高边坡土石方开挖.docx
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高边坡土石方开挖
土石方开挖
土石方开挖分布于所有的工程建立施工工程中，各工程的施工第一步都是土方开挖，现就土石方开挖如何施工和同志们进展讨论交流，缺乏之处，请批评指正。
1土石方开挖分类
按照建筑物开挖体型，一般分为以下几种
1-1高边坡土石方开挖：
如坝肩削坡，水工建筑物根底，公路路基及场平等开挖。
1-2沟槽开挖：
如引排水渠道，城市的地下供排水管道根底等
1-3基坑开挖：
如水电站厂房根底，砌石坝或砼坝的坝基根底等开挖。
2施工道路规划与修筑
2-1高边坡土石方施工道路的规划修筑：
根据开挖区实际地形以及周边地形先踏勘定线，然后用测量仪器测出施工道路的起始点的高差以及距离，计算坡度是否适宜，一般开挖机械施工道路坡度不大于30%，运输机械施工道路坡度不大于10%。
施工道路如为土方用推土机配合挖掘机进展修筑，如为石方可用液压钻或手风钻钻孔爆破，挖掘机出渣，依此由起点向终点分段修筑。
高边坡土石方开挖机械施工道路一般修至距最高开口线5m左右的位置最为适宜，以机械能够出渣为宜，这样就减少了人工出渣量，使开挖施工能够尽快展开。
开挖施工道路在地形条件允许的情况下，尽量部署在开挖区之内，这样就减少了重复修路，并且随着开挖高度的降低，道路会越来越好走。
尽量抬高运输机械施工道路，减少翻渣。
2-2沟槽及基坑开挖施工道路规划
有些沟槽及基坑开挖均在地表以下，施工道路的规划设计，根据开挖体型来规划，一般按运输施工道路进展规划，在开挖过程中进展修筑预留。
3土石方开挖
土石方开挖总得施工方法是采用自上而下、分层分区开挖的施工方法进展施工。
3-1土方开挖施工方法
3-1-1对于高边坡土方开挖有以下几种开挖形式。
①开挖机械不能到达的施工部位，采用人工开挖出渣，直至开挖机械能够施工为止。
②开挖机械能够到达，但是运输机械不能到达施工面，采用推土机配合反铲出渣。
在开挖区下部地形坡度比拟缓的地方，运输车辆能够到达的部位，开挖出一个积渣平台，用装载机或反铲装车运输出渣。
③运输机械能够到达的部位，采用反铲或正铲分层开挖直接装车运输出渣，分层高度确定于开挖机械，对反铲开挖装车为3-4m,正铲为5-8m，土方开挖边坡的修整，一般采用反铲配合人工进展削坡，坡度控制根据设计坡比用坡度尺进展控制，随着开挖高度降低，边坡修整也随之向下施工，以防修坡高度过高机械无法施工。
3-1-2沟槽与基坑开挖
对于土方的沟槽与基槽开挖，一般运输机械能够到达施工面，施工方法与上述所讲的第三种施工方法一样，此处不在做阐述。
3-2石方开挖
石方钻爆开挖施工的分层高度〔梯段高度〕，一次预裂高度以及施工方法与开挖区地形、钻爆设备、开挖设计体型、边坡坡度的大小、有无马道及两马道之间的高度有关，钻爆施工方法均是由上述因素确定的。
归纳起来由以下几种
①高边坡机械不能到达部位，由于受地形限制，施工只能采用手风钻钻爆开挖，分层高度一般为2-4m。
②对于钻爆设备能到达的部位，梯段高度及施工方法主要是由开挖体型及钻爆设备确定，对于开挖坡度较陡但坡比不大于1:
1并设有马道，预裂爆破高度即为两马道之间的高差，一般采用潜孔钻造孔，坡面一次预裂成型。
梯段爆破由两马道之间的高差确定，高差大，可分位两层爆破；高差小，那么爆破孔与预裂孔高度一样。
梯段造孔一般采用液压钻或潜孔钻造孔。
③对于边坡比设计比拟大，预裂孔能用潜孔钻造孔，梯段分层高度应以10m左右为宜，预裂孔造孔时，适当调陡坡比，使孔底边坡超挖0.7-1m，以便下层预裂造孔。
