隧道机械化钻爆法施工特点及应用研究

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  摘要:隧道施工有着多种不同的方法,而钻爆法由于其适用性强、高效的特点,在目前已成为隧道施工的主要方法。钻爆法可以自如应对在不同的地质条件下的施工,因此现今的山地公路隧道施工基本上都是采用钻爆法。
  关键词:隧道机械化;钻爆法;施工
  钻爆法是首先在未开挖的隧道断面上通过测量计算钻取爆破孔,然后装入炸药引爆并将脱落的碎石运走,之后通过喷锚衬砌做初期支护,稳定岩层,形成隧道初期雏形,最后通过混凝土二次衬砌等工序,形成目前我们生活中所见到的隧道。
  1隧道机械化钻爆法施工的技术优势
  1.1钻孔速度快
  凿岩台车不论在钻孔速度、施工进度、安全程度等方面的优势是人工风钻所不能比拟的,特别是在硬岩施工时其优势就更为明显。用比气压高几十倍的高压油作为动力,可大大地提高机器的冲击力、冲击频率和能量传递效率,一般情况下全液压凿岩台车的凿速比风动机器高50%—150%,个别可高达2—3倍;据这种新型凿岩台车在川陕高速某隧道钻爆施工的试验数据显示,在最硬的花岗岩(硬度系数≧20)中采用YT28打φ42mm的炮孔每10min可进尺1m,而全液压凿岩台车打φ50mm的炮孔每分钟进尺2.0m,效率提升惊人;3.2功能多样凿岩台车不仅可以钻孔,还可辅助完成其他工序,比如利用凿岩台车的机械手,能够实现径向系统锚杆、锁脚锚杆的钻孔施工,还可以进行深孔地质预测预报和管棚、超前小导管的施工。凿岩台车的多功能施工特性,拓展了凿岩台车使用范围,与人工手持风钻施工相比,更能够适应隧道II—V级破碎风化岩的施工,具备一机多能、安全高效的优势。
  1.2施工质量高
  凿岩台车采用的液压系统伺服技术,能使台车推进器保持稳定良好的状态,实现移动平稳顺畅,凿岩定位更便捷准确,而人工使用风钻钻孔时需要靠人力来把握钻杆的推进角度和推进速度,这与凿岩台车相比精准度大大降低。而且,有些采用电脑控制的凿岩台车钻杆上的传感器可直接把钻空位置和钻杆角度显示在操作台的显示器上,钻杆的推进角度和推进速度完全由电脑操控,使得成孔更加精确,有效地减少了超欠挖量。
  1.3安全环保
  隧道在掌子面钻孔时,如果掌子面的自稳定性差,很有可能由于钻孔时产生的冲击震动而造成隧道内的落石和坍塌。凿岩台车在施工时操作人员在远离掌子面的操作平台上操纵,且整个钻孔过程只需要2、3个施工人员即可,避免了在一些围岩条件差的环境下由于钻孔而引发的落石等危险情况。反观人工风钻施工,操作人员一般紧贴掌子面,且施工人员多,若遇到一些突发状况容易引起多人伤亡事故。台车施工时只产生较小的噪声和一定量的废水,废水在经过处理后也可减少水污染。人工风钻由于数量多,采用高压风为动力对空气污染大并有严重的噪声污染。相比之下凿岩台车施工不仅安全性好,对环境的污染也小,更加符合现代化的施工理念。
  2不同钻爆法施工技术
  隧道钻爆法施工过程一般包括以下步骤:测量定位、钻孔、装药、爆破和出渣,并配合一些风水电的辅助作业。对于人工钻爆法,经过测量之后,搭置好简易的开挖台架,施工人员搬运风动凿岩机上台架,并手持风动凿岩机进行钻孔,然后装药,随后撤离台架,人员撤出洞外,进行爆破,再进行通风降尘、出渣等工序。
  而对于使用凿岩台车进行机械化钻爆施工,在台车定位以后,作业人员操作台车进行钻孔,钻孔结束进行装药,随后人员与台车撤出洞外,进行爆破,再进行通风降尘、出渣等工序。相比钻孔过程,凿岩台车施工比人工钻爆使用设备更加方便、灵活,作业人员远离开挖面,改善了工人的工作环境,保护了工人的人身安全。使用凿岩车钻孔,钻孔的位置、角度、深度都可以得到精确控制,极大减小了超欠挖情况。并且凿岩台车可以装备长钎杆,钻凿出更深更大的炮孔。
