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【摘 要】结合小溪滩船闸工程基岩的性质及多个类似工程施工经验，采用纯机械的方法，利用机械松土器进行泥质砂岩的开挖。通过小溪滩船闸工程基础石方开挖的工程实践，结合泥岩与砂岩的地质物理特性，对其开挖的方法进行探讨研究，在工程的质量、进度、安全、环保与成本等多个方面都优于传统的钻爆法施工，值得在同类基岩的开挖施工中使用及推广。
【关键词】机械松土器；泥岩开挖；应用
一、工程概况
1.1工程简介
小溪滩船闸工程位于龙游县境内，衢江与灵山港汇合口下游湖镇小溪滩村附近。是《钱塘江流域综合规划》、《钱塘江中游“三江”梯级开发规划》推荐的开发建设项目，是衢江干流六级开发中的第四级枢纽。船闸按四级航道通航标准设计，闸室有效尺度为：230×23×4.0m（有效长度×有效宽度×门槛最小水深）。单向年过闸的船舶总载重吨位和年过闸货运量设计值分别为1953万t和1050万t。
1.2基岩的特性
在钱塘江上游衢江段泥岩、砂岩分布较广，涉及泥岩、砂岩的石方开挖的工程很多，所提出对泥岩、砂岩的开挖施工研究是很有必要。
泥岩在干燥状态下比较坚硬，抗压强度和抗剪强度与石灰岩、花岗岩相近，岩石等级可以达到4～5级；但在空气中外露时风化很快，尤其是遇水浸泡后，大约2个小时以后表面就会和容易风化、变得松散掉块，表面短时间内就会变软——这是泥岩最大的特点，给工程施工带来很大的影响。因此，对于泥岩基础，设计要求一般是在开挖至设计面后较短时间内以尽快利用混凝土将基岩面封闭，否则，基岩表面将会因岩石风化而被要求再次挖除。长期浸泡在地下水位以下的泥岩，在水位降低、水分完全散失时，会重新变得很坚硬。
砂岩的抗压强度较高，但是抗剪强度一般不太高，岩石等级为3～5级，它的特性也是表面外露、风化极快，遇水后强度会变得很低，甚至在较短的时间内变成松散的砂子，采用羊镐、铁锹等利器很容易挖除。
二、纯机械法—松土器开挖石方的施工方法
结合衢江航运开发项目小溪滩电站、红船豆电站、安仁铺船闸等工程类似岩性的基岩开挖方法，考虑到钻孔爆破进行石方开挖方法存在的缺点和难度，在小溪滩船闸工程基岩开挖的方法采用纯机械的施工方法。
基岩的大面积开挖采用松土器进行，该设备利用D375A大型推土机改装（设备见照片一），后面配备液压裂石器，开挖泥岩与砂岩日开挖量可达5000 m?，另外在局部较陡的边坡修整采用反铲携带的破碎锤进行配合开挖。该方法在工程的质量、进度、安全与成本等多个方面都优于传统的钻爆法施工，值得在同类基岩的开挖施工中使用及推广。
三、常规钻爆法石方开挖的利弊浅谈
对于一般非常坚硬的花岗岩、石英岩和石灰岩等来说，钻孔爆破是工程中常见的、也是唯一的方法。而对于泥岩和砂岩这些强度较低的岩石，钻孔爆破可能就不是唯一的开挖方法。在通常情况下，泥岩或是砂岩的基础开挖还是采用钻孔爆破的方法，这是大家认同的一种常用做法。泥岩和砂岩在干燥状态下钻孔比较容易（相对于花岗岩、石灰岩等），采用潜孔钻造孔的速度很快，钻孔速度可以达到0.35～0.55m/s，孔内的石渣和粉末也很容易被风吹出来。因此凿孔效率很高。但是，在有地下水的状态下钻孔就不是那么容易了，常常会因为石渣吹不出来而造成卡钻，甚至钻杆被卡死，再也拔不出来。在有地下水的砂岩中钻孔比在泥岩中钻孔难度要大一些，由于砂岩遇到水会变成松散的沙粒，更容易造成塌孔卡钻。
3.1 常规的钻爆法石方明挖的特点
（1）通过钻孔爆破将坚硬的岩石爆成较小的松散体，再利用挖掘机或装载机直接装车后运走。
（2）可采用80、100型潜孔钻进行钻孔，一次性松动岩石的范围大，深度也可以达到很深，适合大范围开挖；也可以采用手风钻钻孔，钻孔深度3～5m，一般适合在接近开挖面，光面或预裂爆破时采用。
3.2 钻爆法石方明挖的缺点
（1）鉆孔时间长，爆破成本大。
