鐵路隧道使用鑿巖臺(tái)車(chē)與風(fēng)鉆鉆爆的比較研究

金 明， 王明慧，*， 朱建國(guó)， 劉大琳， 張 橋

(1. 渝萬(wàn)鐵路有限責(zé)任公司， 重慶 400014； 2. 中鐵隧道集團(tuán)一處有限責(zé)任公司， 重慶 401121)

0 引言

我國(guó)是世界上高鐵規(guī)模最大、發(fā)展速度最快的國(guó)家。在鐵路工程尤其是高鐵工程中，隧道所占比例很大，施工難度及風(fēng)險(xiǎn)性也越來(lái)越高，意味著采用鑿巖臺(tái)車(chē)等機(jī)械化施工及減少人工作業(yè)是今后鐵路隧道建設(shè)的趨勢(shì)。目前，盡管風(fēng)鉆鉆爆開(kāi)挖廣泛應(yīng)用于山嶺隧道施工，但存在投入人員多、勞動(dòng)強(qiáng)度高、安全風(fēng)險(xiǎn)大、效率低等缺點(diǎn)。臧萬(wàn)軍[1]以大相嶺隧道為工程依托，通過(guò)三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆開(kāi)挖與風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆爆開(kāi)挖對(duì)比分析，得出了利用鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行隧道開(kāi)挖是今后隧道建設(shè)的發(fā)展方向；張雙亞等[2]介紹了利用液壓鑿巖臺(tái)車(chē)開(kāi)挖隧道的施工方案、設(shè)備管理、施工進(jìn)程、質(zhì)量控制以及成本分析，對(duì)大型機(jī)械化隧道開(kāi)挖提供了借鑒意義；韓靜玉[3]以方斗山隧道為工程依托，通過(guò)對(duì)雙臺(tái)車(chē)施工方案的分析，總結(jié)了在高速公路雙車(chē)道隧道中單洞利用雙臺(tái)車(chē)及配套設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的施工技術(shù)；吳連雄等[4]介紹了三臂鑿巖臺(tái)車(chē)與手持式鑿巖機(jī)鉆爆法掘進(jìn)在蘿峰隧道施工中的應(yīng)用，對(duì)其在質(zhì)量、投資和進(jìn)度方面的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行了比較 ,提出了其各自的適用范圍；張斌[5]介紹了渝利鐵路長(zhǎng)洪嶺隧道采用機(jī)械化配套施工的成功案例，為今后鐵路長(zhǎng)大隧道工程的機(jī)械化配套施工提供了借鑒和參考；向前進(jìn)[6]探討了雙線長(zhǎng)大鐵路隧道鉆爆法環(huán)保型設(shè)備的選型與配套技術(shù)；湯憲高等[7]通過(guò)對(duì)隧道施工機(jī)械化配套技術(shù)研究及實(shí)際施工情況的調(diào)查與測(cè)定，對(duì)機(jī)械化施工進(jìn)行了工程經(jīng)濟(jì)分析研究，核算出隧道在不同圍巖條件下的施工機(jī)械化配置，在合理的施工組織條件下的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及所需要的工程費(fèi)用；馬宏偉[8]從司鉆技術(shù)要求、測(cè)量放線、周邊孔司鉆、底板孔司鉆、底板光面爆破、欠挖管理、司鉆管理等技術(shù)和措施方面介紹了液壓鑿巖臺(tái)車(chē)開(kāi)挖隧道控制超欠挖的施工技術(shù)；楊光照等[9]研究了鑿巖臺(tái)車(chē)的研發(fā)情況與發(fā)展趨勢(shì)，得出全自動(dòng)化、環(huán)?；?、多樣化是未來(lái)鑿巖臺(tái)車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)。