  2.1钻爆机械设备
  人工钻爆多采用手持风动凿岩机,该设备结构不是很复杂、操作简单,但较复杂的为压缩空气的供应设备不仅机械效率低下、能耗大、噪声污染大、凿岩速度也不是很快。尤其是较长隧道,常常需要多台大功率空压机提供风钻所需压力,能量损耗较大。而凿岩台车多采用液压凿岩系统,不仅能效高、噪声污染小、作業环境好,而且进出灵活,技术先进,尤其是在坚硬围岩上打眼施工,据川陕高速某隧道钻爆施工的试验数据显示,在最硬的花岗岩(硬度系数不小于209)中采用手风钻打φ42mm的炮孔每10min可进尺1m,而全液压凿岩台车打φ50mm的炮孔每分钟进尺2.0m,效率提升惊人。而且,为凿岩台车提供动力的电缆能量损耗较少,能源利用率高。
  2.2钻爆施工质量
  在采用人工钻爆法进行隧道施工时,人力手持风动钻孔设备进行钻孔,需要人力来控制把握钻杆的推进角度和推进速度,这样很难保证成孔的精度和质量,容易在爆破时造成较大的超欠挖现象。而采用凿岩台车进行施工时,钻杆可根据设计要求的推进角度进行作业,并且钻杆一旦定位后,可以按固定的角度进行推进,不会出现较大的偏差,这与人工钻爆相比在很大程度上提高了钻孔的精度和质量。而且,对于全电脑凿岩台车,在进行钻孔作业时,可以把钻孔的实时情况显示在操作台的显示器上,钻杆的推进角度和速度完全由电脑控制,这样使得成孔更加精确并且减少超欠挖量。
  2.3施工人员配备
  人工钻爆法是人工采用气动或者风动凿岩机配备简易台架,人工进行钻孔、装药爆破,该方法耗费人工较多。而采用凿岩台车进行钻爆,在钻孔时完全使用凿岩台车进行钻孔,只需少量的人员对台车进行操控,可节省大量人力。
  2.4施工安全性及施工环境
  在隧道施工时,若采用人工钻爆的方法,在掌子面进行钻孔时,操作人员一般手持风钻并紧贴掌子面进行施工,如果掌子面的稳定性比较差,可能由于钻孔时引起的振动冲击,造成隧道内落石甚至坍塌,容易造成人员伤亡。并且人工钻孔时施工人数较多,且都在台架上进行作业,若遇到一些突发情况人员根本没有反应时间,容易引起多人伤亡事故。而采用凿岩台车进行施工作业时,操作人员远离掌子面,所需人数也比较少,且操作人员都处于台车操作室里,这样极大地避免了由于钻孔引起的落石等危险情况。
  在人工钻爆钻孔时,由于人工风钻数量较多,会产生大量的噪声和排出大量的湿雾状的废气,使得施工人员处于污染很严重的环境中且工作强度大,对施工人员身体造成严重的危害。而反观凿岩台车施工时,对空气几乎没有污染,只产生较小的噪声和一定量的废水,废水在经过处理后也可减少水污染,这样使得施工人员不仅降低施工强度还处于一个良好的施工环境下。
  结束语
  1)采用凿岩台车进行机械化钻爆施工,较人工钻爆施工的成孔效率更高、超欠挖量小、炮眼更加平顺光滑、角度控制更加精准,尤其在坚硬围岩情况,钻孔效率更加惊人。
  2)采用人工钻爆在施工人员配备上较使用凿岩台车进行机械化钻爆施工更多,但使用凿岩台车施工时产生污染较小,而且人员远离施工面,施工人员有更好的施工安全环境。
  3)采用凿岩台进行机械化钻爆较人工钻爆在施工设备成本上较高,但在人工费上有所降低,并且在施工进度上更快,施工工期更短,相对降低凿岩台车的使用费用。
  参考文献:
  [1]林宏。隧道施工凿岩台车推广应用问题的研究[J].建设机械技术与管理,2017(8):62-66.
  [2]唐宇峰。公路隧道爆破钻爆系统安全质量控制方法的研究与应用[D].成都:西南交通大学,2012.
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