浅述人工钻爆与机械化钻爆在隧道建设施工中的应用对比

邢大为

摘 要 于隧道建设施工之中采用传统人工钻爆不仅作业效率低、作业强度大，而且作业人员的自身安全难以根本确保，鉴于此，机械化钻爆应运而生。其通过液压凿岩台车实施钻爆作业，不仅显著提升了隧道开挖的施作效率与施作质量，而且使得施作环境得以极大改善，充分保障了一线施作人员的作业安全。本文结合笔者多年来的隧道施工实践经验，针对人工钻爆与机械化钻爆两者的诸多差异，分别从工艺流程、机械设备、人员配备、施工质量、施工安全以及经济效益、社会效益等诸多方面对人工钻爆与机械化钻爆予以了全面、细致的对比分析，以期可以为机械化钻爆作业方式于隧道建设施工之中更好、更快、更广的实践应用略尽己力。

关键词 人工作业;机械化作业;隧道开挖;钻爆法

1隧道钻爆法施工概述

在进行隧道工程开挖时，钻爆法因效率高、适用性强等诸多优势而成为当前隧道开挖的主要作业方法。钻爆法是指在准备实施开挖的隧道断面上布设一定数量的爆破孔，然后装药起爆并利用配套设备清运爆破后的碎石，并在后期支护、衬砌作业后形成安全性高、稳定性好的洞室结构。其中，传统钻爆法多使用人工作业的方式实施钻爆，即人工手持风钻并配合使用开挖台架共同实施钻爆。然而，人工钻爆作业效率低、施工强度高、作业环境恶劣，稍有不慎就会对作业人员的人身安全造成伤害。近年来，随着大量钻孔、爆破等机械设备的不断投入使用，使得隧道钻爆作业逐渐趋于机械化，不仅有效提升了作业效率与进度，而且也在很大程度上保障了作业人员的人身安全。

2人工钻爆与机械化钻爆施工对比

2.1 工艺流程方面

（1）人工钻爆。隧道钻爆法工艺流程主要为：定位→钻眼→装药→爆破→出渣→支护→衬砌。其中，采用人工钻爆作业时，应首先做好相关测量作业，然后搭设隧道掘进台架，台架上架设好风钻设备，由人工手持风钻实施钻爆，之后按照炮眼设计要求装药，完成装药后撤离台架及作业人员并实施爆破，并于爆破作业完毕后进行后续通风、清渣以及支护等工作。

（2）机械化钻爆。采用凿岩台车实施钻爆作业时，应首先定位好凿岩台车，然后作业人员操作实施钻孔，完成钻孔后进行装药，然后撤离作业人员与凿岩台车，并实施爆破作业，在完成爆破后进行通风、清渣等一系列后期工作。与人工钻爆法相比，采用凿岩台车不仅操作简便、灵活，且作业人员位于操作室，与掘进面不直接接触，从而使作业人员所处环境大大改善，人身安全得到保障。同时，凿岩台车实施钻孔时，孔深、角度等的精确性更高，有效避免了超挖、欠挖等不利情况的出现。

2.2 机械设备方面

（1）人工钻爆。人工钻爆所用设备为手持式风钻，设备操作便捷、结构简单，但这种以压缩空气为动力的设备通常能耗大、噪声大，尤其在长大隧道的钻爆施作时，须多台空压机工作为风钻提供压力，能耗十分之大。

（2）机械化钻爆。凿岩台车所用液压凿岩系统，不仅效率高、污染小，而且操作便捷、进出灵活，尤其在硬岩上更能表现出优越的性能。据以往隧道施工实践发现，在硬度系数>209的花岗岩上实施钻爆作业，手持式凿岩设备凿φ42mm的炮孔，10min可进尺1m，而液压凿岩台车凿φ50mm的炮孔，进尺速率为2m/min，与人工作业相比效率惊人。而且，凿岩台车所用电缆能耗微乎其微，能量利用率极高。

2.3 人员配备方面

（1）人工钻爆。人工钻爆作业多采用手持式凿岩设备实施钻孔，并且钻孔、装药、爆破等所有流程均需要由人工操作予以完成，耗费人工较多，以致在一定程度上造成了人工的浪费[1]。

（2）机械化钻爆。机械化钻爆作业主要是通过人工操控凿岩台车，由凿岩台车实施隧道钻孔作业，操作灵活、便捷，仅投入少量人员即可实施钻爆作业，大大降低了人工作业量，减少了人工成本的支出。例如，某隧道钻爆施工中，采用机械化作业，隧道单洞开挖所需作业人员为4～6人，与传统人工作业人员14～16人相比，省去施工人员8～12人，节省了大量的劳动力。

