人工鉆爆法與機械化鉆爆法隧道施工的對比研究

穆雪野 　 丁智勇 　 陳 豪 　 楊 光

(1.陜西省交通建設集團公司，陜西 西安　710075；　2.長安大學道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安　710000)

1　鉆爆法概述

隧道施工有著多種不同的方法，而鉆爆法由于其適用性強、高效的特點，在目前已成為隧道施工的主要方法。鉆爆法即是在將要開挖的隧道斷面上通過設計鉆鑿爆破孔，然后裝藥爆破，再將爆破產生的碎石運走，然后通過噴錨支護、初砌等工序，便形成可供使用的隧道。隧道施工采用鉆爆法已經有很長的歷史，經過多年不斷的改善與發展，鉆爆法可以自如應對在不同的地質條件下的施工，因此現今的山地公路隧道施工基本上都是采用鉆爆法。

傳統的鉆爆法施工一般采用人工鉆爆的方式，即人力手持風動鉆孔設備配合簡易開挖臺架進行鉆爆施工。但人工鉆爆存在人員勞動強度大、工作效率低、施工環境惡劣并且十分危險等問題。隨著機械化水平不斷地提高，隧道施工中的鉆孔、爆破等作業的施工設備在不斷改進與完善。不僅大大提高了施工質量和施工進度，也極大地改善了施工環境。在發達國家隧道施工已經基本實現機械化施工，在部分工序已經實現智能機械化作業[1],但由于國內技術發展水平過慢和我國特殊的國情，國內大多數的隧道施工依然采用的是人工鉆爆的方法。

2　不同鉆爆法施工技術對比

隧道鉆爆法施工過程一般包括以下步驟：測量定位、鉆孔、裝藥、爆破和出渣，并配合一些風水電的輔助作業。對于人工鉆爆法，經過測量之后，搭置好簡易的開挖臺架，施工人員搬運風動鑿巖機上臺架，并手持風動鑿巖機進行鉆孔(如圖1所示)，然后裝藥，隨后撤離臺架，人員撤出洞外，進行爆破，再進行通風降塵、出渣等工序。

而對于使用鑿巖臺車進行機械化鉆爆施工，在臺車定位以后，作業人員操作臺車進行鉆孔(如圖2所示)，鉆孔結束進行裝藥，隨后人員與臺車撤出洞外，進行爆破，再進行通風降塵、出渣等工序。相比鉆孔過程，鑿巖臺車施工比人工鉆爆使用設備更加方便、靈活，作業人員遠離開挖面，改善了工人的工作環境，保護了工人的人身安全。使用鑿巖車鉆孔，鉆孔的位置、角度、深度都可以得到精確控制，極大減小了超欠挖情況。并且鑿巖臺車可以裝備長釬桿，鉆鑿出更深更大的炮孔[2]。

2.1　鉆爆機械設備

人工鉆爆多采用手持風動鑿巖機，該設備結構不是很復雜、操作簡單[3]，但較復雜的為壓縮空氣的供應設備不僅機械效率低下、能耗大、噪聲污染大、鑿巖速度也不是很快。尤其是較長隧道，常常需要多臺大功率空壓機提供風鉆所需壓力，能量損耗較大。

而鑿巖臺車多采用液壓鑿巖系統，不僅能效高、噪聲污染小、作業環境好，而且進出靈活，技術先進，尤其是在堅硬圍巖上打眼施工，據川陜高速某隧道鉆爆施工的試驗數據顯示，在最硬的花崗巖(硬度系數不小于209)中采用手風鉆打φ42 mm的炮孔每10 min可進尺1 m，而全液壓鑿巖臺車打φ50 mm的炮孔每分鐘進尺2.0 m，效率提升驚人。而且，為鑿巖臺車提供動力的電纜能量損耗較少，能源利用率高。

2.2　鉆爆施工質量

在采用人工鉆爆法進行隧道施工時，人力手持風動鉆孔設備進行鉆孔，需要人力來控制把握鉆桿的推進角度和推進速度，這樣很難保證成孔的精度和質量，容易在爆破時造成較大的超欠挖現象。而采用鑿巖臺車進行施工時，鉆桿可根據設計要求的推進角度進行作業，并且鉆桿一旦定位后，可以按固定的角度進行推進，不會出現較大的偏差，這與人工鉆爆相比在很大程度上提高了鉆孔的精度和質量[4]。而且，對于全電腦鑿巖臺車，在進行鉆孔作業時，可以把鉆孔的實時情況顯示在操作臺的顯示器上，鉆桿的推進角度和速度完全由電腦控制，這樣使得成孔更加精確并且減少超欠挖量，如表1所示。

表1　人工開挖與電腦鑿巖臺車開挖超挖情況對比　cm

2.3　施工人員配備

人工鉆爆法是人工采用氣動或者風動鑿巖機配備簡易臺架，人工進行鉆孔、裝藥爆破，該方法耗費人工較多。而采用鑿巖臺車進行鉆爆，在鉆孔時完全使用鑿巖臺車進行鉆孔，只需少量的人員對臺車進行操控，可節省大量人力。如表2所示是某隧道施工不同鉆爆方法人員配備對比。

