22b钢拱型钢2099.2kg、260×152×16钢板99.3kg、高强螺栓48套。清单单价I22b型钢为：6.52元/kg，其中包含了连接钢板与高强螺栓的价格：2099.2kg×6.52元/kg=13686.78元；而钢材回收价格按2000元/T进行考虑，故每延米临时支护型钢的价格为：13686.78-2000×2099.2/1000=9488.38元5炸药、雷管、导爆索费用：102.97kg×7.2元/kg+40个×1.07元/个+45元/m×2.5元/m=896.68元3.1.2、机械费用：22m3空压机工作费用：1200元/台班×2台班=2400元挖掘机台班费用：1600元/台班×2台班=3200元混凝土喷射机台班费用：80元/台班×2台班=160元3.1.3、人工费用：掘进班组的人工费：12人×2台班×100元/人.台班=2400元临时支护型钢加工费：180元/T×2.1T=378元临时支撑安装、支护人工费：900元/m×1m=900元3.1.4、总费用采用双侧壁导坑开挖法掘进隧道每延米的总费用为：9488.38+896.68+2400+3200+160+2400+378+900=19823.06元3.2、上下台阶中间留核心土开挖法采用超短上下台阶中间留核心土的开挖法，每延米掘进所产生的费用组成如下：3.2.1、材料费用采用上下台阶法开挖时，在上导坑施工时必须由掘进台车来提供工作平台（台车形式如图二所示），而台车所产生的费用主要为台车的材料费与台车的制作费，根据现场实际情况，开挖台车费用：35000，回收值为10000元，平均到每延米费用为（35000-10000）元/344m＝72.67元/m；炸药、雷管、导爆索费用：73.55kg×7.2元/kg+30个×1.07元/个+35m×2.5元/m=649.16元3.2.2、机械费用：22m3空压机工作费用：1200元/台班×1台班=1200元挖掘机台班费用：1600元/台班×1台班=1600元喷浆机台班费用：80元/台班×1台班=80元3.2.3、人工费用：掘进班组的人工费：20人×1台班×100元/人.台班=2000元63.2.4总费用采用上下台阶开挖法掘进隧道每延米的总费用为：72.67+649.16+1200+1600+80+2000=5601.83元3.3两种开挖方法的经济比较结果通过对两种不同的施工方案的工料机费用的比较，每延米隧道掘进双侧壁导坑开挖法总费用为：19823.06元；而上下台阶开挖法掘进隧道每延米的总费用为：6141.83元。由此可见两种不同施工方法的经济效果。4.结论公路一局三公司在孤独庙隧道施工中，大胆采用了上下台阶开挖法与双侧壁导坑开挖法的结合，在特殊的地段、地质条件较差的情况下采用双侧壁导坑开挖法来保证隧道施工的安全性；在保证安全的情况下，大胆采用了上下台阶开挖法，节省了大量的投资，创造了可观的经济效益；同时由于施工方案的正确选择，使隧道施工在全线评比中名列前矛，为三公司在陕西境内树立了良好的形象。因此，在实际生产中，怎样才能达到安全、质量与效益的完美结合是一个值得深入研究的问题，尤其是在讲究经济效益的今天，更是一个值得每一个施工人员去认真考虑的问题。参考文献：1、《公路隧道施工》黄成光北京人民交通出版社