结合凿岩台车控制超欠挖的爆破设计研究

结合凿岩台车控制超欠挖的爆破设计研究

曾月帅 ,王宪明 ,胡庆林 ,曹正 ,唐荣关

中建铁路投资建设集团有限公司  重庆市    400000            

摘要：随着我国经济、科技的发展，我国隧道机械化施工也逐渐普及化，因此很多项目的施工经验也可以作为后续项目施工提供理论依据与实际范本。本文以凿岩台车的理论分析与实际使用情况为依据，分析凿岩台车与传统人工对隧道超欠挖控制，并且在实际施工中进行优化完善凿岩台车的施工工艺，以此来对凿岩台车控制超欠挖的爆破进行研究。

关键词：隧道；凿岩台车；爆破；超欠挖；工艺优化

前言：隧道施工现如今仍以传统人工施工为主，而隧道施工的环境、安全性等，都很难完全保证，并且作业人员逐渐的老龄化，结果造成人员的稀缺，而隧道机械化施工能有效的减少人工的使用以及减弱环境对施工人员的影响。其中凿岩台车钻爆开挖对超欠挖的控制也是隧道施工的重要控制因素，它不仅对人员的安全、机械的损耗、材料的使用、工艺的优化，而且对环境的影响有着很好的控制。因此研究凿岩台车钻爆施工中如何控制超欠挖对隧道施工有着重要的意义。

一、工法介绍

1.传统人工钻爆法

本次研究的隧道首先采用人工钻爆法进行上台阶开挖，传统人工利用气腿式凿岩机进行。如图1为其施工工艺流程：

图1传统人工钻爆法

2.凿岩台车钻爆法

凿岩台车钻爆法施工，先是软件绘制钻孔参数规划图导入电脑，然后设备就位，撑起支腿，全站仪定位测量，通过激光导向装置和凿岩台车左右两侧的传感棱镜，准确测定设备坐标参数，将测量结果输入车载电脑，确定整机在隧道断面的相对位置，依据当前掌子面状况选择手动、半自动、全自动三种操作模式，再进行台车的钻孔。

钻孔结束后，台车退回指定的安全区域，专业爆破人员进行装药及起爆。

爆破结束，对隧道进行风带通风、机械排险、渣车出渣，专业人员进行测量并分析数据，及时调整布孔图，再进行下一循环作业。如图2为凿岩台车钻爆法施工工艺流程：

图2凿岩台车钻爆法

3. 布孔图

上台阶的炮孔数量，掏槽眼、周边眼、辅助眼和压炮眼等炮孔布置如图3所示。施工过程中布孔图进行动态调整，以达到控制用药量、超欠挖量的平衡点，调整到适合该围岩断面的爆破布孔图。

图3上台阶布孔图

本次布孔图按Ⅳb围岩布置（底边长15.78m，高度7.43m）：周边眼48个，间距为0.5m；底板眼10个，间距为1.5m；两排辅助眼22个和12个，辅助眼环向间距依次为1m、1.5m，竖向间距为0.6m、1m；四组掏槽眼42个，间距为0.89m、0.8m、0.8m、0.8m，最内侧掏槽眼距中心线3m，炮眼间距0.4m；中心处均匀布置3个压炮眼；开挖深度为4m，并成一定角度设置炮眼。

二、数据对比

1. 隧道成孔对比

本工程选择在两条围岩类似的双向隧道进行两种钻爆方式的施工，来保证数据对比的准确性。钻孔过程中的成孔数据对比如下：

表1凿岩台车与传统人工成孔对比

2. 超欠挖数据对比

成孔后，由专业爆破人员进行炸药以及雷管的埋设。爆破完成后，经专业测量人员进行断面的扫描，分析扫描断面的数据，得出开挖断面的超欠挖结果，结果如下：

表2凿岩台车与传统人工超欠挖数据对比

以下为两种开挖方式的断面超欠挖扫描图如下：

3. 优化后数据对比

分析数据发现传统人工作业后的断面存在较多的欠挖现象，后续需进行补炮处理，会造成更大的超挖量，因此凿岩台车控制的效果更好，但是在实际操作过程中，发现凿岩台车作业时也存在需要优化的方面。因此在后续凿岩台车施工过程中，对工艺进行了部分的优化，以此来达到最佳的超欠挖控制效果。

1. 布孔：优化周边眼与掏槽眼的位置，以达到爆破的最佳效果。
2. 钻杆：更换凿岩台车的钻杆，以此适配药卷大小，减少动能的损耗，达到预期爆炸效果。并且优化缩短顶推等机械部位，减少在施工中对钻孔的影响。
3. 总结各围岩的爆破规律，以此归纳出适合各种围岩情况下的布孔规律、炸药量等条件。

以下为优化后，隧道超欠挖的数据对比：

表3优化后的超欠挖数据对比

三、结果分析

对比两种作业方式的超欠挖分析数据，凿岩台车的超挖量比传统人工多，但欠挖程度却比人工有着明显的优势。而出现传统人工与凿岩台车有着如此的差距主要产生原因有如下几点：

1. 对于布孔，凿岩台车能够通过电脑分析断面，从而使布孔更加准确，也能够达到更加有效的爆破效果；
2. 钻孔方面：通过凿岩台车的双臂进行操作钻孔，对钻孔的角度能够准确的作业，而传统人工不能保证钻孔角度与深度的准确性，只能凭借作业人员的工作经验进行钻孔，而且气腿式凿岩机需要人员架设在地面或者台车上面。所以很难对周边眼以及高度较高的炮眼进行准确的钻孔，因此凿岩台车有着灵活及准确的布孔条件。
3. 当在埋设炸药时，由于凿岩台车钻孔时的水流比气腿式凿岩机的水流大，因此传统人工所钻的炮眼往往没有完全清孔完成，这样会造成炮眼的堵塞，从而炸药无法完全进入孔底，影响爆炸效果，从而会造成更大的超欠挖的现象。

因此使用凿岩台车进行钻爆作业来控制超欠挖量可以通过如下措施来减小隧道围岩的侵限与外扩量：

1. 依据地勘报告与施工经验对布孔图进行总结与不断改善，以此来使爆破更加有效、安全、合理。
2. 严格控制成孔数量与质量。参考杭温高铁经验，炸药与炸药之间用导火索链接，均匀分布在孔内，而不是全部集中在孔底；参考乐汉高速经验，使用PVC塑料管包裹炸药，起到聚能作用，来控制炸药的效能，形成较好的新断面。
3. 成孔后需清孔来保证孔内无堵塞，并且改善凿岩台车钻头大小来契合实际使用情况，保证成孔的质量要求；并且不断改善炸药量，来达到预期断面效果，并减少炸药的浪费。

对凿岩台车钻爆施工进行优化后，其控制超欠挖的效果更加显著，主要的优化在于布孔以及炸药的用量的优化，以此来达到爆炸的有效性。种种数据与结论表明了凿岩台车在施工中控制超欠挖的优越性。因此研究凿岩台车钻爆开挖如何控制超欠挖对隧道施工有着重要的意义，并且能在后续的隧道施工中适用，并不断发展隧道施工的机械化程度。

参考文献

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