06--土石方明挖.docx

第六章 土石方明挖
6.1 概述
本工程土石方明挖施工的主要工程部位包括大坝、放水洞进口段、放水洞启闭塔、放水洞洞身段、控制段及出口段等。工作内容主要包括：坝基清理、土方明挖及石方明挖施工。土石方明挖的主要工程量见表6-1。
土石方明挖施工主要工程量表 表6-1
序号
项目名称
单位
工程量
备注
1
大坝

1.1
清基土方开挖
m3
50000

1.2
坝肩清基石方开挖
m3
40000

2
放水洞工程

2.1
进口段石方开挖
m3
1361

2.2
启闭塔石方开挖
m3
596

2.3
洞身段石方开挖
m3
7670

2.4
控制段石方开挖
m3
1942

2.5
出口段石方开挖
m3
231

6.2 施工布置
6.2.1 施工道路
（1）对外交通
本工程与外部连接的主要施工道路为右岸的进场公路，公路由110国道巴彦桥北上胜营西沿哈拉沟至工地，坝区附近公路高程为1407左右，此公路为本工程前期施工的主要对外交通道路。
（2） 新建道路
为满足开挖施工需要，在开挖区内拟建2条场内开挖施工道路，道路起点为进场公路坝上游，终点分别为坝基开挖区和坝肩开挖区，道路编号为k1、k2，新建道路的特性见表6-2。

新建道路特性表 表6-2
路号
路面终端高程
路宽(m)
长度(m)
最大路坡
路况
备注
K1
1450
4
1000
10%
简易路
进设备
K2
1407
7
500
3%
碎石路
出渣
6.2.2 风水电系统
（1）施工供风
本工程开挖施工的主要用风设备为手风钻，手风钻用风量为3m3/min.台。
根据石方开挖强度，共需手风钻12台，其高峰期用风量为36m3/min。根据现场情况，采用移动式空压机供风，方便灵活，减少占地面积。因此配两台EP750型电动移动式空压机供风，单台供风量21m3/min。可满足本工程土石方开挖施工的用风需要。供风系统所需设备及材料见表6-3。
供风系统设备及材料表 表6-3
序号
设备名称
型号
单位
数量
备注
1
空压机
EP750
台
2

2
主供风钢管
4″
m
300

3
胶管
2″
m
200

4
闸阀
4″
个
2

5
闸阀
2″
个
2

6.2.3施工供水及供电
本工程开挖施工的用水项目主要手风钻用水，用水情况见表6-4。根据施工强度计算，土石方明挖施工高峰用水量3.6m3/h。供水系统详见第四章《施工总平面布置》。
施工项目用水情况表 表6-4
施工项目
主要用水项目
及设备
耗水量
设备数量
（台套）
合计用水量m3/h
开挖施工
手风钻
180～300L/台时
12
3.6m3/h
本工程开挖及支护施工的主要用电项目有空压机、施工照明等。其用电负荷见表6-5。根据施工进度计划计算，右岸主体工程施工高峰期用电负荷为194KW，电源由业主提供，供电系统布置详见第五章《施工总平面布置》。

开挖及支护施工主要用电设备表 表6-5
序号
设备名称
型号
额定电压（V）
功率（kw）
总用电负荷（kw）
1
空压机
EP750
380
160
320
2
照明用电

220～380
30
30
3
合计

350
6.3 施工程序
6.3.1 施工分区
本工程土石方明挖包括大坝、放水洞两个部位，根据各施工部位间的关系及本工程施工导流的特点，土石方明挖施工分左右坝基、左、右坝肩和放水洞四个区进行施工，
6.3.2 施工程序
（1）施工程序安排的原则
本工程开挖施工按强度均衡的原则安排施工。
开挖采用自上而下开挖，边坡采用预裂爆破。
每区开挖前，先形成施工道路。
（2）开挖施工程序
土石方明挖及支护施工程序框图