④边坡设计坡比拟大，潜孔钻不易造孔，采用预留保护层，坡面进展手风钻光爆的施工方法进展施工，梯段爆破高度不受预裂爆破的制约，按易于施工高度确定。
但在出渣时应考虑保护层开挖渣料的去除，出渣面距保护层开挖工作面的高度，以机械能够清渣的高度为宜。
3-2-1高边坡石方开挖
对于开挖机械不能到达的部位，采用手风钻钻爆，人工出渣。
对于开挖机械能够到达但运输机械不能到达的部位，采用液压钻或潜孔钻造孔，分区分层进展钻爆开挖，坡面预裂成型，采用推土机配合反铲出渣，对于爆破分层高度〔梯段高度〕及一次预裂高度为前述几种，此处不再阐述。
在开挖区底部地形坡度较小且运输车辆能够到达的部位设积渣平台，采用正铲和反铲装车运输出渣。
对于爆区的分区，在施工面不大的情况下，可不进展分区，一次爆破。
对施工面较大，但宽度不大，可沿开挖面长度方向进展分区，一般30-50m为宜。
对于开挖区宽度较大，为提高出渣机械的效率，可考虑沿宽度方向进展分区，即先对靠临空面适当宽度的石方进展开挖至运输车辆能够到达的部位，可作为后续施工的积渣平台及装运场地。
开挖宽度与整个开挖面的宽度有关，即可根据整个开挖面的宽度确定。
对于运输车辆能够到达的施工部位，由道路进入开挖面的地点分层分区钻爆，采用反铲或正铲直接装车运输出渣。
3-2-2沟槽石方开挖
沟槽开挖一般为引排水渠管道，有些建筑物根底等，钻爆施工分为有临空面和无临空面两种，对于有临空面的沟槽施工，可由有临空面的一边向另一边全断面分段分层钻爆，依此进展开挖；对于无临空面的且沟槽钻爆开挖，采用楔形掏槽，全断面一次爆破的施工方法开挖。
成型一段沟槽，创造临空面，依此临空面为根底，分层分段进展开挖。
对于比拟小的沟槽出渣，只能采用反铲开挖装车运输出渣。
3-2-3基坑石方开挖
基坑石方开挖一般为坝后电站厂房根底，砼坝以及砌石坝的坝基根底。
再其开挖施工过程中，当开挖至河床以下时，钻爆施工的主要问题是解决爆破施工临空面。
施工方法为，先进展先锋槽的开挖，创造临空面，先锋槽的大小以开挖运输机械能够施工为宜，深度即为爆破梯段高度。
然后，以先锋槽的临空面为根底，分别向四周分区开挖施工。
3-2-4爆破参数确定
〔1〕预裂爆破参数
1〕孔深
预裂孔底应到达开挖层底高程。
设开挖层高差为H，预裂孔倾角为
，及孔深L由设计边坡坡比计算确定〔1：
m为设计破比〕，
C=12+m2
=
L=
H
2〕孔径D
预裂孔的直径D与选择的孔距a有关，同时也应满足不偶合系数
的要求。
但在爆破工程的工地上，由于钻机品种有限，因而孔径往往不容易选择，需迁就已有的钻机型号规格。
一般，除浅孔预裂爆破用手风钻造孔，孔径约为40-45㎜外，深孔预裂爆破的孔径为75-120㎜。
3〕不偶合系数与药卷直径
预裂爆破的特点之一，是采用炮孔的不偶合装药，即炮孔直径〔D〕明显大于药卷直径〔d〕。
这样，，药卷爆破时作用于孔壁的压力明显降低，对孔壁岩石起到缓冲保护作用。
炮孔直径D与药卷直径d之比称为不偶合系数
，即
不偶合系数的适宜取值范围为2-4，即D=（2-4）d。
大于或小于这个范围就会对孔壁岩石造成破坏。
实践证明，当线装药量
与孔径D不变，仅改变装药构造，爆破效果并无很大差异；假设具体分析，均匀分布的装药构造预裂效果更好一些。
可见，在采用连续装药时，上述
=2-4的上限是不必拘泥遵守的。
4〕孔间距系数与孔距
孔间距系数E为孔距a与孔径D的比值
孔间距系数E=7-12比拟适宜，那么有孔距a=〔7-12〕D。
5〕顶部装药量
预裂孔顶部装药有两种形式：
一种是顶部线装药量与中部线装药量相等；另一种是为了保证基岩保存区地表岩石的完整性，预裂孔装药顶部，一般为1ｍ长，要减少装药。