相關(guān)文獻(xiàn)在鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆施工能耗小、工效高、安全及人員作業(yè)環(huán)境有保障等優(yōu)勢(shì)方面[10-12]進(jìn)行了一些研究，同時(shí)國(guó)內(nèi)諸多文獻(xiàn)從經(jīng)濟(jì)性、安全性方面對(duì)風(fēng)鉆鉆爆和鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆進(jìn)行了對(duì)比分析[13-16]，這些也是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文不僅從這2個(gè)方面入手分析，而且更進(jìn)一步從施工應(yīng)用情況、鑿巖臺(tái)車(chē)與風(fēng)鉆鉆眼機(jī)制研究分析、超挖混凝土超耗成本分析、施工管理經(jīng)驗(yàn)等方面，通過(guò)實(shí)踐探索與深入研究總結(jié)，對(duì)鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆施工推廣應(yīng)用方面提出經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

小三峽隧道為鄭萬(wàn)高鐵重慶段Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)隧道，為目前在建亞洲最長(zhǎng)的單洞雙線高鐵隧道。隧道正線全長(zhǎng)18.954 km，隧道輔助坑道共計(jì)15.641 km。隧道設(shè)計(jì)速度為350 km/h，正線開(kāi)挖斷面面積約150 m2，軌面以上凈空面積為100 m2。隧址區(qū)內(nèi)局部上覆第四系全新統(tǒng)(Q4)地層，基巖大多裸露，出露地層有中統(tǒng)巴東組1—4段、下統(tǒng)嘉陵江組1—4段、下統(tǒng)大冶組1—4段。全隧圍巖Ⅱ級(jí)為1 410 m(占7.44%)，Ⅲ級(jí)為4 450 m(占23.48%)，Ⅳ級(jí)為11 340 m(占59.83%)，Ⅴ級(jí)為1 742 m(占9.19%)。Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖主要集中為灰?guī)r段，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖主要為泥巖、泥巖夾砂巖段，巖石強(qiáng)度較高，節(jié)理裂隙不發(fā)育。

2 風(fēng)鉆鉆爆施工應(yīng)用情況

采用YT-28風(fēng)鉆，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面開(kāi)挖，Ⅳ級(jí)圍巖采用兩臺(tái)階法開(kāi)挖，Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階+臨時(shí)仰拱法開(kāi)挖。單工作面配置19把鉆，鉆桿長(zhǎng)度為4 m，鉆頭直徑為40 mm，成孔直徑為45 mm，開(kāi)挖臺(tái)架輔助作業(yè)。

3 鑿巖臺(tái)車(chē)施工應(yīng)用情況

鄭萬(wàn)高鐵小三峽隧道正洞斷面適合配置2臺(tái)鑿巖臺(tái)車(chē)實(shí)行雙機(jī)并打作業(yè)。小三峽隧道采用2臺(tái)瑞典阿特拉斯生產(chǎn)的Boomer XL3D全液壓鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行掘進(jìn)施工，車(chē)身尺寸為16.6 m(長(zhǎng))×2.9 m(寬)×3.8 m(高)。鉆臂作業(yè)覆蓋面寬15.6 m，高12.8 m，配5.525 m長(zhǎng)度鉆桿。鉆頭直徑為45 mm,成孔直徑為50 mm。

3.1 開(kāi)挖工法

鄭萬(wàn)高鐵小三峽隧道各級(jí)圍巖設(shè)計(jì)開(kāi)挖工法統(tǒng)計(jì)如下： Ⅱ級(jí)圍巖為全斷面工法、Ⅲ級(jí)圍巖為兩臺(tái)階法工法、Ⅳ級(jí)圍巖為兩臺(tái)階或兩臺(tái)階+臨時(shí)橫撐工法、Ⅴ級(jí)圍巖為三臺(tái)階、三臺(tái)階+臨時(shí)仰拱或CRD等分部小面積開(kāi)挖工法。根據(jù)類(lèi)似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鑿巖臺(tái)車(chē)最大作業(yè)高度為12.8 m，最大作業(yè)寬度為15.6 m。為實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)挖縮短工序時(shí)間，宜采用大斷面或全斷面施工，故Ⅱ級(jí)圍巖可以直接使用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆，而Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖可通過(guò)調(diào)整開(kāi)挖方法來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)鉆爆，Ⅴ級(jí)圍巖在未采取加固措施的條件下不適宜使用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆。

