三臂凿岩台车在聚能水压光面爆破中的应用与研究
随着我国经济和社会的发展，隧道工程发展进入了一个新的时期，特别是高等级公路隧道建设更是日新月异。目前国内山岭隧道基本全部采用钻爆法施工，主要分手动钻爆和凿岩台车钻爆两种形式。而手动钻爆法存在投入工人多、劳动强度高、钻进速度慢等问题，在隧道建设中的应用受到局限。为了提高隧道的施工效率、提升隧道施工技术水平，有必要对隧道凿岩台车钻爆在聚能水压光面爆破工程中进行研究。
吕玉松依托巴玉隧道，对比分析了三臂凿岩台车楔形与直眼掏槽爆破技术在小断面隧道开挖施工中的应用，验证了直眼掏槽施工法为最佳施工方案。雷升祥、崔永杰等依托渝怀铁路项目，分析了液压凿岩台车的技术优势，阐述了液压凿岩台车使用中的技术、施工管理问题及当前建设管理机制问题。周荣依托黔张常铁路武陵山隧道，针对凿岩台车钻爆法设计了３种施工方案，对不同方案的成本效益进行必选，验证了凿岩台车钻爆法的优越性。陈玉奎依托京沈高速铁路客运专线三棱山隧道，采用三臂凿岩台车进行钻爆施工，引进了蚁群算法，并运用ＭＡＴＬＡＢ进行编程，优化了钻爆参数，提高了作业效率、钻爆精度，减少了围岩损伤。赵宏博、卢伟依托郑万高铁隧道，通过对比三臂凿岩台车与传统钻爆法的优缺点及一系列试验，总结出一套三臂凿岩台车在软弱围岩地质条件下施工的理论数据及现场施工经验。薛君、郝纯宗等依托东天山特长公路隧道建设项目，通过现场试验及理论分析，总结出一套适合Ⅳ级围岩全断面隧道开挖的机械化配套组合方案。郑朝保、张龙等通过数据收集及现场实地测试等方式，分别对采用液压凿岩设备和气动凿岩设备进行隧道掘进钻孔作业的技术经济性进行了分析，研制了适合我国隧道施工技术特征的凿岩台车。
１ 工程概况
官田隧道位于湖南省怀化市麻阳县兰村乡境内，进口位于兰村乡桐古垅村附近，出口位于兰村乡牛崽冲附近。隧道全长３７７７.２７ｍ，掘进宽度１４.７ｍ、掘进高度１２.３８ｍ。官田隧道位于沅麻红层盆地，构造运动频繁，断裂构造发育。岩性以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主。
为加快官田隧道的施工进度，采用斜井的方式增加开挖面，官田斜井共有２个开挖面，分别为大里程与小里程。大里程采用人工钻孔方式，小里程采用三臂台车钻孔，爆破方式均采用上下台阶分布爆破，本文仅对上台阶爆破进行研究。
本工程采用阿特拉斯·科普柯公司Ｂｏｏｍｅｒ型凿岩台车为研究对象，它的基本结构主要是由液压凿岩机、推进梁、钻臂、辅助臂、液压系统、底盘、行走系统、电缆卷筒、电气系统、供水系统、供气系统、操作面板等部分组成，图１为Ｂｏｏｍｅｒ型凿岩台车。
２ 爆破设计
２．１ 爆破器材的选择
结合现场实际情况，合理地选择爆破器材，才能取得良好的爆破效果，具体如下。
（１）炸药：采用直径３２ｍｍ，长度３００ｍｍ，３００ｇ／卷的乳化炸药。
（２）雷管：采用不同段的毫秒延迟雷管，主要为Ｍｓ１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７。
（３）聚能管：采用Ｗ型聚能管，长度１.５ｍ，２ｍ，２.５ｍ，根据现场实际需要进行定制。
（４）钻机：Ｂｏｏｍｅｒ三臂凿岩台车。
２．２ 炮孔布置
为加快工程进度，大里程与小里程同时掘进，大里程采用人工钻孔掘进方式，小里程采用三臂凿岩台车进行掘进爆破。根据隧洞现场施工情况，并结合理论分析，对开挖断面型式进行爆破设计，掏槽孔、辅助孔、底边孔采用常规爆破，周边孔采用聚能水压光面爆破，图２为上台阶炮孔布置，图３为掏槽孔布置。
２．３ 装药结构
为提高围岩爆破光面效果、炸药利用率，减少围岩扰动，掏槽孔、辅助孔、底边孔采用常规水压爆破，周边孔采用聚能水压光面爆破（图４）。
爆破具体参数见表１。
３ 爆破施工工艺
现场施工要严格按照施工准备、测量放线、钻孔作业、验孔作业、装药堵塞、联网警戒、引爆炸药、通风除尘、排危排险、效果检查的工艺流程进行掘进爆破，图５为爆破施工工艺流程。