施工准备
右岸坝肩开挖
坝基开挖
左岸坝肩开挖
放水洞开挖

6.4土方开挖施工
土方开挖主要指大坝清基土方开挖。采用机械施工，利用D85推土机集料，CAT966F型装载机装15T自卸汽车，经场内施工路运至监理人指定的暂存场，运距约为0.5km。开挖边坡采用人工配合CAT320反铲修整，并在施工中作好排水和边坡保护工作。为了给石方开挖创造条件，两岸坝肩土方开挖，2002年11月及12月冻土层较薄时挖完。
6.5 石方开挖施工
本工程左右坝肩石方开挖主要采用深孔梯段微差挤压爆破方法进行施工，最大梯段高8m，为保证边坡开挖质量，边坡主要采用预裂爆破方法施工。梯段爆破钻孔设备采用RANGER500型液压钻机；集渣和推渣设备采用D85推土机；装渣设备主要采用CAT966F装载机、CAT320液压反铲辅助；运输设备主要采用15T自卸汽车。对于坝肩的薄层开挖及机械设备不宜施工的部位，辅以手风钻开挖。
放水洞等部位石方开挖采用浅孔松动爆破，利用YT26型手风钻钻孔，进行沟槽开挖，出渣方式采用CAT320液压反铲装15T自卸汽车。
6.6钻爆设计方案及施工方法
6.6.1 钻爆设计
针对本工程的具体工程地质条件和岩石的物理力学性能，在正式的爆破施工前，首先寻找具有代表性的区域进行爆破试验，借以调整和修正初步设计的爆破参数，使爆破效果达到比较好的结果。
（1）梯段爆破钻爆设计
本工程梯段爆破的梯段高度根据分层高度确定，主要为7m和8m。爆破采用微差挤压松动爆破方式，采用2#岩石硝铵炸药为主要爆破材料，利用非电毫秒塑料导爆雷管作为主要引爆系统。炮孔按中宽孔距、梅花型布孔。为防止爆破对设计边坡的振动破坏，在靠近预裂面的一排炮孔的装药量拟定为其它梯段爆破孔装药量的70%～80%，距预裂面1.5m～2.0m布孔。为提高爆破质量，降低石渣的大块率，炮孔的装药结构为底部与中部采取连续柱状装药及上部堵塞部位加小药包的装药方式。梯段爆破钻爆设计参数见表6-6，
梯段爆破钻爆参数表 表6-6
梯段高度H(m)
炮孔直径D(m)
炮孔深度h(m)
孔距a(m)
排距b（m）
底部装药
柱状装药
装药总量Q(kg)
堵塞长度H0(m)
单位耗药量q(kg/m3)
超钻深度H1(m)
高度hp(m)
装药量Qp(kg)
高度hb(m)
装药量Qb(kg)
8
93
8.9
3.5
2.0
2.0
11.4
4.3
17.6
28
2.6
0.5
0.5
（2）预裂爆破钻爆设计
预裂爆破采用导爆索起爆，炸药采用2#岩石硝铵炸药，装药结构采用间隔不偶合结构方式，不偶合系数2.9。为了保证炮孔底部充分裂开，炮孔底部1.0m范围内采用加强连续装药方式。装药时先将药卷按设计要求用胶布绑扎在竹片上，然后放入孔内并用纸团放置在药卷顶部，最后利用钻孔岩屑封堵孔口。钻爆设计参数见表6-7
预裂爆破钻爆参数表 表6-7
孔深h(m)
孔径D(mm)
孔距a(m)
药卷直径φ(mm)
线装药密度q(g/m)
底部装药
总装药量Q(kg)
堵塞长度H0(m)
装药量Qp(kg)
高度hp(m)
8.4
93
0.8
32
420
1.05
1.0
3.53
1.5
（3）手风钻开挖钻爆设计
手风钻开挖钻孔直径为42mm，钻孔深度为3.5m，爆破采用2#岩石硝铵炸药，导爆管起爆。建基面上部20cm采用人工撬挖。保护层开挖钻爆设计参数见表6-8。
保护层开挖钻爆参数表 表6-8
台阶高度(m)
孔深（m）
钻孔角度
孔距(m)
排距(m)
装药量(g/孔)
单耗kg/m3
3.2
3.5.
70o
1.0
0.8
1.53
0.6
6.6.2钻爆试验
为确保开挖施工的安全稳定，控制爆破振动及飞石对周围建筑物的影响，并使开挖施工取得良好的爆破效果，在主体石方开挖前，先进行爆破试验。爆破试验位置选在引渠段。
现场爆破试验按《爆破安全规程》（GB6772-86）和《水工建筑物基础开挖工程施工技术规范》（SL47-94）执行。
爆破试验中孔网布置、装药结构以及起爆顺序和起爆方法等，要按钻爆设计方案进行。钻爆设计方案要点为：a、控制台阶高度在10m以内；b、梅花型布孔；c、采用微差起爆法，一次爆破单响药量控制在100kg；d、最后一排爆破孔的孔距，试验设计1.5～2.0m，并且减少装药量，其目的是防止爆破的后拉作用，为下一次爆破保留完整的台阶工作面。
现场爆破振速测量：对所采用的爆破方案进行质点振动速度测量，爆区振动速度衰减规律的关系式为：
V=K（Q1/3/R）α

