公路隧道施工中人工鉆爆與機械化鉆爆的優劣對比

李 鵬

新疆北新路橋集團股份有限公司

1 鉆爆法施工概述

鉆爆法主要是通過在開挖的作業面鉆設爆破孔，并在孔內裝藥實施爆破，之后將爆破產生的碎石外運，然后再施作支護、襯砌等支護體系以形成安全、穩定的洞室結構。鉆爆法開挖施工靈活，既可人工開挖也可采取先進的鉆爆設備實施開挖，既能適用于堅硬圍巖也能適用于軟弱破碎地帶的隧道開挖，且該工法可依照不同尺寸大小開挖各種形狀的洞室。采用該工法進行隧道開挖的歷史久遠，傳統鉆爆法多是采用人工手持風鉆，并配合使用簡易的開挖臺架來實施開挖。然而，人工鉆爆不僅效率低、強度高，而且作業人員所處環境十分惡劣，一旦操作不當就會危及自身的生命安全。近年來，隨著機械化程度的不斷提高，機械化鉆爆得到了愈發深入廣泛的應用，其通過采用先進、高效的鉆爆設備，能夠大大提升作業效率，有效保障了作業人員的人身安全，且機械化鉆爆定位精度高、成孔效果好，能夠有效防止超欠挖等情況，進而大大提升了隧道開挖施工的質量。

2 人工鉆爆與機械化鉆爆的施工對比

2.1 工藝方面

采用鉆爆法實施開挖作業的工藝流程主要為：測量定位→鉆眼→裝藥→爆破→渣土外運，人工鉆爆與機械化鉆爆的不同在于所采用的鉆爆設備以及施工中自動化、機械化程度。

（1）人工鉆爆。人工鉆爆主要采用風動鑿巖設備，鉆眼時先測量定位好成孔位置，然后搭設簡易的鑿巖臺架，鉆孔作業人員手持風動鑿巖機于鑿巖臺架上實施鉆進作業，成孔后根據炮眼設計藥量裝藥，隨后作業人員、鉆孔設備以及鑿巖臺車撤離洞外后實施爆破，在爆破作業完成后進行通風降塵、渣土外運，并及時施作支護襯砌。

（2）機械化鉆爆。機械化鉆爆多采用液壓鑿巖臺車，鉆孔位置確定后，對鉆眼用鑿巖臺車予以定位，然后操作人員進入臺車內操控臺車進行鉆孔，無需其他輔助平臺，鉆孔作業完成后裝藥，隨后將操作人員同鑿巖臺車撤離后實施爆破，并于爆破完成后進行通風、降塵、清渣等。與傳統的人工鉆爆法相比，機械化鉆爆借助鑿巖臺車，不僅成孔精度高、效果好，超挖、欠挖的情況得到了顯著改善，而且作業人員遠離鉆進作業面，作業環境無粉塵污染、安全性更高，并且通過裝備足夠長度的釬桿，能夠有效滿足大、深炮孔的作業要求。

2.2 設備方面

（1）人工鉆爆。人工鉆爆所用設備主要為手持風動鑿巖設備，此類鉆孔用設備結構相對簡單且操作容易，然而該類設備需要空壓機供應壓縮空氣，此類設備耗能大、污染大且效率低，尤其是對于長大隧道的鉆孔作業，因鉆孔作業量大，因而往往需要幾臺大功率空壓機共同為風動鑿巖設備提供壓力以滿足鉆孔作業的需要，此過程耗能巨大，但效率卻不高。

（2）機械化鉆爆。機械化鉆爆用鑿巖臺車主要采用液壓鑿巖系統，此類設備技術先進、功能多樣，能夠注漿鉆孔、超前探孔且更換鉆頭后能夠靈活施作小導管。鑿巖臺車通過液壓系統為設備鉆孔提供動力，作業效率高、環境污染小、能量損耗低，且操作簡便、靈活，尤其對于巖層較硬的圍巖鉆孔性能更為優越。根據以往公路隧道工程鉆爆施工實踐經驗發現，當開挖作業面為硬度系數＞209 的花崗巖時，若采用手持風動鑿巖設備進行鉆孔，則Φ42mm 的炮孔向前鉆爆進尺1m 至少需要10min，而采用液壓鑿巖臺車進行鉆孔時，Φ50mm 的炮孔向前進尺2m 只需要1min，與人工鉆爆相比效率十分驚人。而且，液壓臺車的液壓系統直接供能，能量損耗低、利用率高，能夠很好地應用于公路隧道的鉆爆施工中。

2.3 質量方面

（1）人工鉆爆。人工鉆爆法進行公路隧道的開挖施工時，由于鉆孔時主要為人工手持鑿巖設備，因而進尺速度、成孔質量以及掘進效率等，受到操作人員力度或鉆桿角度變化等人為因素的影響較大，任何一個環節出現失誤，或操作不夠規范，就會對成孔質量及精確性造成影響，致使孔深不足、超挖、欠挖等質量問題。

