矿山法隧道三臂凿岩台车适用情况分析
引言
深惠城际大鹏支线是粤港澳大湾区一条重要的城际铁路，其建设和运营对于推动区域经济、改善交通网络起着至关重要的作用。线路穿行的矿山法地下隧道地质环境多变，传统的人工钻爆法开挖安全风险较高。为降低隧道作业人员数量，提升矿山法隧道机械化施工水平，推进安全生产，本文将研究矿山法隧道施工中机械化钻爆开挖的可行性与经济效益。
１ 项目概况
１．１ 深惠城际大鹏支线简介
深惠城际大鹏支线起自深圳市龙岗区龙城站，途经龙岗、坪山，止于大鹏新区新大站，预计２０２６年底建成通车。作为粤港澳大湾区城际铁路网络的重要组成部分，大鹏支线也是深圳市“东进战略”的强力支撑，建成通车后可实现大鹏与龙岗、坪山半小时通勤，在坪山站换乘深大城际可快速直达宝安国际机场，龙城站换乘深惠城际可便捷抵达南山、前海等地。线路总长３９.４ｋｍ，其间矿山法隧道长达１３.５ｋｍ，占据了整个线路长度的大约三分之一（３４％）。
１．２ 矿山法隧道特点
矿山法隧道的特点主要表现在其复杂而多变的地质条件上。矿山法隧道常常穿越多种类型的岩层，包括花岗岩、片麻岩等，这些岩石的硬度相对较高，传统的人力钻爆法难以胜任。岩层之间还存在着裂隙和断层，增加了隧道施工的难度。地下水位的波动和隧道深度的变化使得围岩的稳定性面临严重挑战。地下水的涌入不仅增加了岩石的软弱带，还可能导致隧道顶部和侧壁的塌方，影响整体工程的稳定性。
由于矿山法隧道的特殊性，项目对围岩特征进行了详细的分析。通过地质勘探和实地调查获取了准确的地质信息，包括岩性、裂隙情况、地下水位等。这为后续的爆破方案提供了有力支持。在爆破设计中，选择了三臂凿岩台车作为主要爆破装置。这种机械设备具有较强的适应性，能够应对不同类型的岩石和复杂的地质环境，提高了施工的灵活性和效率。同时，项目团队通过三次试钻爆破实验，不断调整和优化爆破参数，最终取得了较好的施工效果。
１．３ 机械化施工需求与现状
由于隧道地质条件的多变性，包括岩石硬度较高、复杂的裂隙结构等因素，传统的人力钻爆法已经显得力不从心，因此迫切需要引入机械化施工技术。机械化作业通过引入凿岩台车等设备，有效减轻了作业人员的体力负担。机械化施工不仅减少了人力投入，还能够以更高的速度进行作业。凿岩台车的高效作业能力使得施工进度更为迅速，有助于加快整个工程的完成。由于隧道地质条件的多变性，传统的人力钻爆法存在较大的安全隐患。机械化设备通过自动化控制和先进的安全技术，有效降低了施工过程中的风险，保障了施工人员的安全。
２ 矿山法隧道机械法钻爆开挖
２．１ 专项爆破设计
针对深惠城际大鹏支线矿山法隧道的复杂地质条件和硬岩特性，研究团队开展了针对性的爆破方案规划，其目标是增强爆破作用、减轻震动干扰，并确保穿山隧道构造的牢固性。基于岩土勘查结果深入剖析了隧洞穿越的坚硬岩石层面的性质、裂隙区的布局等特点，清晰界定了爆破计划需关注的关键要素。在特定的爆破方案制定过程中，小组深入地分析了坚硬岩石的强韧性和耐侵蚀特性，运用了尖端的精准爆破技术。通过精心设计爆炸开孔方案借助爆炸波动的相互影响，实现对坚硬岩石的高效粉碎。经过连续的调整和精细化改进钻孔的深浅、宽度，以及彼此之间的距离等关键因素已被重新设定，目的是在确保爆破作业成效的前提下，尽可能减少对邻近岩层的不良影响。鉴于地下采矿法所采用的通道截面尺寸较为有限团队亦特别留意了对通道构造的维护。通过精心策划的炸药布局管理爆炸力量的散发，规避过分震动和撞击对隧道邻近岩层的损害。在特定的爆破规划中团队细致挑选了适宜的炸药及填充方法，旨在极力保障爆破任务的安全与控制性。
２．２ 试钻爆破过程及调整
