三臂凿岩台车在水工隧洞施工中的定额基价测定与经济性分析
０ 引言
在水利水电工程建设中，水工隧洞施工是关键环节。传统钻爆法虽应用广泛，但存在人力投入大、粉尘污染严重、安全风险高等问题。随着隧洞工程逐渐向深埋、大长方向发展，地质条件也日趋复杂，施工技术的升级需求日益迫切。三臂凿岩台车作为一种先进设备，集高效作业、低人工依赖和良好环保性于一身，已成为实现隧洞机械化施工的重要技术方向。本文以Ａ、Ｂ、Ｃ三条水工隧洞为工程案例，系统分析三臂凿岩台车的施工工艺流程，测定其定额基价，并与传统钻爆法进行对比分析。本研究旨在填补该领域在定额编制方面的空白，为施工企业提供可靠的技术经济依据，推动三臂凿岩台车在水工隧洞建设中的广泛应用，从而提升我国隧洞工程的机械化水平与可持续发展能力。
１ 工程概况
Ａ水工隧洞总长９８８７ｍ，最大埋深８０３.０ｍ，围岩等级以Ⅲ级和Ⅳ级为主，平均设计开挖断面约为９３ｍ²。截至基价测算时，累计完成４８个循环的掘进施工，其中包括Ⅲ级围岩３８个循环和Ⅳ级围岩１０个循环，单循环平均进尺为３.２８ｍ（Ⅲ级围岩３.３４ｍ，Ⅳ级围岩３.０４ｍ）。
Ｂ水工隧洞总长７００５ｍ，最大埋深９０３.４ｍ，围岩等级为Ⅳ级，平均设计开挖断面约为１００.２０ｍ²。截至基价测算时，累计完成９０个循环的掘进施工，单循环平均进尺为３.５８ｍ。
Ｃ水工隧洞总长８１７８ｍ，最大埋深７４４.０ｍ，围岩等级为Ⅳ级，平均设计开挖断面约为１０３.６０ｍ²。截至基价测算时，累计完成６２个循环的掘进施工，单循环平均进尺为３.３０ｍ。
上述水工隧洞均采用全智能ＺＹＳ１１３三臂凿岩台车进行钻孔施工，该设备的整机参数如表１所示。
２ 三臂凿岩台车作业流程
２．１ 工作平台现场布孔
首先进行爆破（或锚杆）布孔设计，经比较与修改后确定初步设计方案。在现场利用工作平台布孔时，应结合掌子面（或工作面）的围岩条件和已有爆破（或锚杆）效果，对布孔方案进行实时调整与优化，以提高其合理性并改善最终爆破（或锚杆）施工效果。
２．２ 操作台车钻孔作业
现场布孔完成后，操作手开始操控台车钻臂及推进梁进行钻孔作业。具体步骤包括：依据施工测量所确定的钻孔角度、孔深等参数，通过操纵手柄调整钻臂及推进梁的位置，将推进梁准确定位于掌子面（或工作面），随后执行定位、开孔和钻孔操作。其余２个钻臂及推进梁可同步以类似方式作业，即由３名操作手分别操控３个钻臂同时进行钻孔。
２．３ 钻孔设计参数修正
在钻孔过程中，应根据钻进速度实时判断围岩地质状况，适时对孔位、角度、孔深等参数进行局部调整，以优化爆破（或锚固）效果，有效控制超挖、欠挖（或锚杆数量）��并为下一循环的爆破（或锚固）设计提供参考依据。
２．４ 质检部门验孔
质检部门需依据爆破（或锚杆）设计要求，结合现场地质及钻孔参数的调整情况，对已成孔进行质量验收，检查其角度、孔径、孔深等是否符合设计与施工规范，确保工程质量。
２．５ 工作平台辅助作业
验孔过程中，可利用台车工作平台对较高孔位进行辅助操作。该平台还可用于支持爆破工进行装药、锚杆支护、灌浆、风管安装等高空作业。
２．６ 凿岩台车退场
作业完成后，操作手应将钻臂及推进梁收回至行走状态，收起液压支腿，关闭并拆除外接电源，利用电缆绞盘回收动力电缆，最后启动台车发动机，挂挡行走退场。
３ 定额基价测定方法及流程
３．１ 测定总体流程
定额基价测定的总体流程如图１所示。
３．２ 工效记录及基价测定思路
１）基于分解后的工序，对人工、材料、机械的消耗量及作业时间进行跟踪与记录。对工序记录表进行筛选后，计算每一循环平均完成的工程产量及对应的人工、材料、机械平均消耗量，据此得出人工、材料、机械的单位产量消耗指标。
２）结合市场调研与比选，确定人工、材料和机械的当前单价，汇总计算得出补充定额基价。
３）基价的对比与校核。传统钻爆法正洞机械开挖定额中不包含自卸汽车运输费用，施工通风、高压风管、水管及照明线路通常单独编制定额。由于本补充定额在工序分解中已包含通风与照明工作，相应费用也已计入，因此需将传统定额中上述项目的费用按比例合理摊销至正洞机械开挖费用中，在确保统计口径一致的基础上进行对比与分析。
４ 基价经济指标分析