（2）设库难、手续多、费用高。爆破材料在工地设立临时炸药库或委托爆破公司储存，且必须设专人看管、专人运输；审批炸药各种手续非常严格、也非常复杂，经办时间较长、成本费用高。
（3）安全隐患大、管理层次多。从采购、运输、现场转运、装药、连线、放炮，每一个环节都存在着安全隐患，对安全管理要求高、难度大。
（4）爆破产生的冲击波、粉尘对环境的影响较大。
四、纯机械法石方开挖与钻爆法石方开挖优缺点的比较
4.1施工质量方面
采用钻爆法进行岩石开挖时，为了保证边岩和基础岩石不被爆破冲击震动破坏，一般采用预裂或光面爆破，基础则采用预留保护层的方法。预裂、光面爆破还需结合岩性及现场实际情况对爆破参数严加控制，若遇岩基结理发育，就很难保证建基面的开挖质量。为了保证规范中不欠挖的要求，往往超挖的就比较多。
采用纯机械法进行石方开挖相对于钻爆法质量更容易控制，从小溪滩船闸施工项目岩石开挖的施工实践中可以看出：开挖的平整度和超欠挖情况比钻爆法开挖的质量要好很多。完全能满足不欠挖，且超挖控制在10cm以内的规范要求。有效保证了闸室开挖的施工质量。（开挖效果见照片二）
4.2 施工进度方面
机械法开挖与钻爆法开挖的进度情况，可通过同一地段的小溪滩电站与小溪滩船闸的开挖实例作比较。
小溪滩船闸工程基础采用纯机械开挖：自2014年12月15日开始闸室基础开挖，我们配备的设备有一台大型松土器（由大型推土机改造）及一台破碎锤（由反铲改造），至2015年1月15日完成了闸室部位的石方开挖，实际工作时间就按32天计，开挖岩石工程量为68000 m?，平均每天2125m?。
小溪滩电站工程基础采用钻爆法开挖，石方开挖自2003年1月开始，施工时间为60天，开挖岩石工程量为88000 m?，平均每天1467m?。 不难看出，采用机械法进行石方开挖优于传统的鉆爆法石方开挖。由此可见，对于这种硬度不高的泥岩和砂岩来说，机械法进行石方开挖从进度方面还是可以推广的。另外有地下水位以下作业时，采用钻爆法进行石方开挖，钻孔往往比较困难，遇到砂岩夹层容易出现卡钻的现象，影响施工进度；且需使用成本更高的乳化炸药。但是采用松土器进行机械法石方开挖就可以通过在周围设置排水沟的方法，保持作业面干燥，来加快施工进度。
4.3施工安全方面
机械法进行岩石开挖主要为机械设备存在一定的安全隐患。而采用钻爆法进行石方开挖存在的安全隐患却很多。首先，炸药、雷管等火工材料的运输存在着很大的安全隐患；其次，装药、连线、爆破以及处理哑炮的过程中，都存在很大的安全隐患，给施工安全增加了许多不确定因素。爆破后机械开挖运输同样机械设备运行安全隐患，注意点与机械法石方开挖没什么区别。
4.4成本控制方面
大型松土器日租赁费用8000元/天，再考虑柴油费用约2000元/天，每天平均开挖量为2125 m?，暂不计入反铲开挖和车辆运输的费用，纯机械开挖石方的成本约为4.7元/m?。
同样在不含反铲开挖和车辆运输费用的条件下，若将石方开挖的钻孔爆破单独承包给一个专业爆破公司，爆破公司的要价为15元/m?，由此可见，纯机械法进行石方开挖每方要节约10.3元/m?。
小溪滩船闸主体工程石方明挖工程量为6.8万m?，假如全部采用纯机械法开挖，那么施工项目节约了施工成本总计6.8万m?*10.3元/m?=70.04万元，节约率高达31.3%，是非常经济的一种施工方法。另外，可减少了火工材料的保管、审批、炸药的保管、押运等费用，假若采用纯机械法进行石方开挖就可以节省掉这一部分费用支出，对于施工成本控制来说无形中又是一笔利润。
4.5环境保护方面
爆破地震波、噪音、粉尘、有毒有害其他以及飞石等负面影响，严重污染了人类赖以生存的环境，直接危害人类的安全与健康。而采用纯机械的石方开挖方法对环境污染影响较小，不愧于防治环境的一项好措施。
五、结论