V——质点振动速度cm/s；
Q——单响药量kg；
R——测点至爆区中心的距离；
K、α——爆区与地质、地形、爆破方案有关的系数和衰减指数。
寻找质点的衰减规律就是通过试验求出爆区的K、α值，建立衰减关系式。以计算出爆破振动速度是否满足要求。
现场爆破效果调查：调查爆破后的堆渣情况、爆破振动和飞石控制情况以及块石砾径等。特别是飞石控制，这是开挖爆破的关键。
爆破试验次数暂定为2～3次，对孔网参数及爆破参数仅为验证性的试验，关键问题是找出振动距离对砼影响最小的方案，以避免或减小开挖施工对砼施工的影响。
质点振动速度测量选用中国水科院抗震中心研制生产的震动监测仪，其监测系统由速度传感器（CD-21-T）、导线、放大器数据采集卡（CS-16-100K）、计算机和数据采集分析软件（CDSP）组成。
6.6.3 钻孔爆破作业施工
钻孔作业与挖运作业平行施工，具体施工程序和施工方法如下：
（1）预裂爆破钻孔爆破施工：
a、施工程序：

预裂爆破施工程序

起爆联线
钻孔质量检查
堵塞料准备
孔口堵塞
装 药
平台面，清理浮渣
测量定位、钻机就位
钻 孔
清理钻孔
绑扎药串
导爆索检查
炸药检查
竹片加工
起 爆

b、施工方法：
在钻孔前精确测量边坡开挖线，并用红油漆标明预裂孔孔位，在钻孔时，采用带有铅锤的垂直角测量仪控制钻杆角度，钻孔过程中，适当降低钻孔速度，以确保钻孔的准确无误。装药时，先将药卷按设计间隔用胶布绑扎在竹片上，然后放入孔内，并用纸团放置在药卷顶部，最后利用钻孔岩屑将孔口封堵密实。
（2）梯段爆破施工方法：
测量放线
布 孔
钻 孔
装药连网爆破
a、施工程序：

b、施工方法
每次钻孔爆破前，先在台阶面上按设计用红油漆标明爆破孔位并保持钻孔准确。每次爆破前，临空面保留一定厚度的石渣以满足挤压爆破的要求。爆破采用由前向后顺序传爆的微差起爆网络，其起爆网络连接，在爆破技术人员的指导下，由专业爆破员认真连接，以确保爆破成功。
6.7 施工设备配置