小三峽隧道Ⅲ、Ⅳ級(jí)占比較高，約占隧道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度的83.31%。為提高鑿巖臺(tái)車(chē)在Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖的作業(yè)工效，采用巖土隧道結(jié)構(gòu)專用有限元分析軟件Midas GTS NX進(jìn)行受力分析及施工試驗(yàn)段，并通過(guò)專家會(huì)論證和建設(shè)單位推廣應(yīng)用，將臺(tái)階法變?yōu)槿珨嗝?不含仰拱)施工，開(kāi)挖斷面高度為10.11 m、寬度為14.58 m，滿足鑿巖臺(tái)車(chē)最大開(kāi)挖高度為12.8 m的要求。全斷面(不含仰拱)開(kāi)挖與臺(tái)階法開(kāi)挖地層結(jié)構(gòu)受力分析模型建立、圍巖受力及變形影響范圍分析如圖1—3所示。

(a) 全斷面(不含仰拱)

(b) 臺(tái)階法

圖2 全斷面(不含仰拱)與上臺(tái)階開(kāi)挖圍巖受力及變形影響范圍分析1

圖3 全斷面(不含仰拱)與上臺(tái)階開(kāi)挖圍巖受力及變形影響范圍分析2

由圖2和圖3可知： 全斷面工法在施工過(guò)程中對(duì)圍巖變形影響稍大，但2種工法最終導(dǎo)致的變形均為20 mm。

根據(jù)專家會(huì)論證意見(jiàn)以及試驗(yàn)段應(yīng)用情況，工法調(diào)整可行；同時(shí)，隧道正洞選用大斷面或全斷面工法的前提條件是掌子面具有一定的自穩(wěn)能力。應(yīng)根據(jù)圍巖狀況增加掌子面自穩(wěn)及超前加固措施： Ⅲ級(jí)圍巖開(kāi)挖時(shí)掌子面按照1∶0.05～1∶0.1放坡處理，Ⅳ級(jí)圍巖開(kāi)挖時(shí)掌子面按照1∶0.1放坡處理。開(kāi)挖后，應(yīng)盡快噴射C25混凝土(厚4 cm)封閉掌子面與周邊開(kāi)挖的輪廓。

3.2 超欠挖影響因素及改進(jìn)措施

3.2.1 鉆機(jī)構(gòu)造及鉆進(jìn)機(jī)制影響

鑿巖臺(tái)車(chē)鑿巖機(jī)機(jī)頂至回轉(zhuǎn)中心的距離為88 mm，其鉆進(jìn)過(guò)程中鉆臂可360°旋轉(zhuǎn)，應(yīng)用“雙曲線相切距離最短”的數(shù)學(xué)理論，在鉆設(shè)周邊各部位周邊眼時(shí)理論超挖應(yīng)為88 mm。鑿巖臺(tái)車(chē)鉆機(jī)構(gòu)造及鉆進(jìn)周邊眼示意如圖4和圖5所示。風(fēng)鉆在鉆眼時(shí)由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可旋轉(zhuǎn)只可正向鉆機(jī)，在鉆進(jìn)拱部周邊眼時(shí)受消聲罩影響(消聲罩外緣距鉆機(jī)回轉(zhuǎn)中心100 mm)，拱部理論超挖為100 mm；在鉆進(jìn)右邊墻位置時(shí)受氣管彎頭影響(氣管彎頭外緣距鉆機(jī)回轉(zhuǎn)中心140 mm)，右側(cè)邊墻理論超挖為140 mm；在鉆進(jìn)左邊墻位置時(shí)受操縱把影響(操縱把外緣距鉆機(jī)回轉(zhuǎn)中心105 mm)，左側(cè)邊墻理論超挖為105 mm；在鉆進(jìn)隧底時(shí)受架體和氣腿外管影響(氣腿外緣距鉆機(jī)回轉(zhuǎn)中心150 mm)，隧底理論超挖為150 mm。風(fēng)鉆鉆機(jī)構(gòu)造及鉆進(jìn)周邊眼示意如圖6和圖7所示。綜上分析，鑿巖臺(tái)車(chē)開(kāi)挖較風(fēng)鉆鉆機(jī)開(kāi)挖理論超挖小。

圖4 鑿巖臺(tái)車(chē)鉆機(jī)構(gòu)造示意圖(單位： mm)