通过衢江航运开发工程小溪滩船闸等项目的实践证明：采用破碎锤结合松土器的纯机械法进行泥岩、砂岩的石方开挖是一种施工创新，无论在施工质量、进度方面、施工安全、环境保护、成本控制方面都是更优于传统钻爆法石方开挖的施工方法，是一种成功的技术创新，是石方开挖中值得推广的施工工法。
【关键词】机械松土器；泥岩开挖；应用
一、工程概况
1.1工程简介
小溪滩船闸工程位于龙游县境内，衢江与灵山港汇合口下游湖镇小溪滩村附近。是《钱塘江流域综合规划》、《钱塘江中游“三江”梯级开发规划》推荐的开发建设项目，是衢江干流六级开发中的第四级枢纽。船闸按四级航道通航标准设计，闸室有效尺度为：230×23×4.0m（有效长度×有效宽度×门槛最小水深）。单向年过闸的船舶总载重吨位和年过闸货运量设计值分别为1953万t和1050万t。
1.2基岩的特性
在钱塘江上游衢江段泥岩、砂岩分布较广，涉及泥岩、砂岩的石方开挖的工程很多，所提出对泥岩、砂岩的开挖施工研究是很有必要。
泥岩在干燥状态下比较坚硬，抗压强度和抗剪强度与石灰岩、花岗岩相近，岩石等级可以达到4～5级；但在空气中外露时风化很快，尤其是遇水浸泡后，大约2个小时以后表面就会和容易风化、变得松散掉块，表面短时间内就会变软——这是泥岩最大的特点，给工程施工带来很大的影响。因此，对于泥岩基础，设计要求一般是在开挖至设计面后较短时间内以尽快利用混凝土将基岩面封闭，否则，基岩表面将会因岩石风化而被要求再次挖除。长期浸泡在地下水位以下的泥岩，在水位降低、水分完全散失时，会重新变得很坚硬。
砂岩的抗压强度较高，但是抗剪强度一般不太高，岩石等级为3～5级，它的特性也是表面外露、风化极快，遇水后强度会变得很低，甚至在较短的时间内变成松散的砂子，采用羊镐、铁锹等利器很容易挖除。
二、纯机械法—松土器开挖石方的施工方法
结合衢江航运开发项目小溪滩电站、红船豆电站、安仁铺船闸等工程类似岩性的基岩开挖方法，考虑到钻孔爆破进行石方开挖方法存在的缺点和难度，在小溪滩船闸工程基岩开挖的方法采用纯机械的施工方法。
基岩的大面积开挖采用松土器进行，该设备利用D375A大型推土机改装（设备见照片一），后面配备液压裂石器，开挖泥岩与砂岩日开挖量可达5000 m?，另外在局部较陡的边坡修整采用反铲携带的破碎锤进行配合开挖。该方法在工程的质量、进度、安全与成本等多个方面都优于传统的钻爆法施工，值得在同类基岩的开挖施工中使用及推广。
三、常规钻爆法石方开挖的利弊浅谈
对于一般非常坚硬的花岗岩、石英岩和石灰岩等来说，钻孔爆破是工程中常见的、也是唯一的方法。而对于泥岩和砂岩这些强度较低的岩石，钻孔爆破可能就不是唯一的开挖方法。在通常情况下，泥岩或是砂岩的基础开挖还是采用钻孔爆破的方法，这是大家认同的一种常用做法。泥岩和砂岩在干燥状态下钻孔比较容易（相对于花岗岩、石灰岩等），采用潜孔钻造孔的速度很快，钻孔速度可以达到0.35～0.55m/s，孔内的石渣和粉末也很容易被风吹出来。因此凿孔效率很高。但是，在有地下水的状态下钻孔就不是那么容易了，常常会因为石渣吹不出来而造成卡钻，甚至钻杆被卡死，再也拔不出来。在有地下水的砂岩中钻孔比在泥岩中钻孔难度要大一些，由于砂岩遇到水会变成松散的沙粒，更容易造成塌孔卡钻。
3.1 常规的钻爆法石方明挖的特点
（1）通过钻孔爆破将坚硬的岩石爆成较小的松散体，再利用挖掘机或装载机直接装车后运走。
（2）可采用80、100型潜孔钻进行钻孔，一次性松动岩石的范围大，深度也可以达到很深，适合大范围开挖；也可以采用手风钻钻孔，钻孔深度3～5m，一般适合在接近开挖面，光面或预裂爆破时采用。
3.2 钻爆法石方明挖的缺点
（1）鉆孔时间长，爆破成本大。
（2）设库难、手续多、费用高。爆破材料在工地设立临时炸药库或委托爆破公司储存，且必须设专人看管、专人运输；审批炸药各种手续非常严格、也非常复杂，经办时间较长、成本费用高。