顶部线装药量
顶长在以下范围内选用，即
6〕底部装药量
为了克制炮孔底部岩石的夹制作用，确保预裂缝到底，预裂孔底部装药量应适当加大。
炸药增加应均匀分布在孔底1-2ｍ的长度上。
工程试验说明，底部装药值假设偏小，那么预裂面可能延伸不到炮孔底部，降低预裂面的隔震和阻止爆破区裂缝延伸的作用，而且爆后预裂壁面下部留有岩根，尚需用小爆破清理；假设底部增药量过大，那么下部保存基岩将受破坏。
在8-14ｍ的深孔中，岩石完整时〔岩石巩固性系数
〕底部1ｍ的线装药量为
而当岩石较破碎时〔
〕为：
当然，底部1ｍ线装药量的适宜值，或者是否需要在更长的长度上增加药量，都要通过工程实践来确定。
7〕填塞长度
孔口填塞的长度与密实度应以能在地表产生预裂缝、又不使地表岩石产生漏斗为原那么。
一般，填塞长
=0.8-1.5ｍ,孔径小，岩石完整时取小值，否那么取大值。
8〕线装药量
A由经历数据查表得
B经历公式计算
a.根据岩石强度和炮孔半径的计算公式：
δ0.53R0.38
式中δ—岩石极限抗压强度〔105pa〕，适用于
105pa
R—炮孔半径〔㎜〕，适用于R=D/2=46/2—170/2㎜
〔2〕梯段爆破参数
1〕深孔梯段爆破一般均为多排布置，各排炮孔的钻孔方向应根本水平。
假设为倾斜孔，那么应朝爆破自由面方向。
钻孔布置方式有垂直孔和倾斜孔两种。
2〕台阶高度H
目前，当爆区周边采用预裂爆破时台阶高度一般为H=8-12ｍ；当梯段爆破单独进展时，H可适当加大一些，例如取H=15-20ｍ或更大。
3〕孔径D
在露天采矿深孔中，当采区距边缘永久性边坡甚远，且爆区周围无其他建筑物时，可采用D=200-310㎜的大孔径炮孔。
而在水利水电工程基岩开挖、铁路和公路路基开挖及其他对爆震强度有较大限制的深孔爆破中，不宜采用大直径的炮孔，一般D=80-120㎜，个别可到达150-170㎜，这是因为孔径大时，单孔装药量随之明显增大，爆破对周围基岩、边坡及建筑物产生较大的影响，往往工程是不允许的。
当钻孔直径较小时，便使药量在空间上得以分布，并有可能使爆破单响药量限制在较小的范围内，从而减小爆震危害。
4〕装药直径d
装药直径与装药构造有关。
当采用全段药卷装药时，药径应比炮孔直径小15-20㎜，以便能容易装入孔内，也满足不偶合系数；假设炸药散装入孔，那么药径等于孔径，即d=D。
5〕孔深L与超钻深度h
L=（H/
+h
6〕填塞长度L2、装药长度L1与炮孔孔深L
在一般情况下，装药长度之和等于炮孔孔深，即L=L1+L2
L2=（0.7-1.0）W
L2=（20-30）D
式中D为孔径。
7〕炸药单耗q
炸药单耗是爆破每立方米岩石所需的炸药量，单位为kg/m3。
a根据岩石级别以及岩石种类查表确定。
b计算公式确定
q=（0.33-0.55）（0.4+
r/2450）（kg/m3）
式中
r为爆区岩石密度（kg/m3）
C参照同类工程经历数据确定。
8〕地盘抵抗线W1与抵抗线W
底盘抵抗线是前排炮孔底部至坡面的水平距离，常用W1表示。
而由于在不同高程处炮孔至坡面的距离是变化的，所以将其平均值称为该孔的抵抗线，用W表示。
a计算公式
每个炮孔的正常装药条件。
W1由巴隆公式计算，即
W1=D
（m）
式中D—孔径〔m〕
—装药密度〔kg/m3〕
—深孔装药系数，
=0.7-0.8
q—炸药单耗〔kg/m3〕
m—炮孔密集系数，m=a/W或m=a/b，其中a,b分别为炮孔的间距、排距，一般m=1.2-1.5。
b经历公式
W1=（0.6-0.9）H
W1=（28-34）D
式中H—台阶高度〔m〕
9〕单孔药量Q
