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摘要：通过四川白马电厂翻车机室区域深基坑土石方开挖工程实践，对当地泥岩和砂岩地质物理特性进行了深入研究，对其石方开挖工法进行研究，分别采用钻爆法和纯机械法施工工法进行实践，为以后在西南地区泥岩、砂岩地质情况下的深基坑开挖提供相关参考。
关键词：泥岩；砂岩；石方开挖；施工工法
前言
西南地区地质待性相近的泥岩、砂岩分布非常广泛，涉及泥岩砂岩等石方开挖的工程很多，因此，针对泥岩、砂岩的石方开挖施工工艺的研究就很有必要。
本工程为四川白马电厂翻车机室区域（含翻车机室、1#、2#转运站、2#、3#地下廊道等）石方开挖。依据现场地形、地貌情况，上部地表土层较薄，土方可采用机械开挖至岩层面，翻车机区域土石方工程量约为14000m3，1#转运站及2#廊道土石方工程量约为15000m3，2#转运站及3#廊道土石方工程量约为28000m3。待挖岩石多为砂岩、泥岩，一般厚度0.5～2.5米。开挖区东侧及北侧为山体，北侧400m外为电厂粉煤灰加工厂，南侧50m为沱江干流，受地形及征地红线限制，无法大放坡开挖施工。
根据设计图纸，室外地坪为305.458m，翻车机室区域基坑开挖形式：翻车机室地下结构开挖需进行分层分部位开挖，即底板范围开挖至292.090m，进风竖井开挖至294.440m，排风竖井开挖至295.64m，另外集水坑处开挖至298.55m；#1转运站基坑底板范围开挖至288.89m，集水坑处开挖至287.49m；#2转运站基坑底板范围开挖至286.10m，集水坑处开挖至284.90m；#2廊道底板开挖最深为289.79m，#3廊道底板开挖最深为289.573m。以上高程均为绝对标高。具体部位开挖时，需根据结构外尺寸各扩出1.2m～0.8m做为工作面；因五个构筑物均连成一体，土石方开挖进行整体大面积开挖。
开挖方案的选择
工程要求
计划施工日期：2010年11月13日～2010年12月31日，有效工期48天。本爆破工程属于露天深基坑爆破，同时要求在春汛来临之前完成零米以下工程施工，工期要求很紧。
本工程中待挖岩石多为砂岩、泥岩，层状布置，与水平面呈15°左右夹角，厚度并不均匀，一般厚度0.5～2.5米。
本工程爆破深度较深，周围环境较复杂，需要确保爆破场地周围的山体稳定随时监控边坡情况，预防滑坡，施工难度大。
本工程北侧山体紧靠老电厂的水灰库，从厂平开山情况看，有少量山体渗水情况，需要在施工中注意。
开挖方案的确定
根据工期及工程技术要求, 决定采用浅孔松动爆破、边坡浅孔光面爆破与机械开挖相结合施工作业方法。上部大面积石方开挖采用浅孔松动爆破方案施工，加快施工进度；侧向边坡面层采用边坡浅孔光面爆破，减少边坡凹凸，确保边坡稳定；靠基底（2m左右）采用机械开挖方式，减少超挖，避免少挖。
开挖方案设计
A、浅孔松动爆破：适用于石質软弱的软石，次坚石开挖深度在3～10m，数量集中，且对建筑物影响不大的情况。
布眼方法：
在开挖台阶上布置多排竖直炮孔，各孔成梅花形排列。
钻爆参数：
钻孔直径 d=Φ38～42mm
最小抵抗线 w=1.0～1.2m
孔距 a=1.0～1.2m
排距 b=w=1.0～1.2m
孔深 H=2～2.5m
单位耗药量 K=0.3～0.4kg/m3（根据岩石类型通过试验确定）
每孔装药量 Q=K.w.a.H（前排）或 Q=K.a.b.H（后排）
装药结构：
