关于多臂凿岩台车在长大隧道使用的必要性分析

在公路隧道钻爆法开挖中，针对人工作业和多臂凿岩台车施工的特点，对两种钻爆法施工技术进行了对比研究，并根据技术的不同分析了两种方法在施工质量上的差别，又通过对凿岩过程和特点的对比研究了两种钻爆方法在经济性和安全性上的差别，在总结了使用多臂凿岩台车施工的优缺点后，得出应该普及多臂凿岩台车的使用这一结论。

一、钻爆法的发展

如今，在地质条件、工期及质量要求不同的情况下，隧道的施工方法也多种多样。而随着国家的发展和技术的成熟，各种施工方法也得到了迅速的发展。其中，新奥法可以适应各种地质条件，解决多个重难点问题的特点，几乎成为今天在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。而在采用新奥法施工的隧道中，其开挖方法一般为钻爆法。从早期的由人工用钎杆、锤击凿孔，用雷管逐个引爆单个药包，到如今机械化钻爆的兴起，钻爆法已经成为目前隧道开挖的主要方法。

钻爆法就是过在掌子面上设计钻孔，然后装药爆破，再将破落下来的碎石运走，通过喷锚支护、防排水、二次衬砌等工序，便建成可供通行的隧道。因为钻爆法的适应性强，效率高的特点，已成为山地公路隧道施工开挖的主要方法。传统的爆破方法一般采用人工钻孔，即工作人员手持风钻配备简单的开挖台车进行钻爆施工。但人工作业存在环境恶劣，工作时间不定，并且危险性较大等问题。随着技术的发展，机械化水平的提高，新的设备，新的方法不断出现，这些技术的改进与完善不仅加快了施工的速度，也让施工的质量和安全性等方面有了明显的提高。在一些发达地区已经基本实现了机械化，在这个方面，中国与其他一些发达国家还存在一些差距，国内大多数采用的还是人工作业的方式，但机械化的趋势已经慢慢深入到各个施工环节。

二、人工作业与多臂凿岩台车施工对比

１．人工作业与多臂凿岩台车打钻的技术对比

针对人工作业，经过测量之后，将开挖台车推到掌子面前面，工人将风钻移上台车，并手持风钻对掌子面进行钻孔，装药，然后撤开台车，撤出人员、机具，远程控制爆破。随后进行通风降尘、安全排险、出渣；使用多臂凿岩台车时，等台车就位，作业人员操作台车进行钻孔，待钻孔结束进行装药，随后操作人员驾驶台车撤出洞外，进行爆破，通风降尘、安全排险、出渣等一系列工序。在打钻过程中，多臂凿岩台车打孔的角度、位置、深度都可以在机械操作下有一个较为精确的控制，大大降低了人工钻孔可能发生的各种偏差，减少了超欠挖的情况。而且整个过程中，操作人员数量大大减少，距掌子面的距离也相对较远，保障了工人的人身安全。并且多臂凿岩台车可以装备不同尺寸规格的钎杆，钻凿出不同尺寸的炮眼。

２．人工作业与多臂凿岩台车施工质量对比

当隧道开挖采取人工作业时，由工人手持风钻对掌子面进行钻孔，需要人来控制钻孔的角度、深度、速度，这样就使炮眼的精度、质量大大下降，多了很多人为因素，最终造成超欠挖的情况，引起后续施工的一系列问题。而使用多臂凿岩台车施工时，可以提前设计好钻杆的深度、角度，一旦定位完成，不会出现像人工打钻那样的偏差。这样就使目前应用较多的光面爆破一次成型技术得到质量和精度的保证。同时，也大大改善了隧道超欠挖控制这一难题。

３．人工作业与多臂凿岩台车施工凿岩对比

（１）提高了钻孔效率。根据浙江省杭绍台高速玄风岭隧道进口的打钻经验来讲，采用台车钻孔，钻一个孔的时间大约为２ｍｉｎ，而人工钻孔用的二八钻钻一个孔的时间大约为２０ｍｉｎ；采用全断面进尺方式，人工开挖每循环平均钻孔时间约为６ｈ，使用多臂凿岩台车开挖每循环平均钻孔时间为２．５ｈ，钻孔时间比人工开挖减小约３～４ｈ。