（2）機械化鉆爆。機械化鉆爆用鑿巖臺車，鉆進過程中液壓系統穩定推進，使鉆桿移動更加平穩順暢，甚至較為先進的自動化鑿巖臺車采用計算機技術，將成孔位置及鉆桿鉆進角度在操作臺的顯示器進行顯示，操作人員通過電腦對鉆進角度及速度予以把控，避免了人工鉆爆時的鉆桿偏位，使成孔的精度大大提高，且有效規避了鉆進作業時的超挖、欠挖等質量問題，避免了人工鉆爆時各種人為因素而導致的炮孔質量難能把控的難題。但鑿巖臺車對操作人員技能水平要求較高，尤其全電腦臺車需精準把握炮眼位置、孔深及斜率等并相應調整程序，因此，往往需要具備一定經驗水平的司鉆手進行作業。

2.4 安全方面

（1）人工鉆爆。人工手持風動鑿巖設備進行鉆孔時，與作業面近距離接觸，且鉆孔時受到鉆進設備擾動的影響極易導致隧道圍巖松動的碎石掉落或坍塌，且鉆孔作業時的大量粉塵也會對作業人員的健康造成威脅。并且，人工鉆爆所需作業人員較多，一旦出現落石、坍塌等突發事故，作業人員往往來不及撤離而導致出現人身傷害。

（2）機械化鉆爆。機械化鉆爆采用鑿巖臺車，作業人員處于封閉的臺車駕駛室或后方較為安全的位置，不直接接觸隧道開挖斷面，且與鉆進開挖作業面距離至少10m，從而大大降低了擾動落石或坍塌而導致的安全問題。同時，機械化鉆爆也滿足了《隧道施工安全九條規定》中所提出的“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”這一要求。此外，采用鑿巖臺車施工更加節能，且所產生的廢氣、廢水量較小，且廢水處理后對環境基本無污染。

2.5 人員方面

（1）人工鉆爆、人工鉆爆的輔助平臺搭設耗時耗力，且鉆進時往往需要幾個人操作多臺風鉆設備共同進行鉆孔作業，且鉆眼、裝藥以及起爆的整個過程均要人工參與完成，所需配置人數多，以致在一定程度上導致了人員的浪費。

（2）機械化鉆爆。機械化鉆爆作業無需輔助平臺，整個成孔過程操作人員操控鑿巖臺車，僅需2～3人便可操控，大大減少了投入的人工數量，進而降低了人工成本支出。例如，在某公路隧道施工中，采用機械化鉆爆單洞開挖操作人員僅需4～6 人便可完成，而以往人工鉆爆至少需要14～16人，人員數量節省約8～12人，大大減少了人員的配置數量。

3 人工鉆爆與機械化鉆爆的效益對比

3.1 經濟效益

某公路隧道施工中，隧洞累計總長3362m，分左右線同時開挖，左線長1678m 采用人工鉆爆，右線長1684m 采用機械化鉆爆，施工中成本投入如表1所示。

表1 兩種工法開挖1m成本對比（單位：元）

分析發現，每開挖1m人工鉆爆比機械化鉆爆成本支出節省約1312元，雖然鑿巖臺車因設備及材料費較高而成本較大，但人工費低、人員配置少，且機械化鉆爆效率高、速度快，工期相對也減少，因此，總人工成本也大大降低。例如，該隧洞開挖施工中，機械化鉆爆單月進尺約252m，人工鉆爆單月進尺約176m，則按照1600m 的長度計算，使用鑿巖臺車機械化鉆爆大約需要6 個月，而人工使用風鉆施工大約需要9個月。由此可見，施工工期節省至少約3個月，這樣不僅減少了人工成本支出，而且設備使用費也相應減少。且機械化鉆爆所用鑿巖臺車因成孔精準、高效，因而，有效避免了因處理超欠挖而導致的成本支出，綜上，機械化鉆爆經濟效益顯著。

3.2 社會效益

采用鑿巖臺車實施隧道鉆爆開挖，更加突出了機械化施工的優勢，成孔效果好，并減少了現場作業人員的配備數量，使得作業人員的作業環境得到顯著改善、安全性大大提升，有效防止了突發事故而導致的群體傷亡事故。且機械化鉆爆更加節能，且其他小、廢水少，且經處理的廢水對周邊環境基本無污染。同時，采用機械化鉆爆進行隧道開挖，經過嚴格的操作培訓，也為機械化、自動化等高技術人才的培養提供了支持。

4 結語

綜上所述，較人工鉆爆相比，機械化鉆爆作業精度高、成效好、更安全且效率高、速度快、效益好，尤其是對于硬度較高的圍巖其優勢愈發明顯。因此，在公路隧道的鉆爆施工中，機械化鉆爆具有極高的推廣實踐運用價值。