淺述人工鉆爆與機械化鉆爆在隧道建設施工中的應用對比

邢大為

摘 要 于隧道建設施工之中采用傳統人工鉆爆不僅作業效率低、作業強度大，而且作業人員的自身安全難以根本確保，鑒于此，機械化鉆爆應運而生。其通過液壓鑿巖臺車實施鉆爆作業，不僅顯著提升了隧道開挖的施作效率與施作質量，而且使得施作環境得以極大改善，充分保障了一線施作人員的作業安全。本文結合筆者多年來的隧道施工實踐經驗，針對人工鉆爆與機械化鉆爆兩者的諸多差異，分別從工藝流程、機械設備、人員配備、施工質量、施工安全以及經濟效益、社會效益等諸多方面對人工鉆爆與機械化鉆爆予以了全面、細致的對比分析，以期可以為機械化鉆爆作業方式于隧道建設施工之中更好、更快、更廣的實踐應用略盡己力。

關鍵詞 人工作業;機械化作業;隧道開挖;鉆爆法

1隧道鉆爆法施工概述

在進行隧道工程開挖時，鉆爆法因效率高、適用性強等諸多優勢而成為當前隧道開挖的主要作業方法。鉆爆法是指在準備實施開挖的隧道斷面上布設一定數量的爆破孔，然后裝藥起爆并利用配套設備清運爆破后的碎石，并在后期支護、襯砌作業后形成安全性高、穩定性好的洞室結構。其中，傳統鉆爆法多使用人工作業的方式實施鉆爆，即人工手持風鉆并配合使用開挖臺架共同實施鉆爆。然而，人工鉆爆作業效率低、施工強度高、作業環境惡劣，稍有不慎就會對作業人員的人身安全造成傷害。近年來，隨著大量鉆孔、爆破等機械設備的不斷投入使用，使得隧道鉆爆作業逐漸趨于機械化，不僅有效提升了作業效率與進度，而且也在很大程度上保障了作業人員的人身安全。

2人工鉆爆與機械化鉆爆施工對比

2.1 工藝流程方面

（1）人工鉆爆。隧道鉆爆法工藝流程主要為：定位→鉆眼→裝藥→爆破→出渣→支護→襯砌。其中，采用人工鉆爆作業時，應首先做好相關測量作業，然后搭設隧道掘進臺架，臺架上架設好風鉆設備，由人工手持風鉆實施鉆爆，之后按照炮眼設計要求裝藥，完成裝藥后撤離臺架及作業人員并實施爆破，并于爆破作業完畢后進行后續通風、清渣以及支護等工作。

（2）機械化鉆爆。采用鑿巖臺車實施鉆爆作業時，應首先定位好鑿巖臺車，然后作業人員操作實施鉆孔，完成鉆孔后進行裝藥，然后撤離作業人員與鑿巖臺車，并實施爆破作業，在完成爆破后進行通風、清渣等一系列后期工作。與人工鉆爆法相比，采用鑿巖臺車不僅操作簡便、靈活，且作業人員位于操作室，與掘進面不直接接觸，從而使作業人員所處環境大大改善，人身安全得到保障。同時，鑿巖臺車實施鉆孔時，孔深、角度等的精確性更高，有效避免了超挖、欠挖等不利情況的出現。

2.2 機械設備方面

（1）人工鉆爆。人工鉆爆所用設備為手持式風鉆，設備操作便捷、結構簡單，但這種以壓縮空氣為動力的設備通常能耗大、噪聲大，尤其在長大隧道的鉆爆施作時，須多臺空壓機工作為風鉆提供壓力，能耗十分之大。

（2）機械化鉆爆。鑿巖臺車所用液壓鑿巖系統，不僅效率高、污染小，而且操作便捷、進出靈活，尤其在硬巖上更能表現出優越的性能。據以往隧道施工實踐發現，在硬度系數>209的花崗巖上實施鉆爆作業，手持式鑿巖設備鑿φ42mm的炮孔，10min可進尺1m，而液壓鑿巖臺車鑿φ50mm的炮孔，進尺速率為2m/min，與人工作業相比效率驚人。而且，鑿巖臺車所用電纜能耗微乎其微，能量利用率極高。

2.3 人員配備方面

（1）人工鉆爆。人工鉆爆作業多采用手持式鑿巖設備實施鉆孔，并且鉆孔、裝藥、爆破等所有流程均需要由人工操作予以完成，耗費人工較多，以致在一定程度上造成了人工的浪費[1]。

（2）機械化鉆爆。機械化鉆爆作業主要是通過人工操控鑿巖臺車，由鑿巖臺車實施隧道鉆孔作業，操作靈活、便捷，僅投入少量人員即可實施鉆爆作業，大大降低了人工作業量，減少了人工成本的支出。例如，某隧道鉆爆施工中，采用機械化作業，隧道單洞開挖所需作業人員為4～6人，與傳統人工作業人員14～16人相比，省去施工人員8～12人，節省了大量的勞動力。

