淺述人工鉆爆與機(jī)械化鉆爆在隧道建設(shè)施工中的應(yīng)用對(duì)比

邢大為

摘 要 于隧道建設(shè)施工之中采用傳統(tǒng)人工鉆爆不僅作業(yè)效率低、作業(yè)強(qiáng)度大，而且作業(yè)人員的自身安全難以根本確保，鑒于此，機(jī)械化鉆爆應(yīng)運(yùn)而生。其通過液壓鑿巖臺(tái)車實(shí)施鉆爆作業(yè)，不僅顯著提升了隧道開挖的施作效率與施作質(zhì)量，而且使得施作環(huán)境得以極大改善，充分保障了一線施作人員的作業(yè)安全。本文結(jié)合筆者多年來的隧道施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)人工鉆爆與機(jī)械化鉆爆兩者的諸多差異，分別從工藝流程、機(jī)械設(shè)備、人員配備、施工質(zhì)量、施工安全以及經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益等諸多方面對(duì)人工鉆爆與機(jī)械化鉆爆予以了全面、細(xì)致的對(duì)比分析，以期可以為機(jī)械化鉆爆作業(yè)方式于隧道建設(shè)施工之中更好、更快、更廣的實(shí)踐應(yīng)用略盡己力。

關(guān)鍵詞 人工作業(yè);機(jī)械化作業(yè);隧道開挖;鉆爆法

1隧道鉆爆法施工概述

在進(jìn)行隧道工程開挖時(shí)，鉆爆法因效率高、適用性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢而成為當(dāng)前隧道開挖的主要作業(yè)方法。鉆爆法是指在準(zhǔn)備實(shí)施開挖的隧道斷面上布設(shè)一定數(shù)量的爆破孔，然后裝藥起爆并利用配套設(shè)備清運(yùn)爆破后的碎石，并在后期支護(hù)、襯砌作業(yè)后形成安全性高、穩(wěn)定性好的洞室結(jié)構(gòu)。其中，傳統(tǒng)鉆爆法多使用人工作業(yè)的方式實(shí)施鉆爆，即人工手持風(fēng)鉆并配合使用開挖臺(tái)架共同實(shí)施鉆爆。然而，人工鉆爆作業(yè)效率低、施工強(qiáng)度高、作業(yè)環(huán)境惡劣，稍有不慎就會(huì)對(duì)作業(yè)人員的人身安全造成傷害。近年來，隨著大量鉆孔、爆破等機(jī)械設(shè)備的不斷投入使用，使得隧道鉆爆作業(yè)逐漸趨于機(jī)械化，不僅有效提升了作業(yè)效率與進(jìn)度，而且也在很大程度上保障了作業(yè)人員的人身安全。

2人工鉆爆與機(jī)械化鉆爆施工對(duì)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(hù)→襯砌。其中，采用人工鉆爆作業(yè)時(shí)，應(yīng)首先做好相關(guān)測量作業(yè)，然后搭設(shè)隧道掘進(jìn)臺(tái)架，臺(tái)架上架設(shè)好風(fēng)鉆設(shè)備，由人工手持風(fēng)鉆實(shí)施鉆爆，之后按照炮眼設(shè)計(jì)要求裝藥，完成裝藥后撤離臺(tái)架及作業(yè)人員并實(shí)施爆破，并于爆破作業(yè)完畢后進(jìn)行后續(xù)通風(fēng)、清渣以及支護(hù)等工作。

（2）機(jī)械化鉆爆。采用鑿巖臺(tái)車實(shí)施鉆爆作業(yè)時(shí)，應(yīng)首先定位好鑿巖臺(tái)車，然后作業(yè)人員操作實(shí)施鉆孔，完成鉆孔后進(jìn)行裝藥，然后撤離作業(yè)人員與鑿巖臺(tái)車，并實(shí)施爆破作業(yè)，在完成爆破后進(jìn)行通風(fēng)、清渣等一系列后期工作。與人工鉆爆法相比，采用鑿巖臺(tái)車不僅操作簡便、靈活，且作業(yè)人員位于操作室，與掘進(jìn)面不直接接觸，從而使作業(yè)人員所處環(huán)境大大改善，人身安全得到保障。同時(shí)，鑿巖臺(tái)車實(shí)施鉆孔時(shí)，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(xiàn)。

2.2 機(jī)械設(shè)備方面

（1）人工鉆爆。人工鉆爆所用設(shè)備為手持式風(fēng)鉆，設(shè)備操作便捷、結(jié)構(gòu)簡單，但這種以壓縮空氣為動(dòng)力的設(shè)備通常能耗大、噪聲大，尤其在長大隧道的鉆爆施作時(shí)，須多臺(tái)空壓機(jī)工作為風(fēng)鉆提供壓力，能耗十分之大。

（2）機(jī)械化鉆爆。鑿巖臺(tái)車所用液壓鑿巖系統(tǒng)，不僅效率高、污染小，而且操作便捷、進(jìn)出靈活，尤其在硬巖上更能表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。據(jù)以往隧道施工實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在硬度系數(shù)>209的花崗巖上實(shí)施鉆爆作業(yè)，手持式鑿巖設(shè)備鑿φ42mm的炮孔，10min可進(jìn)尺1m，而液壓鑿巖臺(tái)車鑿φ50mm的炮孔，進(jìn)尺速率為2m/min，與人工作業(yè)相比效率驚人。而且，鑿巖臺(tái)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(yè)多采用手持式鑿巖設(shè)備實(shí)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(fèi)人工較多，以致在一定程度上造成了人工的浪費(fèi)[1]。

