深基坑出碴方案比选

李 楠

（中铁六局太原铁路建设有限公司，山西 太原 030001）

1 工程概况

新建准朔铁路是为满足大秦铁路4亿t运力而修建的重要煤炭集运通道，黄河特大桥正处于准朔铁路的咽喉部位，对整条线路是否能按时完工起着非常重要的作用，本桥采用钢管提篮拱结构形式一跨跨越黄河，被誉为“亚洲第一跨”特大桥。

1.1 结构特点

准朔铁路黄河特大桥位于河曲县龙口水库上游6.5 km，属于库区范围，主桥采用钢管提篮拱结构形式一跨跨越黄河，拱座编号为 5#（东岸）、6#（西岸），拱座尺寸为 35×23.6×20.3 m，基坑最大开挖尺寸49.4×45.5 m和45.5×38.8 m，开挖深度33～40 m，开挖量共计土方3 500 m3，石方94 318 m3，属于深、大基坑爆破开挖。

1.2 地形地貌

桥址处河道横断面成U 型，河道上口宽330m，下口宽300m，两岸悬崖陡壁，岸边高出河底约65 m；蓄水水位线标高898.25 m，超出基底标高1 m。5#拱座位于东岸，距离河岸线25.52 m，为台阶状地形；6#拱座位于西岸，距离河岸线11.38 m，处在冲沟沟底，基础两侧为陡坡，高约40 m。

1.3 地质条件

所处地面新黄土及强风化岩，最大厚度为7 m。基顶覆岩厚度为16～18 m，节理较发育，有明显裂隙，抗压强度在60～80 MPa左右,普氏等级系数f为6～8；基顶至基底段均为弱风化石灰岩，岩层产状平缓稳定，节理不发育，无断层、明显裂隙、地下水等不良地质情况，6#拱座距基顶往下约5 m深处有一深1 m左右、半径约15 m的溶洞，基底持力层为完整连续的弱风化石灰岩。

2 出碴方案的比选

综合本桥特点、工期要求、技术条件及类似工程施工经验，对深基坑出碴方案进行以下比选：

2.1 修建马道出碴

2.1.1 方案概述

在基坑爆破开挖过程中，修建10%～15%出碴马道，自卸汽车通过马道进入基坑，挖掘机直接装车，自卸汽车外运。

2.1.2 施工特点

（1）施工条件：出碴马道需满足10%～15%的纵坡坡度，据此,东岸需修建350 m马道，爆破工程量为49 875 m3；西岸拱座位于冲沟内，由拱座基坑底到便道需克服70 m的高差，需要开山爆破修建约400 m长马道，爆破工程量达到161 200 m3。由于马道亦需要进行边坡防护，增加了巨大的额外工程量，临时占地面积大，需征用山坡林地，征地困难；两岸马道必须临近河岸，大方量的开山爆破对库区环境造成非常严重的影响；东岸因河岸线在冲沟处断开，修建马道则会占用预拼场地。

（2）施工效率：出碴快。自卸汽车直接装车外运，省去垂直运输工序，出碴速度和普通基坑开挖接近，不需要起重设备，直接一次装车外运。

2.2 汽车吊、塔吊出碴

（1）汽车吊出碴：QY50汽车吊月租5W，最大臂长42 m，最大臂长起重量942 kg，最大爬坡能力32%，最小转弯半径24 m。考虑到QY50汽车吊起重量过小，出碴效率低，如采用更大功率汽车吊，则费用会大大增加，且对场地要求更高，因此排除汽车吊出碴方案。

（2）塔吊出碴。①场地要求：塔吊占地面积小，对基础要求较高，塔吊进场困难、安装占用工期时间长；由于塔吊固定在基坑附近，基坑石方爆破对塔吊造成影响。②施工效率：考虑工期及基坑开挖尺寸，不发生二次水平装运，塔吊出碴要求塔吊50 m臂长处最大起重量大于5 t，据此，选择TC7052型塔吊。

塔吊提升速度为0～53 m/min，回转速度0.72 r/min，速度较慢，出碴效率较低。

2.3 履带吊出碴

2.3.1 方案概述

本出碴方案采用履带吊作为垂直运输设备，施工前在基坑周围修建履带吊施工平台；施工时挖掘机在基坑内装斗、履带吊提升吊斗、垂直运输装车、自卸汽车外运；东岸基坑开挖完毕后，挖掘机通过简易马道出基坑；西岸挖掘机通过履带吊吊出基坑。

