- DOI：
10.13738/j.cnki.acc.qklw60536
- 专辑：
科学Ⅰ辑;信息科技
- 专题：
信息、科学;综合科技
- 分类号：
G90;N92
摘要：本文以深汕铁路项目矿山法隧道工程为研究对象，系统分析了复杂地质条件下机械化配套施工的优化策略及经济效益。通过对比悬臂掘进机、破碎挖机、钻锚注一体机等设备的成本、工效及适用性，论证了机械化配套方案的选择依据。研究结果表明，采用破碎挖机与人工钻爆法结合的三台阶施工工艺，在控制超挖率、降低综合成本方面具有显著优势。本文结合工程实践，提出了机械化配套的改进建议，为类似工程提供参考。
关键词：矿山法隧道；机械化配套；经济效益；施工优化
1. 引言
矿山法隧道施工在复杂地质条件下面临围岩稳定性差、施工效率低等挑战。随着机械化技术的进步，隧道施工逐渐向智能化、高效化方向发展。然而，设备选型需综合考虑地质条件、施工工艺及经济性。我公司参与建设的深汕铁路项目包含龙岗隧道、塘朗山隧道等3座矿山法隧道，具有围岩等级复杂（Ⅲ～Ⅴ级）、下穿既有结构、并行水源隧洞等难点。本文以该工程为案例，探讨机械化配套的优化路径，分析其技术经济性，为类似工程提供实践依据。
2. 工程概况及施工难点
2.1 工程概况
本项目龙岗隧道全长18.195km，标段施工长度2.159km，标段内全隧并行东江水源引水隧洞，采用非爆机械开挖；标段塘朗山隧道正线长度1315m，近距离下穿深圳市丹平快速路求水岭隧道，最小竖向净距6.95~10.34m，围岩以燕山期花岗岩为主，发育有断层破碎带及电阻异常区。
2.2 施工难点
项目施工难点主要体现在三个方面：一是地质复杂，花岗岩呈球状风化、节理裂隙发育，围岩自稳性差；二是环境敏感，龙岗隧道并行引水隧洞禁止爆破开挖，塘朗山隧道下穿既有结构净距仅6.95m，且爆破振速不得超过2cm/s；三是工期压力大，单工作面最长1315m，需兼顾工期与成本平衡。
3. 机械化配套设计与应用
3.1 设备配置原则及方案
根据围岩等级、断面尺寸及环保要求，采用“工点适配、灵活高效”的配置策略。
龙岗隧道因禁止爆破开挖，机械配套方案为：开挖作业线配备三一550、三一485破碎挖机开挖，支护作业采用开挖台架配合人工打设超前小导管、系统锚杆，喷射混凝土采用湿喷机械手。未配备悬臂掘进机与钻锚注一体机。
塘朗山隧道采用开挖台架+人工钻爆法开挖，支护作业在下穿段落引入钻锚注一体机施工树脂锚杆，在常规段落采用开挖台架配合人工打设超前小导管、系统锚杆，喷射混凝土采用湿喷机械手。未配备凿岩台车及拱架拼装车。
3.2 关键设备对比分析
1.悬臂掘进机与液压破碎挖机对比
对比维度 | 悬臂掘进机（EBZ260型） | 液压破碎挖机（三一485型） |
购置成本（万元） | 500 | 205 |
维护成本（万元/年） | ≥60（含截齿更换） | ≤20（锤头耐用） |
理论工效（m/月） | 80（中软岩） | 72（Ⅳ级围岩） |
实际工效（m/月） | ≤48（空间受限） | 72（稳定） |
空间需求 | 高度≥6m，宽度≥4.5m | 高度≤5m，宽度3.8m |
超挖率 | ≥15%（截割摆动） | ≤5%（机械定位） |
综合成本（元/m） | 1436 | 342 |
对比结果表明：悬臂掘进机虽然理论工效高，但受限于三台阶法施工空间，实际工效下降40%至48m/月，且综合成本是破碎挖机的4.2倍。破碎挖机凭借低购置成本、空间适配性和稳定的工效，成为深汕铁路非爆开挖段的首选设备。
2.钻锚注一体机与传统人工风钻对比
