在隧道施工中，如受到地形的影響，施工人員通常會採取爆破處理，以三臂鑿巖臺車為例，可採用楔形和直眼掏槽兩種方式。為篩選出最佳方法，文章對兩者進行了多方面的對比，具體體現在臺車工作性能、爆破特性及炮孔的設計位置等內容。通過對比發現，採用直眼掏槽工法更為適宜，在確保質量的同時不僅能節約成本，而且可以縮減施工工期，提高工程效率。
０ 引言
目前國內的隧道鑽孔工作大多采用啟動鑿岩機，同時還輔助使用開挖臺架等設備。通過人工鑽孔實現爆破的方式雖然所需資金少，但人工作業強度普遍偏大，效率低下的同時還面臨諸多危險。使用多臂鑿巖臺車在效率上更為優越，以其高度的自動化水平及穩定的操作流程深受隧道鑽孔工程的青睞。從行業發展趨勢角度考慮，機械作業將逐步替代人工作業方式，今後的工程大多是基於機械設備展開的，採用多臂鑿巖臺車進行鑽爆也符合行業發展潮流。
1 工程概況
該隧道呈東西走向,是極具代表性的高山峽谷地貌,左洞全長2358m,右洞全長2506m,是全線控制性工程,隧道項目地質巖性為岩漿岩,屬於塊狀全晶質花崗岩,自身有著優異的整體性,絕大多數的壓強都要大於192MPa,是經典的Ⅱ級圍巖種類。其中存在一些不利於工程開展的因素,最為明顯的當屬高地應力,它對爆破質量造成了嚴重的影響,所需的炸藥單耗也比正常環境多。
2 三臂鑿巖臺車楔形掏槽鑽爆法
2.1 XL3D三臂鑿巖臺車簡介
從結構角度考慮,該設備主要由鑽臂、鑿岩機及液壓系統等多類組件構成;從功能角度考慮,該設備可以完成鑽爆孔、注漿孔及灌漿等數十種作業需求。在運行過程中具有高度的可靠性,效果顯著,符合人機工程的基本特性。該三臂鑿巖臺車引入了先導控制液壓系統,通過高效的傳動顯著減少高壓膠管的使用量,因此保障了操作者的安全,且噪音得到良好控制。基於先進的人機工程控制面板,可以將各類液壓部件高度集中在一起,為後續的維護工作帶來了便利。配備的防護頂棚具有高度的抗衝擊性,達到了FOPS標準,並且能夠升高至1.1m,進而為操作者帶來更寬廣的視野。為提升設備的精準性,Boomer XL3D還引入了先進的推進梁角度測量系統,可以提升鑽孔精度,避免超挖及欠挖現象的出現。
設備的大臂長度達到了7.1m,並輔助配備了長度為5.25m的鑽桿,進而可以較輕鬆地實現大斷面的開挖,其具體示意圖如圖1所示。
2.2 測量準備工作
由於傳統的測量方法耗時較長,基於提升施工效率的目的,在採用全站儀進行測量的同時還輔助使用了激光導向儀。在洞頂處配備一臺激光指向儀,對激光束進行控制,以此實現與隧道軸線的一致性。在完成臺車定位工作後,作業者藉助全站儀可以完成炮眼的放樣工作。以激光透射為參考,綜合掌子面對應的點束位置,作業者可以進行槽眼及輔助眼的鑽掏工作。藉助此方法將會避免佔用工序循環時間的現象,每個循環可節約30~40min。
2.3 楔形掏槽爆破設計
基於提升爆破安全性的目的,對不同的爆破部位而言,應當制定相對應的參數及裝藥方式,可以參考爆破破碎標準進行合理的調整。在使用機械設備的基礎上輔助配備相應人力,以此完成爆破現場的清理工作,爆破具體工序為三步:準備材料並調試設備、進行爆破、清理現場。
▲圖1 XL3D三臂鑿巖臺車