在梯度爆破中，单孔药量由下式确定，即
Q=
（kg）
式中q—炸药单耗〔kg/m3〕
H—高差〔m〕
a—孔距〔m〕
b—排距〔m〕
10〕孔距a排距b及孔邻近系数m
炮孔邻近系数m为孔距与排距的比值，工程经历说明，m=1.3～1.7即
m=
由于单孔药量Q与台阶高度H、孔距a排距b及单耗q的关系为
Q=qabH（kg）
将b=a/m或a=mb分别代入上式，即可得到以下二式，即
a=
b=
11〕缓冲孔参数
所谓“缓冲孔〞是指在预裂孔与邻近的一排梯段开挖之间增加一排炮孔。
一般与预裂孔平行，在与预裂孔相邻的梯段孔之后爆破，作用是爆开预裂孔和梯段孔之间的岩石，但又不能损坏预裂壁面。
根据工程经历，缓冲孔参数一般为：
①最小抵抗线为WH,即至最后一排梯段孔的距离。
WH由下式确定
WH=
b
式中b为爆破孔排距。
上式说明，缓冲孔至预裂面的距离SH=b/3。
②孔距aH
aH=
a
式中a为梯段爆破孔距。
③单耗qH
qH=〔0.8-1〕q
式中q为梯段爆破单耗
④单孔药量QH
QH=qHaHWHH
式中H为台阶高度。
⑤装药构造，采用药卷不偶合装药。
3-2-5施工工序
1石方开挖的施工工艺流程为：
放线→布孔→造孔→测孔→装药→封孔→联网→戒备→起爆→爆后检查→人工或机械翻渣→机械装车→运输及卸渣
〔1〕放线
用测量仪器放出坡口线，并用红漆做出明显标记，以便造孔。
〔2〕布孔
对爆破孔及缓冲孔根据设计的孔排距人工用皮尺丈量布孔，用红漆标记编号记录，然后用水准仪测出各孔孔口高程，根据底部设计高程计算出各孔孔深。
对预裂孔的布孔，因预裂孔都位于坡口线上，根据设计孔距用全站仪放孔，并在距预裂孔2m左右位置放出对应的方向点，均用红漆标记编号记录，在根据设计坡比孔口高程及孔底设计高程计算孔深。
〔3〕造孔
对机械不易施工部位采用手风钻造孔，对机械能够施工部位，爆破孔及缓冲孔均采用液压钻或者潜孔钻进展造孔，缓冲孔的造孔角度应与预裂孔一样，预裂孔造孔采用潜孔钻造孔，造孔倾角用坡度尺或罗盘仪控制，方向用垂线法控制，即在对应的方向点上挂设垂线，造孔钻杆必须和垂线在一条线上。
〔4〕测孔
在爆区的造孔完成后，根据计算的孔深，用测绳对各孔进展逐孔测量，孔深不够的进展补钻，超钻的用石粉回填至设计高程。
〔5〕装药
对爆破孔及缓冲孔的装药，根据各孔的设计药量及毫秒管的段位人工进展逐孔装药，起爆药包应装在距孔底三分之一处。
根据设计的封堵长度人工用粘土或石粉对孔口进展封堵，并用炮棍分层夯压密实。
对预裂孔装药，根据设计的线装药量计算出药码之间的间距，即可根据下式进展计算：
式中x—两药卷之间的间距c—药码重量
q—线装药量y—药码长度
按计算出的间距，人工将药码及导爆索捆扎在竹片上，对预裂孔进展装药，装药完成后，用石粉或粘土对孔口进展封堵，封堵长度为1m左右。
〔6〕联网起爆
根据设计的起爆网络，人工进展联网，联网完毕后对爆破网络进展全面检查，确认无误，在戒备工作完成后，戒备距离应在300m以外，即可接电雷管进展引爆。
对于合理的爆破时差，不同类型的爆破有不同的要求。
在深孔开挖爆破中，一般要求爆堆比拟集中，爆破块度均匀且较小，爆震减弱。
按此要求，根据理论分析及实验经历，相邻两段的起爆时差在10-25ms范围较好。
在起爆网络设计中，应根据工程不同要求选择适宜的起爆时差。
但是，起爆时差的选定又受到延时雷管且相邻两段时差最小为25ms。
因此起爆网络设计中要求时差一般不小于25ms。
当时差小于25ms时，只能用调整导爆管长度的方法来调节起爆时差，普通塑料导爆管的传爆时差为0.5-0.6ms/m。