使用Φ32mm的2#岩石硝铵炸药，采用连续装药或分层间隔装药，若采用分层装药，其上下层药量之比为4: 6，堵塞长度一般为 0.6～0.8m，中间间隔一般为0.3～0.4m。
起爆网络及联结：
采用非电毫秒延期导爆管起爆系统起爆。即在各孔设置不同段别非电毫秒雷管，导爆管引出孔外，采用四通连接块分别接入两条导爆管主线，形成复式起爆网路，专用起爆器引爆。
B、边坡浅孔光面爆破：在开挖靠近设计边坡时，采用深孔光面爆破以减少对设计边坡的破坏，增强其稳定性。
炮孔布置：沿边坡设计开挖线，打一排1：1的斜眼（光爆眼），炮孔间距根据岩石的性质现场确定。
孔径：光爆孔的孔径和主爆孔相同；
角：同路基设计边坡的倾角；
孔距：1.0m～1.2m；
线装药密度：0.4 kg/m～0.6kg/m，采用不偶合装药；
填塞长度：1m～1.5m。
所有光爆孔应在一个平面上，并且孔底应保持在同一水平上，所有光爆孔应同时起爆。
C、机械开挖：使用一种安装了独钩松土器的CAT320型反铲挖掘机进行石方开挖。
施工工法的实践及比对
施工工法的实践
西南地区地质岩层为带状分布，开挖区域中往往是泥岩及砂岩交错布置，有中风化、弱风化及微风化不同情况，岩层性质并不均衡。在开挖过程中，初期爆破深度控制在2～2.5m左右，每孔装药量是根据设计数据及前期挡墙爆破使用量进行控制，而在同一面层施工时，会有多种岩层面出现，单次爆破深度里，还会出现多种岩层带的情况，爆破后的施工面偶尔会形成凹凸的不均匀面，对下次爆破施工造成困难；后期调整爆破深度为1m，减少孔径、孔距、排距、孔深及单孔装药量，增加孔数，有效改善爆破效果；同时边坡浅孔光面爆破在实际开挖中及时调整数据及一次施工的工作面。
机械石方开挖时候，反铲挖掘机能有效开挖较坚硬的微风化砂岩，每次开挖深度在0.5m左右。
爆破方式与机械开挖方式的比对
A、爆破石方开挖：
优点：
施工进度快，成本较低。在正常情况下，采用爆破法施工速度较快；爆破与石方开挖分开施工，可以利用不同工作面及休息时间进行流水作业，有效提高施工效率，减少成本。
缺点：
爆破石方开挖时，经办的条件多，时间长，要办理的各种手续非常严格、复杂；安全隐患大，管理层次多；从采购、运输、人库、出库,现场转运、装药、连线、放炮，每一个环节都存在一定的安全隐患，安全管理的难度大。
施工时，环境、天气影响因素较多。如在有地下水的情况下容易产生卡钻现象，拖延施工进度；地层较薄时，且分布不均匀时，容易形成大块碎石，需要破碎后才能进行开挖运输；下雨时，无法进行施工。
施工质量控制较为困难，特别是对爆破深度及边坡的光面质量难以有效控制。
B、机械石方开挖：
优点：
机械法进行石方开挖相对于爆破法质量更容易控制，开挖的平整度和边坡面层平整度质量要好得多。在施工中既能保证不欠挖，超挖可以控制在100mm以内。有效的保证了底板混凝土工程量与设计量没有较大的出入。
安全隐患较少。机械石方施工时，主要安全隐患为使用机械及机械本身的安全问题。
缺点：
开挖速度较慢。反铲挖掘机单层开挖深度较浅，采用单台挖机作业时，更换挖斗时间较长，如增加挖掘机配合，又容易产生工作面交错。
机械损坏较多，维修不方便。反铲裂石器的钩齿在开挖泥岩时工作稳定，但在较为坚硬的微风化砂岩条件下，容易形成损坏，更换也比较麻烦。相关配件需要到大城市去购买。
总结
