在隧道施工中，如受到地形的影响，施工人员通常会采取爆破处理，以三臂凿岩台车为例，可采用楔形和直眼掏槽两种方式。为筛选出最佳方法，文章对两者进行了多方面的对比，具体体现在台车工作性能、爆破特性及炮孔的设计位置等内容。通过对比发现，采用直眼掏槽工法更为适宜，在确保质量的同时不仅能节约成本，而且可以缩减施工工期，提高工程效率。
０ 引言
目前国内的隧道钻孔工作大多采用启动凿岩机，同时还辅助使用开挖台架等设备。通过人工钻孔实现爆破的方式虽然所需资金少，但人工作业强度普遍偏大，效率低下的同时还面临诸多危险。使用多臂凿岩台车在效率上更为优越，以其高度的自动化水平及稳定的操作流程深受隧道钻孔工程的青睐。从行业发展趋势角度考虑，机械作业将逐步替代人工作业方式，今后的工程大多是基于机械设备展开的，采用多臂凿岩台车进行钻爆也符合行业发展潮流。
1 工程概况
该隧道呈东西走向,是极具代表性的高山峡谷地貌,左洞全长2358m,右洞全长2506m,是全线控制性工程,隧道项目地质岩性为岩浆岩,属于块状全晶质花岗岩,自身有着优异的整体性,绝大多数的压强都要大于192MPa,是经典的Ⅱ级围岩种类。其中存在一些不利于工程开展的因素,最为明显的当属高地应力,它对爆破质量造成了严重的影响,所需的炸药单耗也比正常环境多。
2 三臂凿岩台车楔形掏槽钻爆法
2.1 XL3D三臂凿岩台车简介
从结构角度考虑,该设备主要由钻臂、凿岩机及液压系统等多类组件构成;从功能角度考虑,该设备可以完成钻爆孔、注浆孔及灌浆等数十种作业需求。在运行过程中具有高度的可靠性,效果显著,符合人机工程的基本特性。该三臂凿岩台车引入了先导控制液压系统,通过高效的传动显著减少高压胶管的使用量,因此保障了操作者的安全,且噪音得到良好控制。基于先进的人机工程控制面板,可以将各类液压部件高度集中在一起,为后续的维护工作带来了便利。配备的防护顶棚具有高度的抗冲击性,达到了FOPS标准,并且能够升高至1.1m,进而为操作者带来更宽广的视野。为提升设备的精准性,Boomer XL3D还引入了先进的推进梁角度测量系统,可以提升钻孔精度,避免超挖及欠挖现象的出现。
设备的大臂长度达到了7.1m,并辅助配备了长度为5.25m的钻杆,进而可以较轻松地实现大断面的开挖,其具体示意图如图1所示。
2.2 测量准备工作
由于传统的测量方法耗时较长,基于提升施工效率的目的,在采用全站仪进行测量的同时还辅助使用了激光导向仪。在洞顶处配备一台激光指向仪,对激光束进行控制,以此实现与隧道轴线的一致性。在完成台车定位工作后,作业者借助全站仪可以完成炮眼的放样工作。以激光透射为参考,综合掌子面对应的点束位置,作业者可以进行槽眼及辅助眼的钻掏工作。借助此方法将会避免占用工序循环时间的现象,每个循环可节约30~40min。
2.3 楔形掏槽爆破设计
基于提升爆破安全性的目的,对不同的爆破部位而言,应当制定相对应的参数及装药方式,可以参考爆破破碎标准进行合理的调整。在使用机械设备的基础上辅助配备相应人力,以此完成爆破现场的清理工作,爆破具体工序为三步:准备材料并调试设备、进行爆破、清理现场。
▲图1 XL3D三臂凿岩台车
（1）炮孔布置。由于工程工期较紧张,并且存在较多安全隐患,因此需要尽可能降低作业面人员的数量。对此,无论是进口还是出口均采用XL3D三臂凿岩台车设备。预先确定好周边眼间距及套槽眼角度等参数后,在后续的施工中持续关注各类参数,根据实际情况作出相应调整。以段位为划分标准,对炮孔进行非电毫秒雷管的安装,而后将其与1段毫秒雷管连接,最终可通过电雷管实现爆破。
（2）爆破参数的确定。在上述各类设计内容的基础上,将楔形掏槽钻孔数量确定为133个,非异常状况下循环进尺为3.4m,炮眼的利用程度显著提升,达到90%,该工程共需炸药总量为358.25kg,在材料的利用上做到了省料与高效。
2.4 台车强制保养制度
随着施工的持续进行,台车的工作效率将受到影响,因此制定了“1+1”的维护模式,即每当完成一处开挖放炮后,需要对设备进行保养,以此确保台车的性能,降低故障发生概率。保养内容除了基础性的检查及紧固操作外,还需要对设备的各器件进行清理,加之施工环境复杂,防腐工作也必不可少。
3 三臂凿岩台车直眼掏槽钻爆法
炮眼与开挖面之间表现为垂直关系,各距离相近的炮眼共同构成直眼掏槽,不装药的炮眼可以称之为空眼,它可以为装药眼创造临空面,以此提升掏槽眼内的破碎效果。因此,直眼掏槽的岩石得以破碎是基于各相近炮眼炸药威力的汇集而实现的。岩石在破碎后可将其抛出槽外,而后形成的槽腔可以为后续炮眼提供第二临空面,以此延展爆破至设计轮廓处。对于坚硬岩层而言,采用直眼掏槽的方式更为适用,本工程所处的区域为花岗岩,显然符合直眼掏槽的爆破方式。应当注意,无论是直眼掏槽还是楔形掏槽,其对应的台车性能参数均一致,但在炮孔的位置设计和对应用量方面存在差异。
3.1 直眼掏槽爆破方案
（1）炮孔布置。综合考虑岩石的强度及密度等因素,在分析已有爆破案例后,最终将方案制定为五梅花中空直眼掏槽方式。爆破后的清理工作强度大,基于减轻清洁压力的目的,在添置材料时应从孔底展开,而后逐一添置炸药、水袋和炮泥。
（2）爆破网络。在引爆索的作用下,可以控制传爆方向,使周边的眼孔能够在同一方向上实现并联,最后实现爆破。从理论层面出发,周边眼在引导索的作用下通过1发毫秒雷管便可以实现引爆,但由于实际操作环境复杂,因此需要在周边眼以5~6个炮孔为标准进行分区,最后将毫秒雷管并联起来,由电雷管实现爆破。
4 技术经济效益分析
实际上,可以采用的直眼掏槽爆破方式并非一种,基于提升工程质量与效率以及削减成本的目的,本文不仅分析了直眼掏槽对应的各类药品规格,还列出了楔形掏槽的药品使用量,进而展开全面的对比。
由上表的数据对比可以得知:在循环进尺方面,两种方式几乎保持一致;但是相比对采用楔形掏槽技术,直眼掏槽技术可以在很大程度上缩减工期,同时无论是炸药用量还是导爆管数量方面均显著减少,整体成本节约了31%左右,由此足以彰显出直眼掏槽工法的优越性。
5 结语
综上所述,相比于其他类型的工程施工,隧道施工的断面普遍较小,由此限制了作业的活动范围,人工钻爆虽然灵活但效率低下,同时伴随安全性不足等问题。本项目中采用了新型的臂凿岩台车,并综合对比了楔形及直眼掏槽爆破方式,通过对爆破参数的设计以及配套机械的使用,可以提升隧道爆破的质量,进而达到预期目标。
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