3.2.2 臺(tái)車(chē)鉆爆管理因素

不考慮地質(zhì)因素，隧道光面爆破施工管理是隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)，需不斷總結(jié)和改進(jìn)。若施工管理不到位，會(huì)帶來(lái)司鉆工技能無(wú)提升、責(zé)任心缺失、劃線精度不夠、技術(shù)措施無(wú)針對(duì)性等問(wèn)題，進(jìn)而造成較大超挖及施工成本壓力，管理難度主要表現(xiàn)在以下方面。

圖5 鑿巖臺(tái)車(chē)鉆進(jìn)周邊眼示意圖

圖6 風(fēng)鉆鉆機(jī)構(gòu)造示意圖(單位： mm)

圖7 風(fēng)鉆鉆進(jìn)周邊眼示意圖

1)臺(tái)車(chē)操作人員對(duì)外插角的控制不夠嚴(yán)謹(jǐn)，往往憑目測(cè)決定臺(tái)車(chē)的就位和外插角大小，隨意性很大，無(wú)形中會(huì)增加超挖。

2)臺(tái)車(chē)鉆爆對(duì)司鉆人員的技術(shù)要求較高，不僅要求會(huì)操作，還應(yīng)該懂得液壓系統(tǒng)及具備鉆爆經(jīng)驗(yàn)。目前臺(tái)車(chē)操作人員以年輕人居多，且處于流失不穩(wěn)定、數(shù)量不足及培養(yǎng)階段，以往的手持風(fēng)鉆工人隨著年齡的增長(zhǎng)無(wú)法滿足機(jī)械化施工的要求。

3.2.3 超欠挖管理措施

1)測(cè)量人員應(yīng)嚴(yán)格按照周邊眼間距進(jìn)行定點(diǎn)放樣，分隊(duì)長(zhǎng)監(jiān)督周邊眼司鉆工準(zhǔn)確定位開(kāi)眼位置，安排經(jīng)驗(yàn)豐富的司鉆工司鉆周邊眼，杜絕人為原因造成超欠挖情況發(fā)生。

2)嚴(yán)格落實(shí)超欠挖考核制度，實(shí)行每班考核每周通報(bào)兌現(xiàn)制度，以獎(jiǎng)金激勵(lì)措施形成“比學(xué)趕幫超”良性機(jī)制。

3)從技校引進(jìn)技術(shù)性員工，增加福利待遇等方式留住人才，建立“人機(jī)固定”制度，形成人機(jī)相對(duì)穩(wěn)定的管理制度。

4 鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆與風(fēng)鉆鉆爆開(kāi)挖對(duì)比分析

4.1 施工工效對(duì)比

巖質(zhì)硬、節(jié)理裂隙不發(fā)育的灰?guī)r條件下，三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆桿鉆進(jìn)4.0 m，單孔鉆進(jìn)時(shí)間為2～3 min，而同等圍巖條件下，人工鉆孔3.5 m，則單孔鉆進(jìn)需12～15 min。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖風(fēng)鉆鉆爆每循環(huán)平均進(jìn)尺3.2 m，臺(tái)車(chē)開(kāi)挖每循環(huán)進(jìn)尺平均可達(dá)3.6 m。小三峽隧道正洞采用2臺(tái)鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行鉆爆作業(yè)，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖平均掘進(jìn)速度均達(dá)到180 m/月，最高掘進(jìn)速度達(dá)到210 m/月，風(fēng)鉆鉆爆開(kāi)挖約150 m/月；Ⅳ級(jí)圍巖風(fēng)鉆鉆爆每循環(huán)平均進(jìn)尺3.0 m，使用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆每循環(huán)進(jìn)尺平均可達(dá)3.3 m，風(fēng)鉆90 m/月及臺(tái)車(chē)100 m/月。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)硬巖地段鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆工序時(shí)間統(tǒng)計(jì)、人工鉆爆工序時(shí)間統(tǒng)計(jì)如圖8—11所示。

臺(tái)車(chē)開(kāi)挖循環(huán)平均值統(tǒng)計(jì)如下： 測(cè)量0.2 h，開(kāi)挖3.2 h，出碴4.0 h，錨網(wǎng)4.2 h，噴漿2.8 h。