（２）降低了钻孔难度。台车机械臂移动、旋转灵活，长度也足够，可以钻不同角度、不同高度、不同类型的炮眼。

（３）减少了人员数量。人工开挖每班约需要９名工人同时作业，多臂凿岩台车开挖，只需３～４个人员即可完成同样的工作。

（４）减少了污染。多臂凿岩台车采用电力驱动，能源清洁，同时也减少了打钻过程中噪音、污水、粉尘对环境和工人健康的影响。

（５）提高了安全性。操作人员在台车内部控制操作杆进行作业，操作室离掌子面有１０ｍ左右的距离，有效避免了围岩坍塌伤人事故。

４．人工作业与多臂凿岩台车施工经济性对比

在使用多臂凿岩台车时，材料费以及机械花费较人工打钻偏高，主要原因是多臂凿岩台车的成本较高，而且钻杆寿命较常用的手持二八钻也低很多，导致零件损耗较快，更换维修费用较高。但由于大大减少了人员数量，所以在人工费上有了很大的减少。总的来讲，虽然使用多臂凿岩台车较人工作业成本较高，但在工程掘进的速度上有了明显提高，所以在工程进度方面有很大的优势，大大缩短了工期。同时，多臂凿岩台车对钻孔的控制更加精确，减少了超欠挖量，降低了由于超欠挖所造成的损失。

５．人工作业与多臂凿岩台车施工安全性对比

若采用人工作业，在掌子面打钻时，操作人员手持风钻靠近掌子面施工，如果掌子面附近围岩较差，土石松动，打钻所引起的冲击可能会造成垮塌，容易造成人员伤亡。而且人工打钻同时工作的人员较多，容易引起多人伤亡事故。而采用多臂凿岩台车时，操作人员距掌子面较远，人员在台车的操作室内部，即便发生危险，也可以起到保护作用；人工作业需要约６把风钻，会产生大量的噪音和灰尘，使工作环境极差，而且手腕长时间反复运动，造成职业病频发，对工人的身体健康造成极大的危害。使用多臂凿岩台车时，整个作业过程对空气基本没什么污染，噪音较小，污水较少，而且施工强度低，工人的工作环境得到很大的改善。

６．对比总结

（１）使用多臂凿岩台车施工面临的困境

①采用多臂凿岩台车开挖，尽管超欠挖值相对减少，但是台车的维修费和材料费等综合成本与人工开挖相比增加。

②由于多臂凿岩台车尺寸较大，采用全断面开挖优势比较明显，但不适宜双侧壁导坑、ＣＲＤ、和台阶法等方式施工，如三台阶七步开挖方式，由于工序繁多，开挖面积较小，多臂凿岩台车在这种情况下根本施展不开，而且设计和监理单位等也一般不同意此种开挖方式。

③多臂钻功率较高，如徐工机械电气系统总装机功率在２００ｋｗ左右，按照工作５ｈ，每度电１元来计算，每循环损耗电量在２００ｋｗ×５×１＝１０００元，电力损耗较大，成本较高。在设备维护方面，需要建立专门的设备保护机制，因为设备本身价值较高，又包含日常维护费、设备维修费、易损件损耗费以及专门的管理人员的费用，一旦因使用不当造成损坏，已没有专门的人员机制去管理，就会产生高昂的维修费用，还可能会造成施工停工，体现了多臂凿岩台车在隧道开挖施工上的局限性。

（２）使用多臂凿岩台车施工的优势

①通过引进大型隧道设备，提升机械化施工装备水平，促进隧道施工质量发展，与发达国家距离更进一步。

②随着高速公路建设中，山地丘陵地带增多，公路隧道的比例逐步加大，隧道机械化施工具有明显的经济效益和安全性，可以大大改善施工环境，充分贯彻“以人为本”的理念。

③机械化施工是降低劳动强度、提高作业效率、加快施工进度和保证施工质量的重要手段，与人工作业比较，具有很大的优势。公路隧道机械化施工作业，在施工技术、设备配套等方面有着较为明显的特点。主要特点可以概括为：

ａ．能够完成难度较大，危险性较高的施工作业任务，作业质量有保证；

ｂ．能够大大提高劳动生产率，加快工程进度；

ｃ．施工生产的安全性得到极大提高，施工作业环境条件得到极大改善。

三、结论

目前山岭公路隧道的主要开挖方法为钻爆法施工。如今国内主要采用的是气动凿岩机人工作业为主，但这种方法钻孔速度比较缓慢、作业环境差、超挖欠挖量比较大，安全隐患多，制约了隧道修建技术的快速发展，也不符合“以人为本”的理念。而多臂凿岩台车施工不仅在施工进度、质量、安全性等方面体现了其优越性，而且对隧道机械化发展提供了很大的帮助。本文对人工作业和多臂凿岩台车钻爆进行技术、质量、凿岩、经济和安全性对比，主要从施工流程、施工特点、人员配备等方面进行了详细比较，最终得出，多臂凿岩台车钻爆更符合当今机械化发展的施工道路。多臂凿岩台车的优势会越来越明显，前景光明，是今后隧道钻爆施工发展的主要方向。