6.7.1钻孔设备的配备
（1）液压钻机配备
按照施工总进度计划安排，最高月石方开挖强度为3万m3/月。根据爆破设计每米钻孔爆破石方量为7m3/m，开挖高峰时，月钻孔进尺为5300m/月，其中预裂爆破钻孔进尺约1000m/月。
梯段爆破开挖时RANGER-500型液压履带式钻机的需用量计算公式如下：
N=L/P
式中 N——液压钻机需用数量；
L——月钻孔进尺（0.5万m/月）；
P——钻机生产率（按120m/台班，9000m/月）；
则N=0.5×104/9000=0.56台
配备1台RANGER-500型液压钻机，可满足施工要求。
（2）手风钻配备
按照施工总进度计划安排及施工程序，高峰期手风钻开挖施工强度约为450m3/d，按照保护层开挖钻爆设计，日钻孔进尺约700m/d，每台手风钻按日钻孔进尺80m计（40m/台班），需要10台手风钻。配12台YT-27手风钻，可满足施工强度要求。
6.8.2装载设备配备
（1）实用生产率计算
实用生产率计算公式为P=3600qKchKzKeKt/T
式中 P——生产率，m3/h；
q——铲斗容量，m3；
T——工作循环时间，s；
Kch——铲斗装满系数；
Ke——土壤可松系数；
Kt——时间利用系数
Kz——校正系数。
本工程配备的CAT966F和CAT320装载设备装石方时的实用生产率计算见表6-9。
装载设备生产率 表6-9
设备名称
铲斗容量q(m3)
循环时间T（s）
装满系数Kch
可松系数Ke
时间利用系数Kt
校正系数Kz
生产率P(m3/h)
966F装载机
3
60
0.6
0.7
0.8
0.9
68
CAT320反铲
1.3
45
0.6
0.7
0.8
0.9
31
（2）实用生产率选择
参考施工组织设计手册中类似工程装载设备生产率指标及计算的实用生产率计算，结合定额指标和类似工程经验，根据本工程施工特点，装载设备生产率确定如下：CAT966F装载机生产率为400m3/台班，CAT320液压反铲生产率为200m3/台班。
（3）装载设备配备
最高月开挖强度为3万m3/月，全部为石方开挖，根据本工程施工情况，装载设备月额定台班数按70个台班考虑，各种装载设备配备数量及月生产率（按M=NPWK公式计算）见表6-10。
装载设备配备 表6-10
设备名称
实用生产率P(m3/台班)
月额定台班数W
机械利用率
K
设备数量N(台)
月强度
M(万m3/月)
966F装载机
400
70
0.8
1
2.24
CAT320反铲
200
70
0.8
1
1.12
配备以上设备月装载能力为3.36万m3，满足高峰月开挖强度要求。
6.8.3运输设备配备
出渣运输设备采用15T自卸汽车，根据石渣运输量和运输距离，经计算，配置10台15T自卸汽车可满足施工需要。
6.8.4集渣设备配备
根据开挖施工方法及渣场布置情况，共配备D85推土机2台。
6.8.5开挖及支护设备配备一览表

土石方明挖施工设备配备表 表6-11
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
制造厂家
1
液压钻机
RANGER 500
台
1
芬兰汤姆洛克
2
装载机
CAT966F
台
1
美国卡特比勒
3
自卸汽车
斯太尔1491
台
10
山东青岛
4
液压反铲
CAT 320
台
1
美国卡特比勒
5
推土机
D85
台
2
日本小松
6
手风钻
YT-27
台
12
沈阳风动工具厂
7
震动监测仪
CD-21-T
台
1
水科院抗震中心
6.9 劳动力组合
开挖施工按每天二班制（12小时作业）组织施工，高峰期单班劳动力配备见表6-12。
主要劳动力表 表6-12
工种类别
液压钻工
风钻工
炮工
装载司机
汽车司机
推土机司机
修理工
其它
人员数量
2
18
4
2
10
2
3
15
合计
56人/单班
6.10施工进度计划
土石方开挖施工自2002年11月25日开始至2003年4月15日结束。其中坝肩开挖安排在2002年11月25日至2003年3月5日施工；放水洞施工安排在2002年12月16日至2003年4月15日施工。工期安排参见施工进度计划横道图。
6.11进度保证措施
在本工程开挖施工中，为保证按期完成进度计划，将采取以下措施：
（1）充分利用分区、分块及布置在场内的临时道路，采取多工作面施工，每个工作面安排钻孔与出渣同时进行。
（2）采用先进的RANGER型液压钻机。它的优点是钻孔速度快、精度高，自动吸尘，不需配备风水电系统，不怕冻，解决了冬季施工气温低及冬季施工供风、供水系统很难形成问题。
（3）选用先进的、数量充足的机械设备，加强管理，保证施工机械的完好率，从而提高工效。
（4）加强施工现场指挥和调度，减少各开挖工作面间及开挖与其它工序间的施工干扰，合理安排施工程序和劳动力组合。

