基于Atlas Boomer L2D液压凿岩台车的隧道爆破施工技术
钻孔是隧道钻爆法施工的关键环节，与气动凿岩机相比较，凿岩台车既能够精确地钻凿出一定角度和孔位的炮孔，又可以装长钎杆钻凿较深和直径较大的炮孔。若采取人工爆破的方式，将存在工作强度大、成本高等问题，甚至会对施工人员的安全造成威胁。因此，使用凿岩台车能够提高凿岩效率，节省劳动力，已成为隧道爆破工程中重要的工程设备。
１ 工程概况
案例项目涉及的拉卜楞特长隧道岩体结构主要由Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩组成，其中Ⅲ、Ⅳ级围岩居多，占７５％。常见Ⅳ围岩的岩体为薄层变质砂岩夹板岩，青灰色，层理发育，层厚较小，层间结合一般，岩体较破碎，岩质局部较坚硬，围岩稳定性一般，岩体表面湿润，轻微渗水痕迹，掌子面前方开挖时易出现落石、掉块现象。
２ Ａｔｌａｓ Ｂｏｏｍｅｒ Ｌ２Ｄ双臂凿岩台车斜眼掏槽钻爆设计思路
拉卜楞特长隧道出口Ⅳ级围岩岩体以粉砂岩、泥质板岩为主，根据围岩状况选择上下台阶法开挖。上台阶掏槽方式选择斜眼掏槽中的垂直楔形掏槽方式，斜眼掏槽掏槽体积大，能将掏槽内的岩石体积全部抛出，形成有效的自由面，容易保证掏槽效果，掏槽眼位置容易掌握。垂直楔形掏槽２对水平方向的槽眼眼口间距为１.０～１.４ｍ，眼底间距为０.２～０.３ｍ，排距为０.３～０.５ｍ，槽眼角度为６０°～７０°。
拉卜楞特长隧道Ⅳ级围岩支护参数拱架间距设计为１.２ｍ。当开挖进尺为２.４ｍ时装药量在８０ｋｇ左右，采取的掏槽方式为两级垂直掏槽。当开挖进尺为３.６ｍ时，装药量在１５０ｋｇ左右，爆破振动剧烈。为了更好地控制爆破效果，减少掏槽爆破对周边围岩的扰动，掏槽设计由原来二级掏槽改为三级掏槽（见图１）。一级掏槽眼口距隧中７０ｃｍ，掏槽角度为６８°，掏槽深度为１８０ｃｍ；二级掏槽排距为３０ｃｍ，掏槽角度为７０°，掏槽深度为２６０ｃｍ；三级掏槽排距为３０ｃｍ，掏槽角度为７３°，掏槽深度为４００ｃｍ。
３ 光面爆破参数的选取
光面爆破就是要尽量减少超欠挖，保证爆破后断面的光滑。爆破参数的设计对爆破效果有极大的影响，而且会对施工工期和围岩扰动程度造成影响。
３．１ 光面爆破层厚度
光面爆破层厚度即最小抵抗线ｖ的大小，一般为炮孔直径的１０～２０倍。若岩质软弱、裂隙发育，则眼距小、抵抗线大；若岩质坚硬、稳定，则眼间距大、抵抗线小。该隧道爆破选用２号岩石乳化炸药，药卷直径ｄ１＝３２ｍｍ，单支药卷重量为３００ｇ。由于岩层质软、裂隙发育，根据经验公式计算最小抵抗线：
经计算，最小抵抗线确定为ｖ＝７０ｃｍ。
３．２ 不耦合系数
不耦合系数Ｄ为炮孔直径与药卷直径的比值，与之相对应的装药方式被称为不耦合装药或间隔装药，Ｄ的取值范围通常为１.５～３.０。由于药卷直径ｄ１＝３２ｍｍ，炮孔直径ｄ＝４５ｍｍ，则不耦合系数Ｄ的取值为１.５。
３．３ 周边孔间距
周边孔间距Ｅ的大小决定爆破后开挖轮廓的完整性。通常周边眼间距的计算公式如下：
由于该项目隧道Ⅳ级围岩岩层质软，爆破后容易出现掉块，为了减小爆破对周边围岩的扰动，同时提高周边轮廓的完整性，采取多打孔、少装药的方法，周边眼间距Ｅ取４５ｃｍ。
３．４ 炮眼密集系数
炮眼密集系数Ｋ为周边眼间距与爆破层厚度之比。如果炮眼密集系过大，则会造成欠挖，反之会造成超挖。在该项目中，炮眼密集系数Ｋ取０.６４。
３．５ 装药线密度
装药线密度ｑ是单位长度炮眼的装药量，即装药集中度，具体计算公式如下：
式中：Δ为炸药密度，ｇ／ｃｍ³；ｄ１为药卷直径，ｃｍ。
２号岩石乳化炸药的药卷密度为０.９５ｇ／ｃｍ立方，药卷直径ｄ１＝３２ｍｍ，计算得ｑ＝７.６３６。
４ 炮孔的具体布置
４．１ 爆破进尺选择