2.4　施工安全性及施工環境

在隧道施工時，若采用人工鉆爆的方法，在掌子面進行鉆孔時，操作人員一般手持風鉆并緊貼掌子面進行施工，如果掌子面的穩定性比較差，可能由于鉆孔時引起的振動沖擊，造成隧道內落石甚至坍塌，容易造成人員傷亡。并且人工鉆孔時施工人數較多，且都在臺架上進行作業，若遇到一些突發情況人員根本沒有反應時間，容易引起多人傷亡事故。而采用鑿巖臺車進行施工作業時，操作人員遠離掌子面，所需人數也比較少，且操作人員都處于臺車操作室里，這樣極大地避免了由于鉆孔引起的落石等危險情況[5]。

表2　不同鉆爆法人員配備　位

2014年12月國家安全監管總局、交通運輸部、國務院國資委、國家鐵路局四部委制定頒布的《隧道施工安全九條規定》，簡稱“九嚴禁”，其中第六條就規定“必須嚴格控制現場作業人數，掘進作業面應實施機械化作業，嚴禁超員組織施工作業”。這樣更加保證了施工人員的安全性。

在人工鉆爆鉆孔時，由于人工風鉆數量較多，會產生大量的噪聲和排出大量的濕霧狀的廢氣，使得施工人員處于污染很嚴重的環境中且工作強度大，對施工人員身體造成嚴重的危害。而反觀鑿巖臺車施工時，對空氣幾乎沒有污染，只產生較小的噪聲和一定量的廢水，廢水在經過處理后也可減少水污染，這樣使得施工人員不僅降低施工強度還處于一個良好的施工環境下。

3　兩種鉆爆法經濟性對比

如表3所示為某公路隧道工程不同鉆爆法施工成本對比[6]。該隧道工程累計洞長4 359 m,分左右線分別開挖，左線長2 200 m，包括Ⅲ級圍巖1 005 m，Ⅳ級圍巖750 m，Ⅴ級圍巖445 m，采用雙鑿巖臺車同時開挖方式進行施工；右線長2 159 m，包括Ⅲ級圍巖940 m，Ⅳ級圍巖775 m，Ⅴ級圍巖444 m，采用人工開挖的方式進行施工。

表3　不同施工方案施工成本對比　元

由表3分析可以看出，在使用鑿巖臺車時，在材料費和機械使用費上面較人工開挖花費大，這主要是因為臺車的成本費用高，維修費用高。而在人工費上有所減少，主要是因為臺車的使用，減少了鉆孔人員數量，使得人工費有所降低。

雖然鑿巖臺車開挖方式較人工開挖方式的施工成本高，但是由于鑿巖臺車的使用，在工程的掘進速度上有著明顯的提高，如表4所示為同一工程的掘進速度對比。

表4　不同施工方案掘進速度對比

由表4數據可以明顯看出，使用鑿巖臺車施工在工程進度上較人工開挖有著明顯的優勢，按2 000 m隧道長度進行計算，采用鑿巖臺車進行施工，工期大約8個月，而采用人工開挖的方式施工，工期大約11個月?？梢娛┕すて跁蟠鬁p少，鑿巖臺車可以盡早的應用于下一個工程，這樣相對也降低了鑿巖臺車的使用費用。并且使用鑿巖臺車鑿孔更加精準，減少了超欠挖量，這樣也減少了因為處理超欠挖而造成的費用。

4　結語

1)采用鑿巖臺車進行機械化鉆爆施工，較人工鉆爆施工的成孔效率更高、超欠挖量小、炮眼更加平順光滑、角度控制更加精準，尤其在堅硬圍巖情況，鉆孔效率更加驚人。

2)采用人工鉆爆在施工人員配備上較使用鑿巖臺車進行機械化鉆爆施工更多，但使用鑿巖臺車施工時產生污染較小，而且人員遠離施工面，施工人員有更好的施工安全環境。

3)采用鑿巖臺進行機械化鉆爆較人工鉆爆在施工設備成本上較高，但在人工費上有所降低，并且在施工進度上更快，施工工期更短，相對降低鑿巖臺車的使用費用。

參考文獻:

[1]楊光照,鄒學新,李云濤.鑿巖臺車的研發情況與發展趨勢[J]．中國重型機械，2009,1(8)：47-48.

[2]周斌.基于全電腦鑿巖臺車及噴濕機組的公路隧道施工關鍵技術研究[D].重慶：重慶交通大學,2015.

[3]顧晶彪.公路隧道不同鉆爆法對施工進度的影響研究[D].重慶：重慶交通大學,2012.

[4]張棟.對鑿巖臺車的經濟性對比分析[J]．鑿巖機械氣動工具，2014(2)：9-11.

[5]郭陜云.隧道掘進鉆爆法施工技術的進步和發展[J]．鐵道工程學報，2007，9(9)：67-74.

[6]楊建民.基于全電腦鑿巖臺車和濕噴機組的公路隧道施工工藝研究[D].重慶：重慶交通大學,2014.