３．１ 施工准备
由于三臂台车所需电压较高，因此在钻孔爆破前，需要对供电电压以及供水系统水压进行检查，检查是否满足供电供水要求。同时需要检查照明情况，保证施工作业环境明亮。待检查完成后即可进行台车钻孔作业。
３．２ 测量放线
在隧道开挖以前，首先由测量人员按照技术交底进行周边眼炮孔位置测量放样，并用红油漆标识，技术人员严格要求施工人员按照测量放样的位置进行钻孔，以保证隧道轮廓圆顺。在爆破排险后，测量人员及时进行断面复测，以检查爆破效果，并将检查结果及时反馈给现场施工人员，方便施工人员对爆破参数进行调整，进而达到更好的爆破效果。
３．３ 台车钻孔
隧道内钻孔使用Ｂｏｏｍｅｒ型凿岩台车，直径５０ｍｍ炮孔，钻孔时采取湿式钻眼。一是有利于作业人员进行操作，二是属于对作业环境的要求所采取的综合防尘措施之一，可保护作业人员的身体健康。
３．４ 验孔作业
每次钻孔作业结束后，工程部门的技术人员或专职验收人员应检查并验收钻孔，同时记录数据。如有任何差异，应在施工或修改前报告技术部门的现场技术工程师进行确认。
３．５ 装药堵塞
按照爆破设计的装药量以及装药结构进行炮孔装药，装药前应对炮孔进行检查，检查是否有堵孔、卡孔问题，应根据现场实际情况，及时调整炮孔装药量。装药完成后，采用预制炮泥对炮孔进行封堵。炮泥为专用炮泥，周边孔炮泥长度不小于２００ｍｍ，其余炮孔不小于４００ｍｍ。
３．６ 联网警戒
爆破员根据爆破设计要求联接起爆网络。联网时孔与孔之间的导爆管、雷管脚线要保持一定的松紧度，防止拉脱或损坏导爆管造成拒爆。起爆网络经技术部工程师检查无误后，才能进行爆破警戒。隧道内因为三班作业，各施工点应由施工班组的班组长为现场爆破负责人。爆破负责人爆破前应对各警戒点亲自布设，及时通知隧道内爆破安全距离以内的工作人员进行撤离。
３．７ 引爆炸药
在警告过程结束时，爆破现场的负责人要确认警告区域内的人员和设备已从警告区域撤离，此时，发出第二个警报，并在几秒钟的倒计时中发出“起爆”命令。
３．８ 通风排尘
爆破后，隧道内的粉尘及有毒有害气体浓度较大，需要１５ｍｉｎ左右的时间进行排尘，将爆破烟尘和有毒有害气体的浓度降至安全允许的范围内。如果在验炮时发现工作面的风筒脱节或损坏而不能使工作面的烟尘很快吹散时，验炮人员应首先对通风设施进行处理。
３．９ 排危排险
待掌子面工作面烟尘浓度和有毒有害气体浓度降至安全范围后，参与排险的检查人员将进行排险检查工作。在进行排险检查时，应确认屋顶和岩石表面没有有危险的岩石或活石。人员应站在安全的地方，先检查或处理顶部的危险岩石，危险的岩石应该用长柄工具或长钻杆来处理。
４ 爆破效果分析
液压凿岩台车的凿岩速度明显快于气动凿岩机的凿岩速度，大约快５０％以上，总体施工进度大约快３０％以上，液压凿岩台车一次成多孔，大幅减少钻孔时间，而且钻杆定位准确迅速，并且不需配置辅助台架平台，大幅节省非钻孔时间。
目前气动凿岩机已经广泛应用于隧道开挖中，但由于施工人员多、劳动力度大、作业环境差、掘进速度慢等因素，并且施工具有一定的局限性，而液压凿岩台车以其动力能量利用率高、噪声小、风险低、能耗小、综合效果明显等优势，逐渐变成隧道施工机械化的推广机械。
与人工钻进相比，凿岩台车钻孔精度高、钻杆钻进稳定。而且凿岩台车所需施工人员少，其操作人员有着安全的操作室，进而大幅降低了碎石掉落带来的危害。
５ 结论
（１）通过理论分析，结合现场试验，介绍了三臂凿岩台车的基本结构和工作原理以及技术参数，分别从材料选择、炮孔布置、装药结构等方面对聚能水压爆破技术进行了优化。
（２）通过理论分析，对爆破工艺进行筛选优化，分别从施工准备、测量放线、钻孔作业、验孔作业、装药堵塞等方面对爆破工艺流程进行了详细介绍，通过现场实施，验证了工艺流程的全面性、可靠性。
（３）通过对比三臂凿岩台车与风动凿岩机的钻进速度，以及钻孔精度、劳动能耗、作业风险、噪声等方面的比较，验证了三臂凿岩台车应用隧道施工的优越性。