2.3.2 履带吊选用

东岸采用QUY50履带吊，西岸采用QUY100履带吊。

履带吊规格见表1、表2。

表1 QUY50履带吊25 m臂长工况下主要技术参数表

表2 QUY100履带吊40 m臂长工况下主要技术参数表

2.3.3 施工特点

（1）施工条件：自拆装功能能实现完全自装拆；各卷扬机构制动器、平衡阀的启动时间任意可调，能够达到最佳匹配效果；行走机构能实现直线行走、单边转向、差速转向、原地转向、带载行驶等动作，具有高度的机动性和灵性，体积小、爬坡能力大，可适应本工程复杂地形下的进场条件。需沿基坑周围修建一条宽8m的工作平台，以满足履带吊拱移动工作需要。路基承载力要求：大于88 kPa。

（2）施工效率：具有自由落钩的功能，提升、回转速度快；起重量大，最大工作幅度处起重量分别为7.8 t和10.5 t。

（3）辅助设施本出碴方案用挖掘机辅助装车，施工时修建70%坡度马道，供挖掘机出入基坑。预计马道石方爆破量为16543.75m3。

2.4 方案选定

对比马道出碴和履带吊出碴方案，马道出碴虽然省去了起重设备，但是对马道要求较高，土石方量及防护工程量大，而且需要征地，费用反而增加，并且马道的爆破作业时间增加，自卸汽车需从马道里绕行而上；而履带吊出碴因为起重量大，移动灵活，起升、回转速度快，在出碴效率上并不比马道出碴慢；马道修建对环境影响大，不利于水土保护。

履带吊出碴与汽车吊比较，履带吊具备施工方便、效率高、费用低、技术条件要求低的优点。其主要缺点为需要修建挖掘机出坑马道，增加额外工程量。

从工期、技术、环保等方面考虑，通过方案分析对比，综合考虑后选择履带吊出碴方案。

3 施工注意事项

（1）开工前，对所有参建员工进行上岗前的安全教育。对于从事电器、起重、高空作业、焊接、履带吊驾驶等特殊工种的人员，经过专业培训获得《安全操作合格证》后，方准持证上岗。未经培训或无证者，不得进行上岗操作。特种作业人员除进行一般安全教育外，还要通过地方劳动部门对特种作业人员进行培训和本工种的安全技术教育，经考核合格发证后，方准上岗操作。

（2）深基坑设一名安全质量监督员，随时检查开挖情况、监控基坑周围与基坑内人员安全；挖出的土石方必须及时运走，基坑周边3 m范围内，禁止堆放土石方；基坑周边必须设置安全防护围栏，高度不低于1.2 m，非工作人员禁止入内；基坑内施工人员不得乘坐吊桶进出基坑。基坑内必须设置应急时使用的安全绳和爬梯，并设置安全挡板。

（3）施工现场电源线路，必须按“三相五线”制，TV-S系统要求布置，并按“三级配电”、“二级漏电”分级分段保护。深基坑用电必须分闸，严禁一闸多孔和一闸多用，必须一机一闸一漏一箱进行敷设。履带吊施工范围内不得架设电线；电箱一律采用铁质电箱，电箱应有严密的防雨措施，安装位置合适，安装牢固，进出线整齐，拉线牢固，熔丝不得用金属代替，箱内不得放其他物品；现场电源线路及电气设备，由持证电工负责安装维护，经验收合格后，方准投入使用。

（4）垂直起重设备必须经常性检修维护，保证机件能够运转正常，操作灵活，按钮开关、减速器、钢丝绳、绳卡、吊钩、吊桶、吊笼等，不得带病作业；垂直起重设备支架应牢固，应能承受一定的冲击力不至翻倒，垂直起重设备必须经检验合格后，方可投入使用。

（5）出碴作业时，出碴机械施工范围内不得有人员停留；出碴区和履带吊作业半径内应拉警戒线，并设专人防护；坑壁松散碎石必须清理干净，并在坑壁或边坡上覆盖密目网作为临时防护，密目网必须有可靠的锚固。