人工開(kāi)挖循環(huán)平均值統(tǒng)計(jì)如下： 測(cè)量0.2 h，開(kāi)挖4.7 h，出碴3.6 h，錨網(wǎng)4.1 h，噴漿2.7 h。

由圖8和圖9分析可知： 1)Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆工序的平均時(shí)間為14.4 h，單月循環(huán)次數(shù)為50次，平均循環(huán)進(jìn)尺為3.6 m，單月掘進(jìn)進(jìn)尺為180 m； 2)風(fēng)鉆鉆爆工序的平均時(shí)間為15.3 h，單月循環(huán)次數(shù)可達(dá)到47次，平均循環(huán)進(jìn)尺為3.2 m，單月掘進(jìn)進(jìn)尺為150 m。鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆的優(yōu)勢(shì)在于開(kāi)挖鉆爆時(shí)間較短，平均較風(fēng)鉆鉆爆開(kāi)挖時(shí)間縮短0.7 h；而出碴、錨網(wǎng)及噴漿作業(yè)平均循環(huán)時(shí)間均較風(fēng)鉆鉆爆時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，分析原因主要為單循環(huán)平均進(jìn)尺鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆較風(fēng)鉆鉆爆多0.4 m。

臺(tái)車(chē)開(kāi)挖循環(huán)平均值統(tǒng)計(jì)如下： 測(cè)量0.3 h，開(kāi)挖4.5 h，出碴4.7 h，初噴1.1 h，錨網(wǎng)7.8 h，噴漿5.4 h。

人工開(kāi)挖循環(huán)平均值統(tǒng)計(jì)如下： 測(cè)量0.3 h，開(kāi)挖4.7 h，出碴4.7 h，初噴1.1 h，立拱7.8 h，噴漿5.5 h。

由圖10和圖11分析可知： 1)Ⅳ級(jí)圍巖鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆工序的平均時(shí)間為23.78 h，單月循環(huán)次數(shù)為30次，平均循環(huán)進(jìn)尺為3.3 m，單月掘進(jìn)進(jìn)尺為100 m； 2)風(fēng)鉆鉆爆工序的平均時(shí)間為24.06 h，單月循環(huán)次數(shù)為30次，平均循環(huán)進(jìn)尺為3.0 m，單月掘進(jìn)進(jìn)尺為90 m。鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆平均工序時(shí)長(zhǎng)僅比風(fēng)鉆鉆爆快0.28 h，出碴、錨網(wǎng)及噴漿作業(yè)平均循環(huán)時(shí)長(zhǎng)與風(fēng)鉆鉆爆基本一致，故鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆在開(kāi)挖工序無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。

4.2 班組人員配置對(duì)比

使用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆及風(fēng)鉆鉆爆施工，按2班工作制計(jì)劃，鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆除配置司鉆工外，另需配置裝藥人員及維修保養(yǎng)人員。風(fēng)鉆鉆爆及鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆人工對(duì)比分析如表1所示。

表1 風(fēng)鉆鉆爆及鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆人工對(duì)比分析(單班配置)

由表1對(duì)比可以得出： 使用風(fēng)鉆鉆爆單班配置22人，2臺(tái)鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆僅需15人，人員減少31.8%。風(fēng)鉆鉆爆和臺(tái)車(chē)鉆爆人員配置及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)方面分析如下：

1)風(fēng)鉆鉆爆用工較臺(tái)車(chē)鉆爆用工多。

2)從目前司鉆工的年齡組成方面分析，風(fēng)鉆鉆爆司鉆工年齡為35～50歲，平均年齡為39歲，文化程度較低；而鑿巖臺(tái)車(chē)司鉆人員年齡為20～30歲，平均年齡為25歲，文化程度一般為高職中專以上。

3)隨著社會(huì)不斷地發(fā)展，就業(yè)崗位種類(lèi)不斷增多，風(fēng)鉆工的平均年齡將持續(xù)增高，也將意味著風(fēng)鉆鉆爆面臨著人員短缺的風(fēng)險(xiǎn)，而作為年輕一代鑿巖臺(tái)車(chē)司鉆工的市場(chǎng)需要將持續(xù)升溫。