在孔外接力起爆网络中，解决前排飞石砸击对后排孔外尚未传爆网路影响的一个有效方法，是孔内高段别雷管。
如上图4支路孔外延时网路，其中孔外雷管①的段别是不受限制的，孔间接力雷管采用第2段非电毫秒雷管〔延时t=25ms〕，排间连接雷管用第6段飞电毫秒管〔延时t=150ms〕。
以雷管①起爆作为时间零点，那么第4排最后一个孔外接力雷管的起爆时间为150ms×3+25ms×5=575ms（未记导爆管传爆时间）。
这时如果孔内起爆雷管均为第13段飞电毫秒延时雷管〔t=650±50ms〕,那么当第一排第一孔爆破时，孔外接力网络已经全部传爆完毕，孔内雷管均已点燃，无需考虑飞石和岩石错动对网络的破坏，这就是“孔内高段位，孔外底段位〞的爆破方法。
总结以上孔外接力起爆网络第一响炮孔的延期时间t1以满足下式，即
t1+
≥∑t+
t1≥∑t+
式中L1—由雷管①至网络首响炮孔起爆雷管的导爆管长度〔m〕;
L2—由雷管①至最后一响炮孔的起爆雷管的导爆长度〔m〕；
∑t—由雷管①至最后一响炮孔外接力雷管的累计延期时间〔s〕。
u—导爆管爆速。
假设忽略导爆管自身传爆的延时，那么有
t1≥∑t
〔7〕爆后检查
起爆后及时对爆区进展检查，有无哑炮及边坡危石，如有哑炮及时进展处理，对边坡危石及时采用人工或机械进展处理，在爆区确认无危险源后，即可进展出渣及拉运作业。
3-3石方建基面保护层开挖
为减小爆破对建筑物根底岩石的破坏，在一般石方开挖中，在其上部一般留2m左右的岩体，作为保护层，保护层开挖即是对这局部岩石的钻爆开挖，其施工方法，一是采用水平预裂的施工方法进展施工。
二是采用小直径、小药量、浅密孔的小梯段施工方法进展施工。
3-3-1水平预裂爆破施工
在其施工中，分为两种施工情况：
一是有自由面，水平孔能造孔；二是无自由面，水平孔无法造孔。
造孔一般采用手风钻造孔。
对有自由面的施工从有自由面的一边开场造孔，用手风钻沿根底设计面造预裂孔，孔距为50cm左右，孔深2~3m，爆破孔根据设计的孔网参数采用手风钻造水平孔或垂直孔，按2~3m一段分段向无自由面的一边钻爆施工。
对无自由面的施工，先采用浅密孔，小梯段爆破的施工方法，在开挖区中部开挖出一块建基面，以此工作面为根底，按上述有自由面的施工方法按2~3m一段分段向四周开挖钻爆施工。
在预裂孔的施工中，造孔前，如建基面为水平基岩，需用水准仪测出各预裂孔的孔口设计高程，如为带坡度的根底面，需用全站仪放孔。
在造孔过程中调整预裂孔的造孔角度，使孔底面超挖10~20cm，以便下一轮造孔施工。
3-3-2浅密孔小梯段造孔施工
浅密孔小梯段爆破施工，是为保证建基面的平整度以及减小爆破对建基面岩石破坏，孔网参数较小，一般的孔距为0.8~1m，排距为0.6~0.8m，梯段高度为1~1.5m。
布孔密度较大，造孔工作量大而面广，造孔一般采用手风钻造孔，根据建基面的大小分区进展钻爆施工，施工主要是解决高程控制的问题，为确保造孔精度，提高建基面的平整度，一般采用挂线造孔的施工方法进展造孔作业，即在爆区长、宽方向每5~10m设点造孔、立杆，竹杆或钢筋棍。
如建基面为水平面，用水准仪测出各点的地面高程。
如为有坡度的建基面用全站仪测出各点的地面高程及桩号，然后根据地面高程和建基面设计高程进展挂线，各挂线点点位置都在距设计面同一高度的位置，应高出施工面0.5~1m为宜。
再挂设活动线，以活动线为基准进展造孔，造孔完成后，以活动线为基准逐孔对孔深进展测量，超钻的用石粉回填至设计高程，孔深不够的进展补钻。
后续的施工均同于前面讲述的施工，此处再不做阐述。
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