隧道鉆爆法施工中人工作業(yè)與機(jī)械化的對(duì)比分析

穆雪野，丁智勇

（陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710075）

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(qiáng)、高效的特點(diǎn)，在目前已成為隧道施工的主要方法。 鉆爆法，是在將要開挖的隧道斷面上通過(guò)鉆鑿爆破孔，然后裝藥爆破，再將爆破產(chǎn)生的碎石運(yùn)走，然后通過(guò)噴錨支護(hù)、襯砌等工序，形成可供使用的隧道。隧道施工采用鉆爆法已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，經(jīng)過(guò)多年不斷的改善與發(fā)展，鉆爆法可以自如應(yīng)對(duì)不同的地質(zhì)條件下的施工，因此現(xiàn)今的山地公路隧道施工基本上都是采用鉆爆法。

傳統(tǒng)的鉆爆法施工一般采用人工鉆爆的方式，即人力手持氣動(dòng)鉆孔設(shè)備配合簡(jiǎn)易開挖臺(tái)架進(jìn)行鉆爆施工。但人工鉆爆存在人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、施工環(huán)境惡劣并且十分危險(xiǎn)等問(wèn)題。 隨著隧道施工中的鉆孔、爆破等作業(yè)的施工設(shè)備在不斷改進(jìn)與完善，大大提高了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，也極大地改善了施工環(huán)境。在發(fā)達(dá)國(guó)家隧道施工已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，在部分工序已經(jīng)實(shí)現(xiàn)智能機(jī)械化作業(yè)，由于國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展過(guò)慢和我國(guó)特殊的國(guó)情，國(guó)內(nèi)大多數(shù)的隧道施工依然采用的是人工鉆爆法。

2 不同鉆爆法施工技術(shù)對(duì)比

隧道鉆爆法施工過(guò)程一般包括以下步驟：測(cè)量定位、鉆孔、裝藥、爆破和出渣，并配合一些風(fēng)水電的輔助作業(yè)。對(duì)于人工鉆爆法，經(jīng)過(guò)測(cè)量之后，搭置好簡(jiǎn)易的開挖臺(tái)架，施工人員搬運(yùn)氣動(dòng)鑿巖機(jī)上臺(tái)架，并手持氣動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔(如圖1所示)，然后裝藥，隨后撤離臺(tái)架，人員撤出洞外，進(jìn)行爆破，再通風(fēng)降塵、出渣。

圖1 人工鉆爆法施工

而對(duì)于使用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行機(jī)械化鉆爆施工，在臺(tái)車定位以后，作業(yè)人員操作臺(tái)車進(jìn)行鉆孔(如圖2所示)，鉆孔結(jié)束進(jìn)行裝藥，隨后人員與臺(tái)車撤出洞外，進(jìn)行爆破，再通風(fēng)降塵、出渣。 鉆孔過(guò)程中，鑿巖臺(tái)車施工方便、靈活，作業(yè)人員遠(yuǎn)離開挖面，改善了工人的工作環(huán)境，保護(hù)了工人的人身安全。 使用鑿巖臺(tái)車鉆孔，鉆孔的位置、角度、深度都可以得到精確控制，極大減小了超挖、欠挖情況。 并且鑿巖臺(tái)車可以裝備長(zhǎng)釬桿，鉆鑿出更深更大的炮孔。

圖2 鑿巖臺(tái)車鉆爆施工

2.1 鉆爆機(jī)械設(shè)備

人工鉆爆多采用手持式氣動(dòng)鑿巖機(jī)。該設(shè)備結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜、操作簡(jiǎn)單，但壓縮空氣的供應(yīng)設(shè)備能耗大、噪聲污染大，尤其是較長(zhǎng)隧道，常常需要多臺(tái)大功率空壓機(jī)提供氣動(dòng)鑿巖機(jī)所需壓力，能量損耗較大。

而鑿巖臺(tái)車多采用液壓鑿巖系統(tǒng)，不僅能效高、噪聲污染小、作業(yè)環(huán)境好，而且進(jìn)出靈活，技術(shù)先進(jìn)，在堅(jiān)硬圍巖上鉆孔施工更有優(yōu)越性。據(jù)川陜高速某隧道鉆爆施工的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在最硬的花崗巖(硬度系數(shù)不小于209)中采用手持式氣動(dòng)鑿巖機(jī)鑿φ42 mm的炮孔，每10分鐘可進(jìn)尺 1 m，而全液壓鑿巖臺(tái)車鑿φ50 mm的炮孔每分鐘進(jìn)尺2 m，效率提升驚人。而且，為鑿巖臺(tái)車提供動(dòng)力的電纜能量損耗較少，能量利用率高。

2.2 鉆爆施工質(zhì)量

在采用人工鉆爆法進(jìn)行隧道施工時(shí)，人力手持氣動(dòng)鉆孔設(shè)備進(jìn)行鉆孔，需要人力來(lái)控制把握鉆桿的推進(jìn)角度和推進(jìn)速度，這樣很難保證成孔的精度和質(zhì)量，容易在爆破時(shí)造成較大的超挖、欠挖現(xiàn)象。而采用鑿巖臺(tái)車施工時(shí)，鉆桿可根據(jù)設(shè)計(jì)要求的推進(jìn)角度進(jìn)行作業(yè)，并且鉆桿一旦定位后，可以按固定的角度推進(jìn)，不會(huì)出現(xiàn)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(zhì)量。 而且，全電腦鑿巖臺(tái)車在鉆孔作業(yè)時(shí)可以把鉆孔的實(shí)時(shí)情況顯示在操作臺(tái)的顯示器上，鉆桿的推進(jìn)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挖、欠挖量，人工開挖與電腦鑿巖臺(tái)車開挖超挖情況對(duì)比如表1所示。

