公路隧道施工中人工钻爆与机械化钻爆的优劣对比

李 鹏

新疆北新路桥集团股份有限公司

1 钻爆法施工概述

钻爆法主要是通过在开挖的作业面钻设爆破孔，并在孔内装药实施爆破，之后将爆破产生的碎石外运，然后再施作支护、衬砌等支护体系以形成安全、稳定的洞室结构。钻爆法开挖施工灵活，既可人工开挖也可采取先进的钻爆设备实施开挖，既能适用于坚硬围岩也能适用于软弱破碎地带的隧道开挖，且该工法可依照不同尺寸大小开挖各种形状的洞室。采用该工法进行隧道开挖的历史久远，传统钻爆法多是采用人工手持风钻，并配合使用简易的开挖台架来实施开挖。然而，人工钻爆不仅效率低、强度高，而且作业人员所处环境十分恶劣，一旦操作不当就会危及自身的生命安全。近年来，随着机械化程度的不断提高，机械化钻爆得到了愈发深入广泛的应用，其通过采用先进、高效的钻爆设备，能够大大提升作业效率，有效保障了作业人员的人身安全，且机械化钻爆定位精度高、成孔效果好，能够有效防止超欠挖等情况，进而大大提升了隧道开挖施工的质量。

2 人工钻爆与机械化钻爆的施工对比

2.1 工艺方面

采用钻爆法实施开挖作业的工艺流程主要为：测量定位→钻眼→装药→爆破→渣土外运，人工钻爆与机械化钻爆的不同在于所采用的钻爆设备以及施工中自动化、机械化程度。

（1）人工钻爆。人工钻爆主要采用风动凿岩设备，钻眼时先测量定位好成孔位置，然后搭设简易的凿岩台架，钻孔作业人员手持风动凿岩机于凿岩台架上实施钻进作业，成孔后根据炮眼设计药量装药，随后作业人员、钻孔设备以及凿岩台车撤离洞外后实施爆破，在爆破作业完成后进行通风降尘、渣土外运，并及时施作支护衬砌。

（2）机械化钻爆。机械化钻爆多采用液压凿岩台车，钻孔位置确定后，对钻眼用凿岩台车予以定位，然后操作人员进入台车内操控台车进行钻孔，无需其他辅助平台，钻孔作业完成后装药，随后将操作人员同凿岩台车撤离后实施爆破，并于爆破完成后进行通风、降尘、清渣等。与传统的人工钻爆法相比，机械化钻爆借助凿岩台车，不仅成孔精度高、效果好，超挖、欠挖的情况得到了显著改善，而且作业人员远离钻进作业面，作业环境无粉尘污染、安全性更高，并且通过装备足够长度的钎杆，能够有效满足大、深炮孔的作业要求。

2.2 设备方面

（1）人工钻爆。人工钻爆所用设备主要为手持风动凿岩设备，此类钻孔用设备结构相对简单且操作容易，然而该类设备需要空压机供应压缩空气，此类设备耗能大、污染大且效率低，尤其是对于长大隧道的钻孔作业，因钻孔作业量大，因而往往需要几台大功率空压机共同为风动凿岩设备提供压力以满足钻孔作业的需要，此过程耗能巨大，但效率却不高。

（2）机械化钻爆。机械化钻爆用凿岩台车主要采用液压凿岩系统，此类设备技术先进、功能多样，能够注浆钻孔、超前探孔且更换钻头后能够灵活施作小导管。凿岩台车通过液压系统为设备钻孔提供动力，作业效率高、环境污染小、能量损耗低，且操作简便、灵活，尤其对于岩层较硬的围岩钻孔性能更为优越。根据以往公路隧道工程钻爆施工实践经验发现，当开挖作业面为硬度系数＞209 的花岗岩时，若采用手持风动凿岩设备进行钻孔，则Φ42mm 的炮孔向前钻爆进尺1m 至少需要10min，而采用液压凿岩台车进行钻孔时，Φ50mm 的炮孔向前进尺2m 只需要1min，与人工钻爆相比效率十分惊人。而且，液压台车的液压系统直接供能，能量损耗低、利用率高，能够很好地应用于公路隧道的钻爆施工中。

2.3 质量方面

（1）人工钻爆。人工钻爆法进行公路隧道的开挖施工时，由于钻孔时主要为人工手持凿岩设备，因而进尺速度、成孔质量以及掘进效率等，受到操作人员力度或钻杆角度变化等人为因素的影响较大，任何一个环节出现失误，或操作不够规范，就会对成孔质量及精确性造成影响，致使孔深不足、超挖、欠挖等质量问题。