拉卜楞特长隧道出口Ⅳ级围岩以粉砂岩、泥质板岩为主，岩层质软，可爆性较好。Ａｔｌａｓ Ｂｏｏｍｅｒ Ｌ２Ｄ液压凿岩台车的推进梁长度为７.１ｍ，钎杆长度为５.５ｍ，隧道宽度为１２.７５ｍ。凿岩机就位后，无论是２.４ｍ进尺还是３.６ｍ进尺，凿岩机推进梁角度都完全满足掏槽要求。因此，在实际作业过程中，开挖进尺的选择与岩体有直接关系。该项目在施工过程中，岩层完整性好时选择３.６ｍ进尺，岩层完整性差时选择２.４ｍ进尺。
４．２ 每循环装药量计算
每循环装药量可由以下经验公式计算：
式中：Ｑ为每循环装药量，ｋｇ；ｒ为爆破单位体积的岩石的炸药平均消耗量，ｋｇ／ｍ³；Ｌ为隧道开挖长度，ｍ；Ｓ为隧道开挖断面面积，ｍ²。
由于支护参数拱架间距设计为１.２ｍ，在实际爆破过程中开挖进尺２.４ｍ时，实际的掘进深度为２.８ｍ；开挖３.６ｍ时，实际的掘进深度为４ｍ。取炸药的平均消耗量为０.６ｋｇ／ｍ³，开挖面积Ｓ＝６２.３ｍ²。当开挖进尺为２.４ｍ时，计算得Ｑ为＝１００.９ｋｇ；当开挖进尺为３.６ｍ时，计算得Ｑ＝１４９.５ｋｇ。
４．３ 炮孔数目计算
炮孔数目Ｎ通过以下公式进行初步估算，然后按一个循环的总装药量平均装入所有炮孔的原则进行计算。
式中：ｍ为每个药卷长度，ｍ；μ为炮眼利用率；ｘ为眼装药系数；ｐ为每个药卷的重力，ｋｇ。
２号岩石乳化炸药每个药卷的长度为０.３ｍ，单支药卷的重量为０.３ｋｇ，炮眼利用率一般取８５％～９０％，该项目取９０％，眼装药系数取０.２５，计算得炮孔数目Ｎ＝１１３。
４．４ 炮孔设计
总炮孔设计为１１８孔（见图２），为了减少掏槽孔、周边孔装药量对周边围岩的扰动，以多打孔、少装药为原则。增大其炮孔数，掏槽孔设计为三级垂直楔形掏槽共１８孔。周边孔间距设计为４５ｃｍ，共４２孔。根据围岩状况增大光面层厚度为７０ｃｍ，周边辅助孔间距为９０ｃｍ，共１９孔。其他辅助孔为２９孔，底板孔为１０孔，与估算结果基本一致。在开挖过程中要结合岩层坚硬程度、掌子面形状、节里裂隙走向及开挖进尺及时调整布孔位置。
４．５ 装药结构
掏槽孔的装药量为１５％，辅助孔的装药量为６７％，周边孔的装药量为１８％。周边孔下四孔每孔装药量４支，上面孔每孔装药１.５支，采用间隔装药，导爆索起爆。
５ Ａｔｌａｓ Ｂｏｏｍｅｒ Ｌ２Ｄ液压凿岩台车施工控制要点
（１）凿岩台车就位时要停在隧道中线处，推进梁前端与最后一榀拱架相平行，以确保打孔深度和掏槽角度调节空间满足相关要求。
（２）凿岩台车就位以后，要连接水管和电缆线，确保水压足够、电压正常。打钻过程中如果水压不足，容易磨损钻头和钎杆，并且发生卡钻现象。如果电压不足，则容易发生停机现象，并对电源结构造成损坏。
（３）打钻过程中要根据掌子面形状、围岩软硬程度和层理裂隙走向对布孔参数进行及时调整。凿岩台车成孔速度较快，平均正在１.５ｍｉｎ／孔。相比于人工打钻１０ｍｉｎ／孔效率更高，遇到硬岩时应该增大炮孔数量。当岩层软时冲击应调低一点，以免打钻时因冲击较大击碎岩层出现大量掉块，岩层硬时冲击调大一点。部分岩层遇水易软化，如粉砂岩、千枚岩、石灰岩等，因此在满足要求的前提下调低水压。
（４）凿岩机打钻对操作员的要求较高。打钻过程中，操作员离掌子面距离在１０ｍ左右，需要对角度和距离的控制更加敏锐。与人工打钻的不同之处在于人工打钻时炮工手扶着钻杆的距离较近，对钎杆的控制调整更加精准。
（５）凿岩机打钻对操作员的专业性有更高的要求。操作员不但要懂爆破的相关知识，还要对凿岩台车非常熟悉，遇到常见的故障要及时处理。台车在作业过程中难免出现故障，因此凿岩台车上要储备尺寸小的易损件，如钻头、钎套、连接套、牵引绳、水封、油封等。
（６）凿岩台车人员配置为４名炮工、２名操作员。人工打钻人员配置为１３名炮工，打完孔装药速度较慢，因此凿岩台车打钻完要合理安排装药人员。工作平台上２名炮工装拱顶、拱腰和中间的炮孔，下面２名炮工分装隧中两边炮孔，操作员负责电子雷管扫描、段位设置。