在专项爆破设计的基础上，项目组进行了三次试钻爆破作业，以验证爆破方案的可行性并进行进一步的调整。首次试钻爆破中，团队发现爆破效果不理想，存在较大面积的欠挖现象。经过仔细分析，认为主要原因是对地质条件和岩体性质的认识不足，导致爆破参数选择不当。在第一次试钻爆破的基础上，项目组进行了深入的专题研究分析，并对爆破方案进行了优化调整。针对硬岩地层的变化，调整了爆破孔的深度和位置，以更好地适应地质条件。对装药方式进行了重新设计，以提高爆破效果和确保岩体的整体稳定性。在第二次试钻爆破中，调整后的方案取得了明显的改善。然而，仍存在一些局部的欠挖问题。项目组对这一现象进行了细致的分析，发现是因为地层中存在裂隙导致的局部松散带，对此进行了修正。在第三次试钻爆破中，采用了调整后的爆破方案，实际进尺达到了３.７６ｍ，开挖轮廓相对平整，整体效果得到了进一步的提升。
通过对试钻爆破过程的反复调整，项目组不仅验证了专项爆破设计的科学性和实用性，也积累了在复杂地质条件下的实际经验。不断调整优化的过程，使得爆破方案更加贴近实际情况，为后续的隧道施工提供了有力的支持。
２．３ 爆破效果分析
深惠城际大鹏支线矿山法隧道的爆破施工是整个工程中的重要环节，而爆破效果的分析对于提高工程的进度和质量至关重要。通过对实际的试钻爆破过程进行深入研究和详细分析，可以更全面地了解爆破效果的优劣，为今后的施工提供经验和指导。针对三次试钻爆破的结果，项目组对比了不同爆破作业的数据，进一步分析了爆破效果的差异。通过详细比对统计表，可以看出第三次施工的掏槽眼、辅助眼、底板眼等关键参数的合理调整，使得钻孔的分布更加均匀，爆破药量得到更合理的配置。这一系列的调整在实际效果中得到了体现，整体的进尺和开挖轮廓都较为理想，爆破效果有了明显的提升。
２．４ 与人工钻孔爆破的对比分析
试钻爆破是机械化施工的一项重要环节。为了更全面地评估机械化施工的效益，项目组进行了与传统人工钻孔爆破的对比分析，如表１所示。
在爆破的人员配置和作业时间方面，人工钻孔需要１３名司钻工、３名辅助工，作业时间为３.７５ｈ。而相较之下，三臂凿岩台车的人员配置相对简单，仅需２名操作手，作业时间为５.７５ｈ。这不仅在人员数量上实现了明显的减少，同时也在作业时间上有所增加。但需要注意的是，机械化施工由于采用了更为先进的设备，作业效率和准确性方面有着明显的优势。在试钻爆破的具体参数对比方面，项目组深入分析了钻孔数量、进尺、炮孔参数等关键指标。人工钻孔需要１２５个孔，而三臂凿岩台车则需１４８个孔，差异不大。然而，通过实测数据，实际进尺方面，三臂凿岩台车取得了３.７６ｍ的进尺，明显优于人工钻孔的３.５ｍ。通过炮孔参数的对比，虽然三臂凿岩台车的总装药量较多，但单个炮孔的雷管和炸药的使用量相对更为经济。这一方面彰显了机械化施工在实际作业中的精准性，另一方面也反映了机械设备在硬岩施工中的优势。施工方式的成本方面，在人工钻孔爆破中，平均成本为５１.５７元／ｍ³，而三臂凿岩台车的平均成本为１１４.２３元／ｍ³。机械化施工的成本相对较高，主要受设备摊销和维护费用的影响。然而，通过进一步考虑施工效率和凿岩质量等方面的优势，机械化施工在整体经济性上仍具有竞争力。
３ 结论
通过对深惠城际大鹏支线矿山法隧道的矿山法机械化施工的深入研究和对比分析，研究团队得出了一系列关键结论。三臂凿岩台车在硬岩隧道开挖中表现出卓越的凿岩和爆破能力，尤其在狭小断面的机械施工方面具备明显优势。尽管相较于传统的手动打孔与爆裂方法自动化施工在若干领域内可能面临一些成本上的不利因素，然而其在工作效率、建造品质以及精确度等方面的显著进步，为其在重大硬质岩石隧道项目中的运用奠定了稳固的根基。