2.4 施工質量方面

（1）人工鉆爆。人工作業進行隧道鉆爆施工時，人工手持鑿巖設備的掘進速度與角度受人為因素影響較大，一旦操作不規范、力度把控不到位，就會影響成孔的精確性與質量。并且，人工鉆爆時，因作業精度相對偏低，超挖、欠挖的情況也時有發生。

（2）機械化鉆爆。鑿巖臺車實施鉆爆時，固定好的鉆桿可嚴格依照設計角度實施作業，并且，固定的鉆桿不會出現偏差，從而使鉆孔的精度及質量都會得到保障。同時，自動化鑿巖臺車通過電腦操控，鉆孔時的一切情況均可展示在操作臺上，并由電腦實現對鉆頭鉆進情況的全面把控，成孔精度較高，超挖、欠挖的情況得到控制，避免了人工作業的不確定性。如表1為人工作業與機械化作業超欠挖的情況對比。

2.5 施工安全方面

（1）人工鉆爆。隧道鉆爆施工時，若采取人工實施掌子面鉆孔時，需由作業人員手持風鉆施鉆，一旦掌子面失穩，鉆孔時的振動擾動就會導致隧道內碎石出現坍塌，進而影響作業人員的人身安全[2]。同時，人工作業所需作業人員數眾多，且所有人員均在臺架上作業，一旦出現坍塌等突發事故，作業人員來不及反應從而引發安全事故。另外，人工鉆爆需要多個工人手持風鉆同時作業，因此，施作時所產生的濕霧狀廢氣及大量噪聲均在威脅著作業人員的身心健康。

（2）機械化鉆爆。使用鑿巖臺車進行鉆孔施工時，操作人員于臺車操作室實施鉆孔，耗費人員較少，人工作業強度低，且作業人員與掘進面不直接接觸，大大減少了拱頂落石對作業人員造成的傷害，使作業人員人身安全得以保障。同時，《隧道施工安全九條規定》也明確指出，對作業人員數量須嚴格把控，最好采用機械化作業，嚴禁超員作業[3]。此外，鑿巖臺車施作時對環境污染較小，且廢氣、廢水量小，經過處理后的廢水也不會對水環境造成污染。

3人工鉆爆與機械化鉆爆效益對比

3.1 經濟效益

采用鑿巖臺車實施鉆孔作業時，雖然設備及材料費用與人工作業相比相對偏高，但鑿巖臺車的應用，也大大減少了鉆孔工人的投入，使人工成本大大降低。同時，使用鑿巖臺車實施鉆爆作業，隧道掘進速度與人工鉆爆相比大大提高，從而有效提升了隧道開挖的作業進度，節省了施工工期，具體如表2所示。

分析表2可知，使用鑿巖臺車挖掘具有顯著的優勢，例如在進行2km隧道的開挖時，采用鑿巖臺車實施鉆爆8個月即可完工，而人工鉆爆則需要11個月才可完成。顯而易見，使用鑿巖臺車能夠使作業工期提前至少3個月，并能提前進入下一隧道工程的開挖作業。同時，鑿巖臺車開挖成孔精度高，超挖、欠挖情況較少，從而在一定程度上節省了處理超欠挖的費用。

3.2 社會效益

在筆者既往隧道工程的施工實踐中，某隧道采用機械化開挖與支護聯合作業，且嚴格按照新奧法“光面爆破、噴錨緊跟、監控量測、及時反饋修正”以及“少擾動、快加固、勤量測、早封閉”的原則，更加突出了機械化作業的優勢，有效提升了作業人員的安全性，減少了人工成本投入。且通過機械化鉆爆實施隧道開挖，為培養高技能機械化人才提供支持，得到上級單位的肯定與認可。

4結束語

①機械化作業與人工作業相比，成孔精度高、效率快，且超欠挖情況也相對較少，炮孔爆破后相對更加平滑，尤其于高硬度圍巖施工中，優勢更為突出。②人工作業與機械化作業相比，作業人員配備較多，作業人員所處環境惡劣，而采用機械化施作，避免了作業人員與作業面的直接接觸，且作業人員于操作室作業，所處環境及人身安全問題均得以極大改善。③機械化作業與人工作業相比，雖設備投入成本高，但人工成本降低，且作業效率高、進度快，大大縮減了施作周期。綜上所述，機械化鉆爆于隧道建設施工之中極具推廣應用價值。

參考文獻

[1] 王孝賢，郭健，原朝林，等.隧道機械化鉆爆法施工特點及應用研究[J].工程建設與設計，2018，（19）：172-174.

[2] 楊友生，劉洛漢.鉆爆法隧道施工機械化配套實施要點[J].江西建材，2015，（6）：153，155.

[3] 穆雪野，丁智勇，陳豪，等.人工鉆爆法與機械化鉆爆法隧道施工的對比研究[J].山西建筑，2018，44（8）：178-179.