4)科技發(fā)展及安全環(huán)保意識(shí)不斷提高，使人類(lèi)對(duì)工作環(huán)境要求標(biāo)準(zhǔn)的選擇也隨之提高，故機(jī)械操作代替手工操作是將來(lái)一段時(shí)間發(fā)展的趨勢(shì)。

4.3 安全性對(duì)比

風(fēng)鉆鉆爆離掌子面較近，人員多且密集，風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)噪音大，濕霧狀的廢氣導(dǎo)致作業(yè)空間清晰度較差，同時(shí)存在落石的危險(xiǎn)。鑿巖臺(tái)車(chē)在距離掌子面10～13 m的位置操作大臂，駕駛室頂棚采用的是防落物沖擊頂棚，可保證操作人員安全作業(yè)。

4.4 超欠挖量對(duì)比

風(fēng)鉆鉆爆法進(jìn)行隧道開(kāi)挖施工時(shí)，人力手持風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔。采用人力來(lái)控制把握鉆桿的推進(jìn)角度和速度，根據(jù)鉆速、卡鉆情況動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆進(jìn)角度。周邊眼鉆孔時(shí)可鑿巖機(jī)與巖面密貼，并通過(guò)測(cè)量定位和導(dǎo)向管輔助作用，易保證成孔的精度和質(zhì)量，線性超挖控制較好。而采用鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行施工時(shí)，由于司鉆人員自身操作水平參差不齊、管理不嚴(yán)等因素影響造成超挖。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的超欠挖測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算平均線性超挖值指標(biāo)，可知在實(shí)際施工過(guò)程中，使用風(fēng)鉆鉆爆開(kāi)挖成型比鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆開(kāi)挖成型好。風(fēng)鉆鉆爆與臺(tái)車(chē)鉆爆平均線性超挖數(shù)據(jù)比較分析如圖12所示。

圖12 風(fēng)鉆鉆爆與臺(tái)車(chē)鉆爆平均線性超挖數(shù)據(jù)比較分析

由圖12可知: 同樣的圍巖級(jí)別，實(shí)際施工過(guò)程中風(fēng)鉆鉆爆開(kāi)挖的平均線性超挖可控制為8 cm，而鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆開(kāi)挖的平均線性超挖為15.5 cm。鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆相對(duì)風(fēng)鉆鉆爆開(kāi)挖平均線性超挖值多7.5 cm，意味著混凝土的線性回填量較風(fēng)鉆鉆爆超耗7.5 cm，故如何有效控制鑿巖臺(tái)車(chē)開(kāi)挖超挖量，是節(jié)約施工成本的主要途徑。

4.5 作業(yè)成本對(duì)比

2018年3月至2019年1月，小三峽隧道硬質(zhì)巖段采用臺(tái)車(chē)開(kāi)挖，共計(jì)開(kāi)挖1 840 m。通過(guò)逐月分析記錄，綜合常規(guī)的人工開(kāi)挖消耗，從鑿巖臺(tái)車(chē)與風(fēng)鉆鉆爆施工的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、對(duì)比，臺(tái)車(chē)鉆爆施工相對(duì)風(fēng)鉆鉆爆施工每m3增加13.6元。若考慮超挖混凝土回填成本，則每m3增加25.5元。風(fēng)鉆鉆爆與鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比分析如表2所示。

考慮鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆相比風(fēng)鉆鉆爆超挖量大的情況，對(duì)其超挖增加部分需用二次襯砌混凝土進(jìn)行回填的混凝土方量，按照實(shí)際施工過(guò)程中使用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆超挖較風(fēng)鉆鉆爆超挖每延米多7.5 cm計(jì)算，開(kāi)挖輪廓周長(zhǎng)為42.46 m。如果按照C40混凝土成本560元/m3進(jìn)行測(cè)算，則鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆較風(fēng)鉆鉆爆混凝土用量每延米費(fèi)用增加0.075 m×42.46 m×1 m×560元/m3=1 783.32元，換算成每方為1 783.32元÷150 m2=11.9元/m3；含混凝土超耗臺(tái)車(chē)開(kāi)挖較風(fēng)鉆開(kāi)挖成本每延米費(fèi)用增加1 m×150 m2×25.5元/m3=3 825.00元，按照開(kāi)挖1 840 m計(jì)算，鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆較風(fēng)鉆鉆爆增加費(fèi)用為3 825.00元/m×1 840 m=703.80萬(wàn)元。

