隧道开挖作业机械化发展的思考

发展隧道钻爆作业机械化的必要性

隧道施工钻爆作业全面实现机械化是未来发展的必然趋势，而且将进一步向自动化和智能化发展。就安全性而言，当前人工手持气腿式风钻集中在台架上作业，紧贴掌子面，万一发生落石、塌方或涌水等危险，极易造成群死群伤。若采用凿岩台车钻孔，一方面，操作室距离掌子面较远，操作平台上设有安全顶棚，对落石和其他突发性危险有更好的保护作用；另一方面，钻孔台车操作人员仅２～３人，发生重大事故的可能性有效降低。如果采用机械装药，同样可使贴近掌子面的作业人员减至３～５人；进一步发展到自动化装药时，可使装药作业人员减至２人。减少掌子面的作业人数，即相对提高了隧道钻爆作业的安全性。

就光爆质量而言，采用凿岩台车钻孔成孔速度快、不需耗费人工体力，凿岩台车单孔钻凿时间为２～３ｍｉｎ，而人工钻孔时间为１２～１５ｍｉｎ，同时钻孔数适当增加对于凿岩台车而言并无困难，且凿岩台车对周边孔的角度和平行度控制更加准确，一般采用台车钻孔更容易实现密钻孔、少装药，对周边轮廓的光面爆破质量有很大改进，从而有效控制周边超挖问题。当然，由于凿岩台车的液压臂和推进梁所需操作空间与手持风钻相比有所增大，造成凿岩台车钻爆局部锯齿状台阶超挖偏深，但由于对周边孔角度控制更准，整体的超欠挖可以有效控制。当然机械化装药对周边孔如何实现更好的光爆质量，仍然需要深入研究，目前有将散装炸药注入聚能管中进行周边孔光面爆破的方法。

就钻爆效率和环保而言，在硬岩地段若无步距限制，采用台车钻孔单循环进尺可达４～５ｍ，单月钻爆进度可达到３００ｍ，这是人工钻爆作业难以达到的。另外，人工手持风钻虽然设备便宜，但能耗高。液压台车钻凿速度一般比风钻高５０％～１００％，能量消耗为风钻的１／３，凿岩噪声可减小１０～１５ｄｂ，且在洞内无废气排放。若使用混装炸药车装药，一方面改善了工作环境、减轻了劳动强度，另一方面因取消了炸药包装储存而更加环保。总之，机械化钻爆更加高效、环保。

隧道钻爆作业实现机械化面临的挑战

虽然机械化钻爆作业对于提高安全和质量有重要作用，但它面临的主要挑战是成本和进度问题。目前购置一台三臂凿岩台车的费用为５００万～１０００万元，尽管可以采用租赁或折旧办法减少一次性投入，但所发生的台班费或折旧费仍然较高，并且所使用的钻杆、钻头、液压油管等配件费用，以及后期使用、维护费用远高于手风钻。而一台气腿式风动凿岩机仅需３５００元左右，一次性购置１０台风钻仅３５０００元。从钻孔成本上考虑，尤其对于掘进距离较短的隧道，使用凿岩台车成本偏高。通常独头掘进２５００ｍ以上的隧道采用凿岩台车钻孔才有经济优势。

凿岩台车在钻孔成本上没有优势，考虑到它的钻孔速度快，是否在进度上有优势呢？由于人工手持风钻可采用“人海”战术，最终钻孔时间与台车机械钻孔时间相当；并且，人工手持风钻钻孔布局灵活，几乎适用于任何开挖断面，特别在小断面、短隧道、围岩地质较差的施工条件下优势突出；因此，机械化、自动化钻孔只在硬岩段有优势，在整体进度上尚未显示出优势。

进一步提高国产凿岩台车质量、降低造价

近年来，全电脑凿岩台车或液压凿岩台车已经实现国产，但台车质量尚有待提高，常有操作不当或出现故障时发出警报甚至停机的情况。如果维护人员和操作人员一时难以对故障正确判断并快速处理，就会造成停工。为保证不停工，如备用一台凿岩台车，则成本压力更难以接受。此外，由于凿岩台车产量和销售量有限，尽管相比进口台车，国产台车已有大幅度降价，但仍然属于价格不菲的大型设备。所以，今后的努力方向是：减少凿岩台车故障率，继续降低设备价格，提升耗损配件质量，培训操作工匠。

加强隧道钻爆专业队伍人才培养

隧道钻爆作业若采用人工钻孔装药，一定是体力繁重、环境艰险的工作，如今低薪人口红利时代快结束了，年青人不愿从事这类工作。只有发展机械化、自动化钻爆设备，减轻操作体力，改善施工环境，才能吸引高素质的专业人员加入。隧道掘进需要集爆破、岩土、机械等专业为一体的综合性技能人才。先进的凿岩台车价格昂贵，对操作人员提出了非常高的要求，必须经过专业培训，且要有工程机械相关知识，还要对计算机控制、液压系统、爆破原理等专业知识有广泛深入的了解。同样，对现场炸药混装车操作人员，也必须培训机械、炸药制造、爆破原理等相关知识和技能。这些人才的培养不仅成本高，而且周期长。没有人才谈不上实现机械化、自动化施工。现在只有靠钻爆工人招聘难来倒逼机械化钻爆施工发展的道路了，这是市场经济的选择。减少人工的机械化施工符合社会生产力发展方向，一定会有生命力。将来一定是少量高素质、高收入的专业人才从事隧道钻爆掘进，钻爆质量和安全会大幅度提高。

结语

综上所述，隧道掘进钻爆工序要想实现机械化，道路仍很漫长，需要克服的障碍较多，如施工工法、凿岩台车性能和专业人才等技术性的障碍相对容易解决，最难解决的还是理念和制度障碍。近年来通过参观、学习国外的先进经验，特别是对施工安全问题的突出重视，实现机械化钻爆施工的理念已经开始被广泛接受，反对的声音逐渐减弱。但是，文中提及的标准修改、建设管理体制的改进、爆炸物品使用行政审批制度的调整等制度性障碍需要更长时间、更大努力才能攻克。希望通过不同渠道发声，从不同角度提问题、想对策，加快实现隧道钻爆施工全面机械化，使我国隧道施工技术向更高水平发展。只有实现了隧道机械化施工，才能彻底改善隧道施工的安全性，近看可避免掌子面发生群死群伤重大事故，远看可向更安全的智能化施工发展。

(文章来源网络)