（5）投入有类似工程经验的、能打硬仗的施工队伍。
6.12质量保证措施
为保证开挖施工质量，将采取以下措施。
（1）施工中严格按施工图纸及相关技术规范的要求操作，设专职质控人员对施工过程进行过程控制。
（2）进行爆破试验，确定合理的钻爆参数，保证基岩开挖质量。
（3）保证钻孔的精度，钻孔孔位、孔向、深度都要进行严格的控制。
（4）爆破装药时，一定要按经爆破试验调整确定后的爆破参数进行，为了防止因导爆管质量引起某一个或几个炮孔拒爆，爆破的引爆系统采用复式串、并连接法连接，每个炮孔内安装2～3枚导爆管作为保险。
（5）预裂爆破的质量是体现整个开挖爆破质量的关键项目之一，钻孔倾角和允许偏差按图纸要求施工，装药结构经现场爆破试验确定，确定后的参数必须保证爆破后的预裂面半孔率在85%以上，相临两炮孔间岩面不平整度不大于15cm，孔壁表层不产生明显的爆破裂缝，水平建基面的岩石开挖也要满足施工规范的要求。
6.13安全保证措施
为保护环境，文明施工，避免飞石对爆破区周围的人、房屋建筑以及树木植物的伤害和破坏，采取以下安全措施。
（1）认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针。
（2）所有参加施工人员必须接受岗前培训，否则不准上岗，特种作业人员必须持证上岗。
（3）按设计装药量、装药结构进行装药，堵塞要密实，堵塞长度要够。
（4）设报警器报警，并派警卫，爆破区300m以内不准有人。
（5）在施工区和施工道路上设置足够的安全标志和安全信号，确定最小安全距离。
（6）设置足够的照明系统，照明要符合技术规范要求。
（7）炸药运输、存放和使用要严格执行国家的有关规定。
（8）定期召开安全生产工作会议，坚持班组每周安全活动。
（9）开挖采用自上而下分台阶钻爆，每一台阶钻爆开挖完成后及时进行边
坡支护和危石处理，以保证下一层施工安全。在各台阶开挖边坡形成之前，完成相应高程地表水的排除工作。
6.14爆破控制措施
（1）爆破方向背对建筑物，减少朝建筑物方向的飞石。
（2）爆破临空面堆渣厚度大于爆破最小抵抗线，取3～5m，减小爆破方向的飞石。
（3）炮孔堵塞长度为2.5m，大于爆破最小抵抗线（2.0m），减小个别飞石距离。
（4）采用挤压松动爆破措施，控制最大一响装药量，减小爆破震动对周围建筑物的影响。
（5）在距建筑物较近的位置爆破，采取在爆破区表面加炮被措施，控制飞石，炮被用钢丝绳连接废旧轮胎制成。
（6）对于重要防护部位，采取在其表面加防护帘覆盖，作为防护飞石的辅助措施。
（7）关键部位加强振动监测，并采取降低单响药量、增加防震孔的方法减小振动。
6.15冬季施工措施
为确保冬季施工的正常进行，冬季开挖采用以下措施。
（1）预裂、梯段爆破采用性能先进的液压钻机，以解决前期供风、供水设施由于冬季气温低建设困难的问题。
（2）沟槽开挖、大块石解小等采用手风钻钻孔，移动式空压机供风。
（3）现场设移动式火炉，烘烤冻结的手风钻及风包、风管接头等。
（4）搭设保温棚对装载机、钻机、自卸汽车、反铲等施工机械进行保温。
（5）施工机械使用低温季节的燃油、润滑油以及防冻液等。
（6）对孔口冻冰的处理：尽可能降低地下水位；采用木楔堵孔，并在孔口覆盖草垫；装药前如孔内发现冻冰情况，则用钻机清孔，高压风吹孔。