5 鑿巖臺(tái)車(chē)與風(fēng)鉆鉆爆適用性綜合分析

綜合以上各方面分析，采用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆，在硬巖條件下鉆爆速度較快，遇軟弱圍巖時(shí)應(yīng)慎重選用。目前鑿巖臺(tái)車(chē)的缺點(diǎn)在于一次購(gòu)入成本較高，折舊使用費(fèi)用高，實(shí)際施工超挖較大，施工成本控制不力、司鉆工短缺等。采用風(fēng)鉆鉆爆使用范圍廣，購(gòu)置和使用成本較低，超挖相對(duì)易控制，但其噪聲污染大、作業(yè)環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)人員年齡偏大且面臨短缺等境況。

表 2 風(fēng)鉆鉆爆與鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比分析

目前在鐵路建設(shè)行業(yè)施工形勢(shì)及勞動(dòng)密集型用工模式下，山嶺隧道風(fēng)鉆鉆爆施工仍較普遍，鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆還未廣泛使用，僅是小部分鐵路隧道在使用。但隨著社會(huì)不斷地發(fā)展，就業(yè)崗位種類(lèi)不斷地增多，風(fēng)鉆工的平均年齡將持續(xù)增高，也將意味著風(fēng)鉆鉆爆面臨著人員短缺的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)伴隨著科技的發(fā)展及安全環(huán)保意識(shí)的不斷提高，使人類(lèi)對(duì)工作環(huán)境要求標(biāo)準(zhǔn)的選擇也隨之提高，加之通過(guò)各方努力，不斷完善鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆預(yù)算定額及規(guī)范編制，為鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆作業(yè)提供全方位的保障，則機(jī)械操作代替手工操作是將來(lái)一段時(shí)間發(fā)展的趨勢(shì)。

6 結(jié)論與建議

目前山嶺隧道施工大多采用人工風(fēng)鉆鉆爆，僅有小部分采用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆。本文以鄭萬(wàn)高鐵小三峽隧道工程為實(shí)例，對(duì)風(fēng)鉆鉆爆及鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆施工應(yīng)用情況進(jìn)行分析，希望進(jìn)一步推進(jìn)鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆機(jī)械化施工進(jìn)程，主要結(jié)論與相關(guān)建議如下。

1)采用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆，在整體穩(wěn)定性較好的圍巖條件下鉆爆速度較快，通過(guò)工法調(diào)整可提高鑿巖臺(tái)車(chē)的施工效率，遇軟弱圍巖時(shí)應(yīng)慎重選用。

2)鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆與風(fēng)鉆鉆爆相比，具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、節(jié)省勞動(dòng)力、安全風(fēng)險(xiǎn)小等突出優(yōu)點(diǎn)。

3)在實(shí)際施工過(guò)程中，鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆較風(fēng)鉆鉆爆平均線性超挖大。為進(jìn)一步縮小鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆與人工鉆爆之間的超挖差距，可通過(guò)加強(qiáng)管理和培養(yǎng)優(yōu)秀司鉆工等多方面進(jìn)行改進(jìn)。

4)目前形勢(shì)下鑿巖臺(tái)車(chē)施工成本較高，鑒于高速鐵路現(xiàn)行的技術(shù)及施工規(guī)范沒(méi)有關(guān)于鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆超挖限制的規(guī)定，預(yù)算定額較實(shí)際差異較大，建議加快立項(xiàng)研究解決鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆超挖限值規(guī)定的問(wèn)題。

5)隨著風(fēng)鉆工平均年齡不斷偏大且面臨短缺的劣勢(shì)，以及鑿巖臺(tái)車(chē)對(duì)風(fēng)鉆鉆爆的突出優(yōu)勢(shì)，鑿巖臺(tái)車(chē)替代風(fēng)鉆鉆爆是未來(lái)地下工程開(kāi)挖的發(fā)展方向之一。