控制超欠挖的最终目的之一就是要减少超欠挖引起的超额消耗
降低工程成本
因此
明确超欠挖引起的超额费
用构成分析其对隧道施工成本的影响以及在确定的隧道中从控制工程成本角度明确控制超欠挖的要求是很重要的
一
由超欠挖引起的费用主要包括如下两部分一是由超挖引起的费用二是清除欠挖所增加的费用填充材料
填充费用之和
超欠挖引起的费用
以及回填超挖空间的
模筑砼或喷射砼
费用
包括超挖所增加的开挖和装运碴费用
如果消除欠挖还要引发新的超挖
则欠挖引起的费用又增加了前一项费用
超挖费用主要与超挖量大小施工方法有关根据目前的实际情况破法和人工凿除要省挖
一般每立方米的超挖费用等于是一立方米的开挖费用和一立方米的砼
超挖引起的砼填充费用可以模筑砼和喷射砼各半回填计算
一般认为
采用专用机械清除比爆相同体积的欠挖
集中分
无论采用何种方法清除欠
在采用喷锚支护的隧道中
每立方米的超挖费用大体都在400元以上
欠挖费用不仅与欠挖量的大小有关布的清除费用比分散分布的省
而且与清除方法以及欠挖分布状态有关
欠挖清除费用难以准确估算
欠挖量越大
与下一循环掘进爆破同时清除要比单独清除或在灌注砼时清除要省
在实际工程中
但统计表明
其所发生的费用都不会少于同体积超挖所引发的费用
二
超挖和欠挖都要引起额外的工况下
从表1看出随着超挖的增加的8.75%8.38%单线双线见控制超欠挖对降低工程成本
料
其所引发的费用占隧道造价的比例
超欠挖对隧道造价的影响
这种额外消耗就越大
因此
表1是不同超欠挖情超欠挖对隧道造价的其影响将更大可
表
机消耗并且超
其对隧道成本的影响程度增大近似呈正比例增大
影响是巨大的如平均线性超挖为30cm扣除15cm的设计允许超挖计价费用则超欠挖额外费用仍然高达隧道造价
如若再计入超欠挖引起的其它间接费用如引发的进度损失等提高施工效益的重要性
表2列出了几座隧道减少超欠挖降低成本的实际效果
明控制超欠挖有巨大的经济效益
超欠挖引发的费用占隧道造价的比例 表1
平均超挖 高度cm
占隧道造价比例
备 注
双线 单线
10 2.50/1.96 0.5 5.88 6.13 双线隧道造
价2.0万元15 3.75/2.94 0.5 8.38 8.75 /m单线隧20 5.00/3.92 0.5 10.88 11.36 道造价1.525 6.26/4.90 0.5 13.40 13.97 万元/m计 30 7.50/5.88 0.5 15.89 16.59 35 8.75/6.86 0.5 18.39 19.20 40 10.0/7.84 0.5 20.88 21.81 注按类围岩和喷锚支护大型机械化施工计算/以上的数字为双线隧道
以下的数字为单线隧道
几座隧道控制超欠挖的经济效果 表2
控制前后的超欠挖比较 减少的超欠挖费用
控制前超挖 控制后超挖 减少的超挖量 元/延米 统计长度 累计元
3
大瑶山隧道 35cm 12.9cm 5.304m/m 2122 108m 229176 3
10.8cm 6.384m/m 2554 127m 324358 军都山隧道 37.5cm 3
16.5cm 5.016m/m 2006 1140m 2287296 3
旧横石隧道 26.7cm 12.7cm 3.360m/m 1344 603m 810432 3
南岭隧道 25.3cm 9.6cm 3.768m/m 1507 1950m 2938650 3
连江口一号隧道 30.6cm 21.8cm 2.112m/m 845 1850m 1563250 3
天马山隧道 23.80cm 14.3cm 2.280m/m 912 196m 178752 3
五指山隧道 22.86cm 12.88cm 2.395m/m 958 798m 764484 3
云台山隧道 32.0cm 11.5cm 4.020m/m 1608 130m 209040 3
太平驿引水洞 17.9cm 12.5cm 1.674m/m 670 700m 468720 平均 27.95cm 13.62cm 合计 7602m 9774158 隧道名称
超挖量
m3/m
平均欠 挖率%
然而
令人遗憾的是
目前国内隧道施工中
普遍存在的
高价中标
低效益
中低价中标
无效益
甚至出现
严重亏损
由超挖式中CT