（2）机械化钻爆。机械化钻爆用凿岩台车，钻进过程中液压系统稳定推进，使钻杆移动更加平稳顺畅，甚至较为先进的自动化凿岩台车采用计算机技术，将成孔位置及钻杆钻进角度在操作台的显示器进行显示，操作人员通过电脑对钻进角度及速度予以把控，避免了人工钻爆时的钻杆偏位，使成孔的精度大大提高，且有效规避了钻进作业时的超挖、欠挖等质量问题，避免了人工钻爆时各种人为因素而导致的炮孔质量难能把控的难题。但凿岩台车对操作人员技能水平要求较高，尤其全电脑台车需精准把握炮眼位置、孔深及斜率等并相应调整程序，因此，往往需要具备一定经验水平的司钻手进行作业。

2.4 安全方面

（1）人工钻爆。人工手持风动凿岩设备进行钻孔时，与作业面近距离接触，且钻孔时受到钻进设备扰动的影响极易导致隧道围岩松动的碎石掉落或坍塌，且钻孔作业时的大量粉尘也会对作业人员的健康造成威胁。并且，人工钻爆所需作业人员较多，一旦出现落石、坍塌等突发事故，作业人员往往来不及撤离而导致出现人身伤害。

（2）机械化钻爆。机械化钻爆采用凿岩台车，作业人员处于封闭的台车驾驶室或后方较为安全的位置，不直接接触隧道开挖断面，且与钻进开挖作业面距离至少10m，从而大大降低了扰动落石或坍塌而导致的安全问题。同时，机械化钻爆也满足了《隧道施工安全九条规定》中所提出的“必须严格控制现场作业人数，掘进作业面应实施机械化作业，严禁超员组织施工作业”这一要求。此外，采用凿岩台车施工更加节能，且所产生的废气、废水量较小，且废水处理后对环境基本无污染。

2.5 人员方面

（1）人工钻爆、人工钻爆的辅助平台搭设耗时耗力，且钻进时往往需要几个人操作多台风钻设备共同进行钻孔作业，且钻眼、装药以及起爆的整个过程均要人工参与完成，所需配置人数多，以致在一定程度上导致了人员的浪费。

（2）机械化钻爆。机械化钻爆作业无需辅助平台，整个成孔过程操作人员操控凿岩台车，仅需2～3人便可操控，大大减少了投入的人工数量，进而降低了人工成本支出。例如，在某公路隧道施工中，采用机械化钻爆单洞开挖操作人员仅需4～6 人便可完成，而以往人工钻爆至少需要14～16人，人员数量节省约8～12人，大大减少了人员的配置数量。

3 人工钻爆与机械化钻爆的效益对比

3.1 经济效益

某公路隧道施工中，隧洞累计总长3362m，分左右线同时开挖，左线长1678m 采用人工钻爆，右线长1684m 采用机械化钻爆，施工中成本投入如表1所示。

表1 两种工法开挖1m成本对比（单位：元）

分析发现，每开挖1m人工钻爆比机械化钻爆成本支出节省约1312元，虽然凿岩台车因设备及材料费较高而成本较大，但人工费低、人员配置少，且机械化钻爆效率高、速度快，工期相对也减少，因此，总人工成本也大大降低。例如，该隧洞开挖施工中，机械化钻爆单月进尺约252m，人工钻爆单月进尺约176m，则按照1600m 的长度计算，使用凿岩台车机械化钻爆大约需要6 个月，而人工使用风钻施工大约需要9个月。由此可见，施工工期节省至少约3个月，这样不仅减少了人工成本支出，而且设备使用费也相应减少。且机械化钻爆所用凿岩台车因成孔精准、高效，因而，有效避免了因处理超欠挖而导致的成本支出，综上，机械化钻爆经济效益显著。

3.2 社会效益

采用凿岩台车实施隧道钻爆开挖，更加突出了机械化施工的优势，成孔效果好，并减少了现场作业人员的配备数量，使得作业人员的作业环境得到显著改善、安全性大大提升，有效防止了突发事故而导致的群体伤亡事故。且机械化钻爆更加节能，且其他小、废水少，且经处理的废水对周边环境基本无污染。同时，采用机械化钻爆进行隧道开挖，经过严格的操作培训，也为机械化、自动化等高技术人才的培养提供了支持。

4 结语

综上所述，较人工钻爆相比，机械化钻爆作业精度高、成效好、更安全且效率高、速度快、效益好，尤其是对于硬度较高的围岩其优势愈发明显。因此，在公路隧道的钻爆施工中，机械化钻爆具有极高的推广实践运用价值。