通过白马电厂翻车机室区域石方开挖实践，可以发现，在西南地区泥岩和砂岩地质条件下，在大面积大体积，且周边条件良好的情况下，采用爆破石方开挖工法更加有利于工程开展和降低成本；在深基坑，小面积或者周边条件有限制（如周边有容易破坏的建构筑物）情况下时，选择机械法进行泥岩和砂岩的石方开挖在施工质晕、施工安全控制方面都更优于爆破法石方开挖。
关键词：泥岩；砂岩；石方开挖；施工工法
前言
西南地区地质待性相近的泥岩、砂岩分布非常广泛，涉及泥岩砂岩等石方开挖的工程很多，因此，针对泥岩、砂岩的石方开挖施工工艺的研究就很有必要。
本工程为四川白马电厂翻车机室区域（含翻车机室、1#、2#转运站、2#、3#地下廊道等）石方开挖。依据现场地形、地貌情况，上部地表土层较薄，土方可采用机械开挖至岩层面，翻车机区域土石方工程量约为14000m3，1#转运站及2#廊道土石方工程量约为15000m3，2#转运站及3#廊道土石方工程量约为28000m3。待挖岩石多为砂岩、泥岩，一般厚度0.5～2.5米。开挖区东侧及北侧为山体，北侧400m外为电厂粉煤灰加工厂，南侧50m为沱江干流，受地形及征地红线限制，无法大放坡开挖施工。
根据设计图纸，室外地坪为305.458m，翻车机室区域基坑开挖形式：翻车机室地下结构开挖需进行分层分部位开挖，即底板范围开挖至292.090m，进风竖井开挖至294.440m，排风竖井开挖至295.64m，另外集水坑处开挖至298.55m；#1转运站基坑底板范围开挖至288.89m，集水坑处开挖至287.49m；#2转运站基坑底板范围开挖至286.10m，集水坑处开挖至284.90m；#2廊道底板开挖最深为289.79m，#3廊道底板开挖最深为289.573m。以上高程均为绝对标高。具体部位开挖时，需根据结构外尺寸各扩出1.2m～0.8m做为工作面；因五个构筑物均连成一体，土石方开挖进行整体大面积开挖。
开挖方案的选择
工程要求
计划施工日期：2010年11月13日～2010年12月31日，有效工期48天。本爆破工程属于露天深基坑爆破，同时要求在春汛来临之前完成零米以下工程施工，工期要求很紧。
本工程中待挖岩石多为砂岩、泥岩，层状布置，与水平面呈15°左右夹角，厚度并不均匀，一般厚度0.5～2.5米。
本工程爆破深度较深，周围环境较复杂，需要确保爆破场地周围的山体稳定随时监控边坡情况，预防滑坡，施工难度大。
本工程北侧山体紧靠老电厂的水灰库，从厂平开山情况看，有少量山体渗水情况，需要在施工中注意。
开挖方案的确定
根据工期及工程技术要求, 决定采用浅孔松动爆破、边坡浅孔光面爆破与机械开挖相结合施工作业方法。上部大面积石方开挖采用浅孔松动爆破方案施工，加快施工进度；侧向边坡面层采用边坡浅孔光面爆破，减少边坡凹凸，确保边坡稳定；靠基底（2m左右）采用机械开挖方式，减少超挖，避免少挖。
开挖方案设计
A、浅孔松动爆破：适用于石質软弱的软石，次坚石开挖深度在3～10m，数量集中，且对建筑物影响不大的情况。
布眼方法：
在开挖台阶上布置多排竖直炮孔，各孔成梅花形排列。
钻爆参数：
钻孔直径 d=Φ38～42mm
最小抵抗线 w=1.0～1.2m
孔距 a=1.0～1.2m
排距 b=w=1.0～1.2m
孔深 H=2～2.5m
单位耗药量 K=0.3～0.4kg/m3（根据岩石类型通过试验确定）
每孔装药量 Q=K.w.a.H（前排）或 Q=K.a.b.H（后排）
装药结构：
使用Φ32mm的2#岩石硝铵炸药，采用连续装药或分层间隔装药，若采用分层装药，其上下层药量之比为4: 6，堵塞长度一般为 0.6～0.8m，中间间隔一般为0.3～0.4m。
起爆网络及联结：