的怪现象就与超欠挖过大有密切关系
三
欠挖引起的费用可由下式计算超挖和欠挖引起的总费用
考察长度内的超挖每立方米超挖
超欠挖的费用控制目标
1
CT=VCCC+VqCq=hsCC+nbCq
CCVqCCVqHSnb
欠挖体积
欠挖费用
平均线性超挖高度 隧道的设计开挖轮廓周长 欠超比nb=Vq/VC
2
给出
2
CTa= VC CC=hasCC
设计允许超挖的计价费用可由式式中
CTaha
允许超挖计价费用 设计的允许超挖高度
2
其余符号意义同前据此
并由式
1
和式
在工程费用预算中只计入允许超挖费CTa而不计入欠挖清除费用因此在控制超欠挖中就要求CTa-CT0
就可得到
3
haC
−1)c hCqCqCc
nb≤(
或
h≤ha/(1+nb
)
4
且 hd式中hd
hha
相对于所使用的钻孔机械所要求的最小超挖高度其余符号意义同前要实现CTa-CT0
就必须同时控制超挖和欠挖
曲线与直线h=hdh=ha
CT Cta
反之则
如若能使nb=0h=hd
4看出超欠挖引起的费用将随超挖和欠挖的增大而增加在确定的隧道中因CCCq和hd是一
由式1定的因此
图1是依据式4描绘的超欠挖费用目标控制图图中曲线与座标轴围成的面积就是由超欠挖费用目标确定的超欠挖控制目标域曲线上任一点的横纵座标即是相应于CT=Cta时的超欠挖临界值上限值nb=0所围成的区域即为相应于CTCta时的超欠挖目标域这表明CTCta
则超挖引起的费用最少
即实际超欠挖将使施工者增加允许超挖计价费用外的投入从而引起工程成本增加
当实际结果落入核区域内时
图1 控制超欠挖费用目标图
四
由式
3
4
实现超欠挖费用目标的途径
互为制约的
两者呈反比关系
即当超挖可控在较小
和图1可知控制超挖和欠挖是互相关联
值时可允许适当量欠挖需清除的或当欠挖能控制在较小值时则可允许较大的超挖超挖要远远大于欠挖
并且为保证正常的掘进
由研究和现场统计证明还必须有适量的超挖hd
隧道超欠挖尤其是超挖是不可避免的
由此将使得在现有超挖基准下控制超挖的难度增大对此可根据本文揭示的规律在
有意识地造成适量的施工欠挖来降低超挖
见图2
布孔钻进时通过内移周边炮孔开口位置
图2 内移周边孔降低超挖
按图2模式钻孔
超挖和清除欠挖引起的费用总和CT2 与原钻孔模式下引起的超挖费用CT1 之差可推得为CT1−CT2=[LCc−
eCc+Cq
()]es
2tgθ
5
式中符号如前 因Cq
CceLtg
和式
4
还可看出
超欠挖费用还与nb和Cq及s有关
呈正比关系
选用外缘尺寸较低的凿岩
即在施工设备
钻爆
因此
据此可以采取
W和控制装药量以减少不必要的欠挖
提高轮廓线放样精度
特别是要杜绝人为放大轮廓现象ha有关外还与hd有关
故CT1-CT20也即是采用图2模式钻孔来控制超挖
在经济上是有利的
在此基础上
再严格控制钻爆设计与施工作业质量保证光爆效果并且采取适当方法清除欠挖使Cq尽可能小对降低超欠挖费用也是可行的
由式
1适当布置E
采取专用机械凿除或选用恰当时机清除施工欠挖以降低欠挖单价消除不必要的设计预留变形量此外
机即减小hd也即是加大目标域
从另一方面看
从图1也可看出目标域的大小除与nbCq
超欠挖作为一个随机现象
这对控制超欠挖是有利的
大体服从以统计均值为中心的对称型正态分布其分布位于某一有限区域内
因此
从而可提高控制超欠挖的有效性
允许适量的欠挖并增加相应的
当然这里涉及超欠质量
技术和岩体条件及作业方法等大体相当的情况下清除费用或适当增加允许超挖ha评价的基准问题此项将另文专门论述
都可增大目标域面积
五
以上论述了超欠挖对隧道隧道施工成本的影响欠挖的本质是降低超挖进
与此同时
限制欠挖
结 语
由此引伸出控制超
并满足一定的反比关系这一思路可在今后中硬岩
指出在当前国内施工状况下硬岩隧道中加以试验研究和改
此外特别指出了要重
进而导出了基于超欠挖费用控制的数学模型
二者互相关联互为制约
周边孔内移或周边长短孔爆破都是控制超欠挖的有效途径
基于费用目标控制域本质
视开发欠挖清除专用机具等问题
提出了针对目前状况下的超欠挖质量评价基准问题
该问题有待今后机械工程师和土木工程师密切协作来完成
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