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

2.4 施工質(zhì)量方面

（1）人工鉆爆。人工作業(yè)進(jìn)行隧道鉆爆施工時(shí)，人工手持鑿巖設(shè)備的掘進(jìn)速度與角度受人為因素影響較大，一旦操作不規(guī)范、力度把控不到位，就會(huì)影響成孔的精確性與質(zhì)量。并且，人工鉆爆時(shí)，因作業(yè)精度相對(duì)偏低，超挖、欠挖的情況也時(shí)有發(fā)生。

（2）機(jī)械化鉆爆。鑿巖臺(tái)車實(shí)施鉆爆時(shí)，固定好的鉆桿可嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)角度實(shí)施作業(yè)，并且，固定的鉆桿不會(huì)出現(xiàn)偏差，從而使鉆孔的精度及質(zhì)量都會(huì)得到保障。同時(shí)，自動(dòng)化鑿巖臺(tái)車通過電腦操控，鉆孔時(shí)的一切情況均可展示在操作臺(tái)上，并由電腦實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭鉆進(jìn)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(yè)的不確定性。如表1為人工作業(yè)與機(jī)械化作業(yè)超欠挖的情況對(duì)比。

2.5 施工安全方面

（1）人工鉆爆。隧道鉆爆施工時(shí)，若采取人工實(shí)施掌子面鉆孔時(shí)，需由作業(yè)人員手持風(fēng)鉆施鉆，一旦掌子面失穩(wěn)，鉆孔時(shí)的振動(dòng)擾動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致隧道內(nèi)碎石出現(xiàn)坍塌，進(jìn)而影響作業(yè)人員的人身安全[2]。同時(shí)，人工作業(yè)所需作業(yè)人員數(shù)眾多，且所有人員均在臺(tái)架上作業(yè)，一旦出現(xiàn)坍塌等突發(fā)事故，作業(yè)人員來不及反應(yīng)從而引發(fā)安全事故。另外，人工鉆爆需要多個(gè)工人手持風(fēng)鉆同時(shí)作業(yè)，因此，施作時(shí)所產(chǎn)生的濕霧狀廢氣及大量噪聲均在威脅著作業(yè)人員的身心健康。

（2）機(jī)械化鉆爆。使用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，操作人員于臺(tái)車操作室實(shí)施鉆孔，耗費(fèi)人員較少，人工作業(yè)強(qiáng)度低，且作業(yè)人員與掘進(jìn)面不直接接觸，大大減少了拱頂落石對(duì)作業(yè)人員造成的傷害，使作業(yè)人員人身安全得以保障。同時(shí)，《隧道施工安全九條規(guī)定》也明確指出，對(duì)作業(yè)人員數(shù)量須嚴(yán)格把控，最好采用機(jī)械化作業(yè)，嚴(yán)禁超員作業(yè)[3]。此外，鑿巖臺(tái)車施作時(shí)對(duì)環(huán)境污染較小，且廢氣、廢水量小，經(jīng)過處理后的廢水也不會(huì)對(duì)水環(huán)境造成污染。

3人工鉆爆與機(jī)械化鉆爆效益對(duì)比

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

采用鑿巖臺(tái)車實(shí)施鉆孔作業(yè)時(shí)，雖然設(shè)備及材料費(fèi)用與人工作業(yè)相比相對(duì)偏高，但鑿巖臺(tái)車的應(yīng)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(shí)，使用鑿巖臺(tái)車實(shí)施鉆爆作業(yè)，隧道掘進(jìn)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(yè)進(jìn)度，節(jié)省了施工工期，具體如表2所示。

分析表2可知，使用鑿巖臺(tái)車挖掘具有顯著的優(yōu)勢，例如在進(jìn)行2km隧道的開挖時(shí)，采用鑿巖臺(tái)車實(shí)施鉆爆8個(gè)月即可完工，而人工鉆爆則需要11個(gè)月才可完成。顯而易見，使用鑿巖臺(tái)車能夠使作業(yè)工期提前至少3個(gè)月，并能提前進(jìn)入下一隧道工程的開挖作業(yè)。同時(shí)，鑿巖臺(tái)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(jié)省了處理超欠挖的費(fèi)用。

3.2 社會(huì)效益

在筆者既往隧道工程的施工實(shí)踐中，某隧道采用機(jī)械化開挖與支護(hù)聯(lián)合作業(yè)，且嚴(yán)格按照新奧法“光面爆破、噴錨緊跟、監(jiān)控量測、及時(shí)反饋修正”以及“少擾動(dòng)、快加固、勤量測、早封閉”的原則，更加突出了機(jī)械化作業(yè)的優(yōu)勢，有效提升了作業(yè)人員的安全性，減少了人工成本投入。且通過機(jī)械化鉆爆實(shí)施隧道開挖，為培養(yǎng)高技能機(jī)械化人才提供支持，得到上級(jí)單位的肯定與認(rèn)可。

4結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)

[1] 王孝賢，郭健，原朝林，等.隧道機(jī)械化鉆爆法施工特點(diǎn)及應(yīng)用研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2018，（19）：172-174.

[2] 楊友生，劉洛漢.鉆爆法隧道施工機(jī)械化配套實(shí)施要點(diǎn)[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(jī)械化鉆爆法隧道施工的對(duì)比研究[J].山西建筑，2018，44（8）：178-179.