（1）炮孔佈置。由於工程工期較緊張,並且存在較多安全隱患,因此需要儘可能降低作業麵人員的數量。對此,無論是進口還是出口均採用XL3D三臂鑿巖臺車設備。預先確定好周邊眼間距及套槽眼角度等參數後,在後續的施工中持續關注各類參數,根據實際情況作出相應調整。以段位為劃分標準,對炮孔進行非電毫秒雷管的安裝,而後將其與1段毫秒雷管連接,最終可通過電雷管實現爆破。
（2）爆破參數的確定。在上述各類設計內容的基礎上,將楔形掏槽鑽孔數量確定為133個,非異常狀況下循環進尺為3.4m,炮眼的利用程度顯著提升,達到90%,該工程共需炸藥總量為358.25kg,在材料的利用上做到了省料與高效。
2.4 臺車強制保養制度
隨著施工的持續進行,臺車的工作效率將受到影響,因此制定了“1+1”的維護模式,即每當完成一處開挖放炮後,需要對設備進行保養,以此確保臺車的性能,降低故障發生概率。保養內容除了基礎性的檢查及緊固操作外,還需要對設備的各器件進行清理,加之施工環境複雜,防腐工作也必不可少。
3 三臂鑿巖臺車直眼掏槽鑽爆法
炮眼與開挖面之間表現為垂直關係,各距離相近的炮眼共同構成直眼掏槽,不裝藥的炮眼可以稱之為空眼,它可以為裝藥眼創造臨空面,以此提升掏槽眼內的破碎效果。因此,直眼掏槽的岩石得以破碎是基於各相近炮眼炸藥威力的彙集而實現的。岩石在破碎後可將其拋出槽外,而後形成的槽腔可以為後續炮眼提供第二臨空面,以此延展爆破至設計輪廓處。對於堅硬岩層而言,採用直眼掏槽的方式更為適用,本工程所處的區域為花崗岩,顯然符合直眼掏槽的爆破方式。應當注意,無論是直眼掏槽還是楔形掏槽,其對應的臺車性能參數均一致,但在炮孔的位置設計和對應用量方面存在差異。
3.1 直眼掏槽爆破方案
（1）炮孔佈置。綜合考慮岩石的強度及密度等因素,在分析已有爆破案例後,最終將方案制定為五梅花中空直眼掏槽方式。爆破後的清理工作強度大,基於減輕清潔壓力的目的,在添置材料時應從孔底展開,而後逐一添置炸藥、水袋和炮泥。
（2）爆破網絡。在引爆索的作用下,可以控制傳爆方向,使周邊的眼孔能夠在同一方向上實現並聯,最後實現爆破。從理論層面出發,周邊眼在引導索的作用下通過1發毫秒雷管便可以實現引爆,但由於實際操作環境複雜,因此需要在周邊眼以5~6個炮孔為標準進行分區,最後將毫秒雷管並聯起來,由電雷管實現爆破。
4 技術經濟效益分析
實際上,可以採用的直眼掏槽爆破方式並非一種,基於提升工程質量與效率以及削減成本的目的,本文不僅分析了直眼掏槽對應的各類藥品規格,還列出了楔形掏槽的藥品使用量,進而展開全面的對比。
由上表的數據對比可以得知:在循環進尺方面,兩種方式幾乎保持一致;但是相比對採用楔形掏槽技術,直眼掏槽技術可以在很大程度上縮減工期,同時無論是炸藥用量還是導爆管數量方面均顯著減少,整體成本節約了31%左右,由此足以彰顯出直眼掏槽工法的優越性。
5 結語
綜上所述,相比於其他類型的工程施工,隧道施工的斷面普遍較小,由此限制了作業的活動範圍,人工鑽爆雖然靈活但效率低下,同時伴隨安全性不足等問題。本項目中採用了新型的臂鑿巖臺車,並綜合對比了楔形及直眼掏槽爆破方式,通過對爆破參數的設計以及配套機械的使用,可以提升隧道爆破的質量,進而達到預期目標。
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