对比维度 | 钻锚注一体机（MT1G型） | 传统人工风钻 |
购置成本（万元） | 180 | 5（设备成本） |
单循环耗时 | 1-2小时（全流程自动化） | 3-4小时（分步作业） |
单根锚杆施工时间 | 6-8分钟 | 30分钟 |
注浆饱满度 | ≥98%（传感器监测） | 80%-90%（人工经验） |
定位精度 | ±2cm（激光导向） | ±5cm（人工测量） |
适用场景 | 全断面/两台阶法（高度≥6m） | 三台阶法（高度≤4.8m） |
单循环成本（元） | 360（含折旧） | 1440（人工成本占比80%） |
对比结果表明：钻锚注一体机在施工质量和效率上优势显著，但受限于高度需求，无法适配三台阶法作业空间。传统人工风钻虽单循环成本高，但凭借零设备投入和空间灵活性，仍是常规段落的最优选择。钻锚注一体机仅建议用于高风险段段落（如下穿既有线），利用其高效的作业效率，可尽块发挥围岩主动支护体系的优势，确保开挖与支护工序之间的高效协同。
3.凿岩台车与人工钻爆法对比
对比维度 | 凿岩台车 | 人工钻爆法 |
购置成本（万元） | 300（进口设备） | 0（仅租赁风钻） |
综合成本（元/m） | 1873（含维护与人工） | 1361（人工为主） |
施工人数 | 8人（专业操作） | 10-15人（普工） |
空间适配性 | 需全断面（16m×11m） | 适应三台阶法（4.8m高度） |
工效（m/月） | ≤60（台阶法干扰） | 60（稳定） |
故障率 | ≥15%（液压系统） | ≤5%（设备简单） |
对比结果表明：凿岩台车因空间刚性需求（全断面作业）与三台阶法冲突，实际工效仅60m/月，与人工钻爆法持平，但综合成本高出38%。人工钻爆法通过灵活调配劳动力和零设备购置成本，在相同工效下实现更低成本，成为深汕铁路硬岩段的经济性方案。
4. 经济效益分析
深汕铁路项目通过“工点适配优先、成本导向”的设备选型策略，实现显著经济效益。对比悬臂掘进机，液压破碎挖掘机综合成本降低76%，节约设备投入317万元/公里；人工钻爆法较凿岩台车成本下降27.3%，同时还可减少因超挖导致的混凝土超耗。钻锚注一体机在高风险段应用后，锚杆施工效率提升3倍，注浆返工率从15%降至2%，单循环成本优化75%。整体方案累计节约直接成本2100万元，工期缩短4个月，减少管理成本80万元，验证了机械化配套优化在复杂地质隧道中的经济可行性，为同类工程提供可复用的成本控制范列。
5.结论与展望
深汕铁路项目验证了“工点适配优先、经济主导”的机械化配套策略，破碎挖机方案较悬臂掘进机节约成本317万元/公里，人工钻爆法替代凿岩台车降低综合成本27.3%。研究成果表明：三台阶法隧道需优先选用低矮型设备（高度≤5m），钻锚注一体机局部应用于高风险段可提升锚杆施工效率3倍。未来应加强紧凑型设备研发与智能化管理平台建设，推动隧道施工向“精准控制、动态优化”转型升级。
参考文献：
[1]王明胜.隧道工程机械化施工技术[M].北京:人民交通出版社,2020.
[2]李志军.复杂地质条件下隧道施工设备选型研究[J].铁道建筑技术,2022(3):45-50.
[3]铁路隧道设计规范（TB 10003-2016）. 北京: 中国铁道出版社.
[4]王梦恕.隧道与地下工程技术发展趋势[J].土木工程学报,2020,53(5):1-10.
[5]三一重工.SY485破碎锤技术手册[Z]. 2023
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