（3）安全隐患大、管理层次多。从采购、运输、现场转运、装药、连线、放炮，每一个环节都存在着安全隐患，对安全管理要求高、难度大。
（4）爆破产生的冲击波、粉尘对环境的影响较大。
四、纯机械法石方开挖与钻爆法石方开挖优缺点的比较
4.1施工质量方面
采用钻爆法进行岩石开挖时，为了保证边岩和基础岩石不被爆破冲击震动破坏，一般采用预裂或光面爆破，基础则采用预留保护层的方法。预裂、光面爆破还需结合岩性及现场实际情况对爆破参数严加控制，若遇岩基结理发育，就很难保证建基面的开挖质量。为了保证规范中不欠挖的要求，往往超挖的就比较多。
采用纯机械法进行石方开挖相对于钻爆法质量更容易控制，从小溪滩船闸施工项目岩石开挖的施工实践中可以看出：开挖的平整度和超欠挖情况比钻爆法开挖的质量要好很多。完全能满足不欠挖，且超挖控制在10cm以内的规范要求。有效保证了闸室开挖的施工质量。（开挖效果见照片二）
4.2 施工进度方面
机械法开挖与钻爆法开挖的进度情况，可通过同一地段的小溪滩电站与小溪滩船闸的开挖实例作比较。
小溪滩船闸工程基础采用纯机械开挖：自2014年12月15日开始闸室基础开挖，我们配备的设备有一台大型松土器（由大型推土机改造）及一台破碎锤（由反铲改造），至2015年1月15日完成了闸室部位的石方开挖，实际工作时间就按32天计，开挖岩石工程量为68000 m?，平均每天2125m?。
小溪滩电站工程基础采用钻爆法开挖，石方开挖自2003年1月开始，施工时间为60天，开挖岩石工程量为88000 m?，平均每天1467m?。 不难看出，采用机械法进行石方开挖优于传统的鉆爆法石方开挖。由此可见，对于这种硬度不高的泥岩和砂岩来说，机械法进行石方开挖从进度方面还是可以推广的。另外有地下水位以下作业时，采用钻爆法进行石方开挖，钻孔往往比较困难，遇到砂岩夹层容易出现卡钻的现象，影响施工进度；且需使用成本更高的乳化炸药。但是采用松土器进行机械法石方开挖就可以通过在周围设置排水沟的方法，保持作业面干燥，来加快施工进度。
4.3施工安全方面
机械法进行岩石开挖主要为机械设备存在一定的安全隐患。而采用钻爆法进行石方开挖存在的安全隐患却很多。首先，炸药、雷管等火工材料的运输存在着很大的安全隐患；其次，装药、连线、爆破以及处理哑炮的过程中，都存在很大的安全隐患，给施工安全增加了许多不确定因素。爆破后机械开挖运输同样机械设备运行安全隐患，注意点与机械法石方开挖没什么区别。
4.4成本控制方面
大型松土器日租赁费用8000元/天，再考虑柴油费用约2000元/天，每天平均开挖量为2125 m?，暂不计入反铲开挖和车辆运输的费用，纯机械开挖石方的成本约为4.7元/m?。
同样在不含反铲开挖和车辆运输费用的条件下，若将石方开挖的钻孔爆破单独承包给一个专业爆破公司，爆破公司的要价为15元/m?，由此可见，纯机械法进行石方开挖每方要节约10.3元/m?。
小溪滩船闸主体工程石方明挖工程量为6.8万m?，假如全部采用纯机械法开挖，那么施工项目节约了施工成本总计6.8万m?*10.3元/m?=70.04万元，节约率高达31.3%，是非常经济的一种施工方法。另外，可减少了火工材料的保管、审批、炸药的保管、押运等费用，假若采用纯机械法进行石方开挖就可以节省掉这一部分费用支出，对于施工成本控制来说无形中又是一笔利润。
4.5环境保护方面
爆破地震波、噪音、粉尘、有毒有害其他以及飞石等负面影响，严重污染了人类赖以生存的环境，直接危害人类的安全与健康。而采用纯机械的石方开挖方法对环境污染影响较小，不愧于防治环境的一项好措施。
五、结论
通过衢江航运开发工程小溪滩船闸等项目的实践证明：采用破碎锤结合松土器的纯机械法进行泥岩、砂岩的石方开挖是一种施工创新，无论在施工质量、进度方面、施工安全、环境保护、成本控制方面都是更优于传统钻爆法石方开挖的施工方法，是一种成功的技术创新，是石方开挖中值得推广的施工工法。