基于现有工序记录数据，对上述水工隧洞补充定额基价进行测算，并采用算术平均法得出基价平均水平。与传统钻爆法机械开挖定额相比，补充定额基价整体降低约２２％，其中人工费降幅尤为显著，达８８％。其他经济指标分析如表２所示。
注： １） 三臂凿岩台车采用钻孔全断面开挖； ２） 成本变化率中， “＋” 表示增加， “－” 表示降低。
以上基价经济指标在当前阶段可作为初步参考。随着水工隧洞持续掘进、记录数据不断更新，以及设备磨损与折旧、工艺改进和现场环境变化，经济指标也将相应变动。需通过最终的系统计算与分析，才能形成一套完整可靠的基价经济指标数据。
５ 补充定额基价测定影响因素探究及措施建议
５．１ 统筹组织项目管理
５．１．１ 施工方案制订
在三臂凿岩台车施工中，设备降温和钻具保护所需用水量远高于常规施工，须制订专项供排水方案。该方案应准确估算台车瞬时与持续用水需求，设计高效的排水路径与设备配置，避免作业面积水，保障施工安全与效率。此外，应将该专项排水与传统钻爆法正洞机械开挖定额中所含的一般排水进行细致对比。传统排水针对常规水量和普通工况，而台车施工排水在规模和强度上均更高。通过对比可明确额外排水成本，为基价测算提供准确依据，体现实质经济合理性。
通风方案和起爆方法的选择也直接影响基价，并与方案的三大特性密切相关。通风成本取决于设备功率、通风路径设计及工作面粉尘与有害气体产生量，不同通风方案将影响能耗与环境控制成本。起爆方法的差异主要体现在炸材费用和安全性上：传统钻爆法定额包含原木、锯材、硝铵炸药和导爆索等材料，而现阶段普遍采用电雷管、导爆索、毫秒管和乳化炸药等，其在安全性和爆破效果方面更具优势。乳化炸药稳定性高，毫秒管延时精准，有助于减少超挖、降低围岩扰动，从而节省支护成本，经济性更优。通过综合比较两种起爆方式的材料采购成本、使用效率及相关安全投入，可明确新型起爆方法的经济性，也要求方案应紧密结合地质条件、安全要求与成本预算，体现出极强的针对性。
５．１．２ 设备管理
三臂凿岩台车设备购置成本高，维修保养费用及钻杆、钻具等配件支出较大，这些因素在补充定额基价中占比较高。因此，设备投入使用前，应对操作人员进行系统岗位培训和考核；使用过程中，须由专人依据三臂凿岩台车作业工法及使用说明书进行必要监控，确保设备始终处于良好工况，最大限度延长其经济寿命。
在设备使用管理方面，岗前培训与过程监控是保障设备良性运行的基础。操作人员需经系统培训，了解机械构造、液压系统、电气控制等核心原理，掌握不同地质条件下的钻进参数设置（如钻速、推力、转速的匹配），以及紧急停机、故障排查等基础操作。培训后须通过严格考核，杜绝因操作不当引发的设备过载、钻具卡滞等问题。例如，未根据岩石硬度调整钻进压力可能导致钻杆弯曲或钻头过度磨损，增加配件更换成本。同时，施工中应安排专人参照作业工法和使用说明进行实时监控，记录运行参数（如液压油温、钻进速度、冲击频率等），及时察觉异常（如异响、漏油、压力骤降）并停机检修，防止小故障升级，确保设备始终处于优良状态。
维修与保养策略应兼顾预防性与针对性，以最大限度延长设备经济寿命。预防性保养须严格按设备手册规定周期执行，包括日常检查（如清理钻臂岩屑、检查连接螺栓紧固性）、定期保养（如更换液压油滤芯、润滑关键铰接点、校准钻臂定位精度）和季节性维护（如冬季液压系统防冻处理）。例如，液压系统长期不更换滤芯可能导致杂质进入油缸或阀组，造成密封件磨损和油路堵塞，显著增加维修成本。针对性维修则应结合设备运行记录与故障统计数据，对易损部件（如钻杆、钻头、液压软管）建立更换预警机制，并依据磨损程度制定阶梯式更换计划，避免配件突发失效导致停机延误。此外，配件采购应优先选用原厂或认证供应商产品，虽然初期成本较高，但可确保设备兼容性，减少不匹配引发的二次故障，长远经济性更优。
从经济性角度分析，规范使用与维保管理可显著降低设备全生命周期成本。假设某台车年均维修保养费用约占购置成本的１５％，若通过科学管理将其经济寿命从８年延长至１０年，则可摊薄年均折旧费用，推迟设备更新投入。同时，设备稳定运行还能减少故障停机导致的工期延误，间接降低窝工、工期罚款等隐性成本。因此，将三臂凿岩台车的使用、维修与保养纳入标准化管理体系，不仅是控制补充定额基价中设备相关成本的有效措施，也是保障施工连续性、提升工程整体经济效益的关键途径。