2.4 施工质量方面

（1）人工钻爆。人工作业进行隧道钻爆施工时，人工手持凿岩设备的掘进速度与角度受人为因素影响较大，一旦操作不规范、力度把控不到位，就会影响成孔的精确性与质量。并且，人工钻爆时，因作业精度相对偏低，超挖、欠挖的情况也时有发生。

（2）机械化钻爆。凿岩台车实施钻爆时，固定好的钻杆可严格依照设计角度实施作业，并且，固定的钻杆不会出现偏差，从而使钻孔的精度及质量都会得到保障。同时，自动化凿岩台车通过电脑操控，钻孔时的一切情况均可展示在操作台上，并由电脑实现对钻头钻进情况的全面把控，成孔精度较高，超挖、欠挖的情况得到控制，避免了人工作业的不确定性。如表1为人工作业与机械化作业超欠挖的情况对比。

2.5 施工安全方面

（1）人工钻爆。隧道钻爆施工时，若采取人工实施掌子面钻孔时，需由作业人员手持风钻施钻，一旦掌子面失稳，钻孔时的振动扰动就会导致隧道内碎石出现坍塌，进而影响作业人员的人身安全[2]。同时，人工作業所需作业人员数众多，且所有人员均在台架上作业，一旦出现坍塌等突发事故，作业人员来不及反应从而引发安全事故。另外，人工钻爆需要多个工人手持风钻同时作业，因此，施作时所产生的湿雾状废气及大量噪声均在威胁着作业人员的身心健康。

（2）机械化钻爆。使用凿岩台车进行钻孔施工时，操作人员于台车操作室实施钻孔，耗费人员较少，人工作业强度低，且作业人员与掘进面不直接接触，大大减少了拱顶落石对作业人员造成的伤害，使作业人员人身安全得以保障。同时，《隧道施工安全九条规定》也明确指出，对作业人员数量须严格把控，最好采用机械化作业，严禁超员作业[3]。此外，凿岩台车施作时对环境污染较小，且废气、废水量小，经过处理后的废水也不会对水环境造成污染。

3人工钻爆与机械化钻爆效益对比

3.1 经济效益

采用凿岩台车实施钻孔作业时，虽然设备及材料费用与人工作业相比相对偏高，但凿岩台车的应用，也大大减少了钻孔工人的投入，使人工成本大大降低。同时，使用凿岩台车实施钻爆作业，隧道掘进速度与人工钻爆相比大大提高，从而有效提升了隧道开挖的作业进度，节省了施工工期，具体如表2所示。

分析表2可知，使用凿岩台车挖掘具有显著的优势，例如在进行2km隧道的开挖时，采用凿岩台车实施钻爆8个月即可完工，而人工钻爆则需要11个月才可完成。显而易见，使用凿岩台车能够使作业工期提前至少3个月，并能提前进入下一隧道工程的开挖作业。同时，凿岩台车开挖成孔精度高，超挖、欠挖情况较少，从而在一定程度上节省了处理超欠挖的费用。

3.2 社会效益

在笔者既往隧道工程的施工实践中，某隧道采用机械化开挖与支护联合作业，且严格按照新奥法“光面爆破、喷锚紧跟、监控量测、及时反馈修正”以及“少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的原则，更加突出了机械化作业的优势，有效提升了作业人员的安全性，减少了人工成本投入。且通过机械化钻爆实施隧道开挖，为培养高技能机械化人才提供支持，得到上級单位的肯定与认可。

4结束语

①机械化作业与人工作业相比，成孔精度高、效率快，且超欠挖情况也相对较少，炮孔爆破后相对更加平滑，尤其于高硬度围岩施工中，优势更为突出。②人工作业与机械化作业相比，作业人员配备较多，作业人员所处环境恶劣，而采用机械化施作，避免了作业人员与作业面的直接接触，且作业人员于操作室作业，所处环境及人身安全问题均得以极大改善。③机械化作业与人工作业相比，虽设备投入成本高，但人工成本降低，且作业效率高、进度快，大大缩减了施作周期。综上所述，机械化钻爆于隧道建设施工之中极具推广应用价值。

参考文献

[1] 王孝贤，郭健，原朝林，等.隧道机械化钻爆法施工特点及应用研究[J].工程建设与设计，2018，（19）：172-174.

[2] 杨友生，刘洛汉.钻爆法隧道施工机械化配套实施要点[J].江西建材，2015，（6）：153，155.

[3] 穆雪野，丁智勇，陈豪，等.人工钻爆法与机械化钻爆法隧道施工的对比研究[J].山西建筑，2018，44（8）：178-179.