采用非电毫秒延期导爆管起爆系统起爆。即在各孔设置不同段别非电毫秒雷管，导爆管引出孔外，采用四通连接块分别接入两条导爆管主线，形成复式起爆网路，专用起爆器引爆。
B、边坡浅孔光面爆破：在开挖靠近设计边坡时，采用深孔光面爆破以减少对设计边坡的破坏，增强其稳定性。
炮孔布置：沿边坡设计开挖线，打一排1：1的斜眼（光爆眼），炮孔间距根据岩石的性质现场确定。
孔径：光爆孔的孔径和主爆孔相同；
角：同路基设计边坡的倾角；
孔距：1.0m～1.2m；
线装药密度：0.4 kg/m～0.6kg/m，采用不偶合装药；
填塞长度：1m～1.5m。
所有光爆孔应在一个平面上，并且孔底应保持在同一水平上，所有光爆孔应同时起爆。
C、机械开挖：使用一种安装了独钩松土器的CAT320型反铲挖掘机进行石方开挖。
施工工法的实践及比对
施工工法的实践
西南地区地质岩层为带状分布，开挖区域中往往是泥岩及砂岩交错布置，有中风化、弱风化及微风化不同情况，岩层性质并不均衡。在开挖过程中，初期爆破深度控制在2～2.5m左右，每孔装药量是根据设计数据及前期挡墙爆破使用量进行控制，而在同一面层施工时，会有多种岩层面出现，单次爆破深度里，还会出现多种岩层带的情况，爆破后的施工面偶尔会形成凹凸的不均匀面，对下次爆破施工造成困难；后期调整爆破深度为1m，减少孔径、孔距、排距、孔深及单孔装药量，增加孔数，有效改善爆破效果；同时边坡浅孔光面爆破在实际开挖中及时调整数据及一次施工的工作面。
机械石方开挖时候，反铲挖掘机能有效开挖较坚硬的微风化砂岩，每次开挖深度在0.5m左右。
爆破方式与机械开挖方式的比对
A、爆破石方开挖：
优点：
施工进度快，成本较低。在正常情况下，采用爆破法施工速度较快；爆破与石方开挖分开施工，可以利用不同工作面及休息时间进行流水作业，有效提高施工效率，减少成本。
缺点：
爆破石方开挖时，经办的条件多，时间长，要办理的各种手续非常严格、复杂；安全隐患大，管理层次多；从采购、运输、人库、出库,现场转运、装药、连线、放炮，每一个环节都存在一定的安全隐患，安全管理的难度大。
施工时，环境、天气影响因素较多。如在有地下水的情况下容易产生卡钻现象，拖延施工进度；地层较薄时，且分布不均匀时，容易形成大块碎石，需要破碎后才能进行开挖运输；下雨时，无法进行施工。
施工质量控制较为困难，特别是对爆破深度及边坡的光面质量难以有效控制。
B、机械石方开挖：
优点：
机械法进行石方开挖相对于爆破法质量更容易控制，开挖的平整度和边坡面层平整度质量要好得多。在施工中既能保证不欠挖，超挖可以控制在100mm以内。有效的保证了底板混凝土工程量与设计量没有较大的出入。
安全隐患较少。机械石方施工时，主要安全隐患为使用机械及机械本身的安全问题。
缺点：
开挖速度较慢。反铲挖掘机单层开挖深度较浅，采用单台挖机作业时，更换挖斗时间较长，如增加挖掘机配合，又容易产生工作面交错。
机械损坏较多，维修不方便。反铲裂石器的钩齿在开挖泥岩时工作稳定，但在较为坚硬的微风化砂岩条件下，容易形成损坏，更换也比较麻烦。相关配件需要到大城市去购买。
总结
通过白马电厂翻车机室区域石方开挖实践，可以发现，在西南地区泥岩和砂岩地质条件下，在大面积大体积，且周边条件良好的情况下，采用爆破石方开挖工法更加有利于工程开展和降低成本；在深基坑，小面积或者周边条件有限制（如周边有容易破坏的建构筑物）情况下时，选择机械法进行泥岩和砂岩的石方开挖在施工质晕、施工安全控制方面都更优于爆破法石方开挖。