2.3 施工人員配備

表1 人工開挖與電腦鑿巖臺(tái)車開挖超挖情況對(duì)比(cm)

人工鉆爆法采用氣動(dòng)鑿巖機(jī)，配備簡(jiǎn)易臺(tái)架，人工進(jìn)行鉆孔、裝藥爆破，該方法耗費(fèi)人工較多。 而采用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行鉆爆，只需少量的人員對(duì)臺(tái)車進(jìn)行操控，可節(jié)省大量人力。表2所示是某隧道施工不同鉆爆方法人員配備對(duì)比。

2.4 施工安全性及施工環(huán)境

表2 不同鉆爆法人員配備

在隧道施工時(shí)，若采用人工鉆爆的方法在掌子面鉆孔時(shí)，操作人員一般手持氣動(dòng)鑿巖機(jī)并緊貼掌子面進(jìn)行施工，如果掌子面的穩(wěn)定性比較差，可能由于鉆孔時(shí)引起的振動(dòng)沖擊，造成隧道內(nèi)落石甚至坍塌，容易造成人員傷亡。并且人工鉆孔時(shí)施工人數(shù)較多，且都在臺(tái)架上進(jìn)行作業(yè)，若遇到一些突發(fā)情況，人員根本沒(méi)有反應(yīng)時(shí)間，容易引起多人傷亡事故。而采用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，操作人員遠(yuǎn)離掌子面，所需人數(shù)也比較少，且操作人員都處于臺(tái)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(xiǎn)情況。

2014年12月國(guó)家安全監(jiān)管總局、交通運(yùn)輸部、國(guó)務(wù)院國(guó)資委、國(guó)家鐵路局四部委制定頒布的《隧道施工安全九條規(guī)定》，簡(jiǎn)稱“九嚴(yán)禁”，其中第六條就規(guī)定“必須嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人數(shù)，掘進(jìn)作業(yè)面應(yīng)實(shí)施機(jī)械化作業(yè)，嚴(yán)禁超員組織施工作業(yè)”。

在人工鉆孔時(shí)，由于氣動(dòng)鑿巖機(jī)使用數(shù)量較多，會(huì)產(chǎn)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(yán)重的環(huán)境中且工作強(qiáng)度大，對(duì)施工人員身體造成嚴(yán)重的危害。而反觀鑿巖臺(tái)車施工時(shí)，對(duì)空氣幾乎沒(méi)有污染，只產(chǎn)生較小的噪聲和一定量的廢水，廢水在經(jīng)過(guò)處理后也可減少污染，這樣不僅降低了施工強(qiáng)度而且施工環(huán)境良好。

3 兩種鉆爆法經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

表3為某公路隧道工程不同鉆爆法施工成本對(duì)比。該隧道工程累計(jì)洞長(zhǎng)4359 m，分左右線分別開挖，左線長(zhǎng)2200 m，包括Ⅲ級(jí)圍巖1005 m，Ⅳ級(jí)圍巖750 m，Ⅴ級(jí)圍巖445 m，采用雙鑿巖臺(tái)車同時(shí)開挖；右線長(zhǎng)2159 m，包括Ⅲ級(jí)圍巖940 m，Ⅳ級(jí)圍巖775 m，Ⅴ級(jí)圍巖444 m，采用人工開挖的方式進(jìn)行施工。

表3 不同施工方案施工成本對(duì)比，元

由表3分析可以看出，在使用鑿巖臺(tái)車時(shí)，在材料費(fèi)和機(jī)械使用費(fèi)上面較人工開挖花費(fèi)大，這主要是因?yàn)榕_(tái)車的成本費(fèi)用高，維修費(fèi)用高。而在人工費(fèi)上有所減少，主要是因?yàn)榕_(tái)車的使用，減少了鉆孔人員數(shù)量，使得人工費(fèi)有所降低。

雖然鑿巖臺(tái)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(tái)車的使用，在工程的掘進(jìn)速度上有著明顯的提高，表4所示為同一工程的掘進(jìn)速度對(duì)比。

表4 不同施工方案掘進(jìn)速度對(duì)比

由表4可以看出，使用鑿巖臺(tái)車施工在工程進(jìn)度上較人工開挖有著明顯的優(yōu)勢(shì)，按2000 m隧道長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，采用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行施工，工期大約8個(gè)月，而采用人工開挖的方式施工，工期大約11個(gè)月?？梢娛┕すて跍p少，鑿巖臺(tái)車可以盡早地應(yīng)用于下一個(gè)工程，這樣相對(duì)也降低了鑿巖臺(tái)車的使用費(fèi)用。并且使用鑿巖臺(tái)車鑿孔更加精準(zhǔn)，減少了超挖、欠挖量，這樣也減少了因?yàn)樘幚沓吠诙斐傻馁M(fèi)用。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行機(jī)械化鉆爆施工，較人工鉆爆施工的成孔效率更高，超挖、欠挖量小，炮孔更加平順光滑，角度控制更加精準(zhǔn)，尤其在堅(jiān)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(tái)車更多，但使用鑿巖臺(tái)車施工時(shí)產(chǎn)生污染較小，而且人員遠(yuǎn)離施工面，施工人員有更好的施工安全環(huán)境。

（3）采用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行機(jī)械化鉆爆較人工鉆爆在設(shè)備成本上較高，但在人工費(fèi)上有所降低，并且在施工進(jìn)度上更快，施工工期更短，相對(duì)降低鑿巖臺(tái)車的使用費(fèi)用。