５．１．３ 记录系统准确
工序记录资料是工程成本核算、劳动力调配和产量评估的重要依据，其系统准确性直接关系到补充定额基价的可靠性。完整、准确的记录能够真实反映施工过程中的资源消耗，为基价测算提供扎实的数据支持；记录不完整或存在错误则会导致基价与实际成本偏差，影响造价控制和相关决策。
以Ｃ水工隧洞钻孔工序为例，若记录中未包含钻杆消耗这一关键信息，便会使补充定额中的钻孔材料费无法准确体现实际成本。钻杆作为钻孔作业中的重要耗材，其损耗与地质条件、钻进工艺及设备性能等因素密切相关。缺失该类记录将导致材料费用测算结果低于实际支出，造成基价失真。
为提高工序记录资料的系统准确性，应加强对记录人员的管理与培训。通过充分沟通，明确记录内容、标准与要求，确保其全面、细致地记录每一道工序的相关数据，包括材料消耗、设备使用和人工投入等。同时，应建立资料审核机制，定期对记录资料进行检查与核对，及时发现并纠正错误，避免因记录问题影响基价准确性。
需注意的是，基于现有记录所测算的基价目前仅可作为初步参考。待记录资料进一步完善后，应重新核算与调整，以确保基价与实际成本相符。
５．１．４ 过程总结与纠偏
工程施工过程中，现场环境复杂多变，常面临突水、坍塌、外界干扰等突发事件，这些情况往往导致原施工方案和组织管理模式不再适用。因此，必须及时开展总结，实施动态纠偏，并推动持续改进，以确保工程顺利推进。
通过定期对施工过程进行系统梳理与分析，总结成功经验和存在问题，能够为后续施工提供重要借鉴。例如，处理突水事件后及时归纳应对措施与不足，可为今后类似事件处置提供参考，提升应急响应能力。
动态纠偏要求根据现场实际情况，及时对施工方案和管理策略作出调整。遭遇突发事件或发现原方案存在缺陷时，须迅速响应，采取针对性措施修正。例如，地质条件变化导致施工进度滞后时，应重新评估施工工艺，优化资源配置，以确保实现工期目标。
持续改进是提升工程管理水平和经济效益的关键。在总结与纠偏的基础上，应不断优化施工流程、改进施工技术、完善管理制度，从而提高施工效率，降低资源消耗。例如，通过对起爆方法的不断总结与改进，从传统方式逐步转向采用电雷管、乳化炸药等更安全、经济的技术，不仅提高了施工安全性，也降低了爆破材料成本。
总之，确保在施工过程中进行系统总结与动态纠偏，是工程管理的重要环节。这些做法不仅为补充定额基价的准确测算提供可靠保障，还能使施工方案和管理模式始终贴合实际，推动工程高效、经济、安全推进。
５．２ 合理分解工序
在补充定额测定过程中，工序分解的合理性至关重要。工序分解过细会降低配套作业的组织与协调效率，增加数据收集与填报难度；而工序分解过于粗糙则易导致物料消耗、生产效率等关键数据记录出现较大误差甚至错误。
因此，应结合工程实际情况，将工序分解至适宜程度，既要满足测定要求，也要保证记录资料的连续性和准确性。同时，还需将分解后的工序与传统钻爆法正洞机械开挖所含工作内容进行比对，确保二者在工作范围与结构上良好匹配，从而增强补充定额编制的科学性和适用性。
５．３ 选择典型工点与样本容量
从定性角度看，典型工点应具备代表性，工艺成熟，组织协调顺畅，且劳动生产率高。记录样本的容量则直接影响典型工点相关测算结果的准确性。因此，应在台车应用过程中保持连续性和系统性，通过持续、准确的记��，确保样本容量充足质量良好，最终形成系统全面的隧洞开挖工序记录资料。
６ 结语
在水工隧洞施工中，传统钻爆工艺采用高压风驱动，且使用风钻数量多，导致作业面空气污染严重，不仅严重威胁施工人员健康与作业安全，显著增加矽肺等职业病的发生风险，甚至可能引发生产安全事故。相比之下，三臂凿岩台车以电力驱动，采用水冷散热，能够有效减少钻具磨损和粉尘产生，污染小、环境友好性高，在埋深大、地质条件复杂的水工隧洞工程中展现出显著优势与广阔应用前景。
通过对三臂凿岩台车在特长隧洞施工中的补充定额测定，可从技术性与经济性两方面为其应用提供具体依据，进一步推动该设备的科学应用和全面发展。