大型边坡快速开挖防护施工技术

摘要：为提高大型边坡施工效率，保障施工安全，通过传统工艺改进，工作面和工艺工序在空间和时间上的优化，拉长流水工作面。将边坡开挖一级防护一级细分为一级分三层开挖，并利用小高差优势引进履带式锚索钻机打孔作业。避免了边坡防护脚手架搭设，降低施工安全风险;减少大量工日，具有显著的经济效益。

Abstract： In order to improve the construction efficiency of large-scale slopes and ensure the safety of construction， through the improvement of traditional crafts and the optimization of the working face and the technological process in space and time， it elongates the flowing working face. The first-level protection for slope excavation is subdivided into first-level and three-layer excavation， and the advantage of small height difference is used to introduce crawler anchor drilling rigs for drilling operations. It avoids the slope protective scaffolding， reduces the construction safety risks， and reduces a large number of working days， so it has significant economic benefits.

关键词：边坡;开挖防护;锚索钻机;工艺工序;边坡施工

Key words： slope;excavation protection;anchor rig;process;slope construction

中图分类号：U416.14                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）17-0108-02

1  概述

一般边坡施工均应采用信息法[1]，大型边坡采用逆作法施工，上一层级支护完成后方可进行下一层级的开挖即开挖一级防护一级。一级边坡高度大概10m左右，传统方法一级边坡全高开挖后，再来搭脚手架采用潜孔钻打锚孔、安装钢绞线或锚杆等工序，一级边坡竖向上一般有2～3排锚索。对于大型边坡采用该工艺机械化作业水平不高，搭架钻孔存在大量人工作业，同时也存在一定的安全风险。

通过工艺工序调整和工作面在空间和时间上的布置，总体思路为取消传统边坡开挖防护搭设的脚手架或支架。将一级边坡分三层开挖，每层开挖后作为上一层工作面，较原工艺增加了工作面。每层工作面实现前面开挖、后续机械钻孔、锚索施工等流水线，原一级边坡一条流水线，调整后一级边坡三层三条流水线。采用履带式潜孔钻机在开挖后的边坡面上钻孔，避免了脚手架搭设。工序顺层逆作的工艺制约下层开挖，避免了只开挖不防护有利于安全管理和边坡稳定。

2  施工方法原理和适用条件

通常高大边坡都设计多级边坡，每级10m左右，之间设置碎落台（边坡平台）。常规工艺边坡全高开挖后再搭设脚手架施工锚索。通常锚索框格梁的锚索竖向间距3-5m，为避免脚手架的搭设将一级边坡分三层开挖。每层紧跟开挖面利用履带式锚索钻机自行移动定位的特点直接定位钻孔，后续仍然利用该层工作面进行锚索施工。三次流水完成一级边坡开挖、钻孔、锚索安装、注浆等工序。框格梁浇筑及张拉则与常规施工方法无异。

由于其机械作业特点和流水布置，其适用条件需满足边坡开挖刷坡厚度必须大于4m，边坡走向长度大于100m，特别适用于大体量的边坡开挖钻孔作业或深挖路堑边坡施工。库区大型边坡治理[2]上挖下填并配合监控监测措施，有利于施工和后期运营安全。稳定验算[3]可采用传递系数法显式解或隐式解。

3  关键工艺工序

施工工艺流程主要调整一级边坡分三层开挖施做锚索后统一施做框格梁。高大边坡快速开挖防护施工流程见图1。

传统工法与本施工防护技术对比见图2。引进履带式锚索钻机应用要点在于工序合理安排和工作面的布置。传统做法是把一级边坡全部开挖后再来搭设脚手架施工锚索，就单级边坡施工来说是相对工作量比较集中的顺序作业。其优点是合并同类作业，在工期充裕下单项工作内容具有较高工作效率，整体工艺则因工序衔接或增加辅助措施并没有显著的效益。本文述及的快速开挖防护施工技术将传统工艺调整为三层流水作业，工序更细化，占用更多工作面，同时工序之间协调难度增加，施工安排部署及计划需要及时调整与纠偏。主要配合机械设备为：挖掘机、装载机、自卸汽车、履带锚索钻机、注浆机、张拉设备及其中吊车等。

平面縱向流水布置由于上层作业面的限制，每层开挖工作面长度不小于30m、钻孔作业区不小于20m、锚索安装与注浆合计不小于40m。上层锚索完成后可进行下层开挖。边坡倾向方向开挖厚度大于4m，保证开挖后土方运输与后续锚索钻机施工互不干扰。竖向布置每级边坡高度10m左右，依据设计锚索孔位置合理确定每级边坡分层高度，一般分层为4m+3m+3m，最下层一般布置排水仰斜孔。

锚索钻机的应用，该快速施工技术需要配套相应施工能力的履带式锚索钻机，若仍然采用人工操作潜孔钻机，尽管工作面布置取消了脚手架搭设，但工作效率过低无法适应上述流水作业。履带式锚索钻机主要参数徐满足：给进行程必须大于钻孔根管长度，履带式锚索钻机自带发动机，若使用压缩机则必须采用轮式压缩机跟进配合作业。履带式锚索钻机功率100kW以上基本能满足常规边坡钻孔的作业要求，若边坡土石比过大则仍需加大功率提高作业速度。

锚索安装与注浆，作业方法优势为锚索孔位均不高，极大方便了锚索的安装和注浆作业。控制的关键在于依据设计锚索高程，流程图中分层放样就必须考虑孔位标高来确定分层高度，对一级边坡的分层数和分层高度做出调整以适应每层锚孔施工。

4  经济效益

云南某高速小营盘高边坡快速开挖防护施工：桩号为K39+240～K41+120，斜坡自然坡度约15°～35°。相对高差约78m。开挖土石方量为366.06万m3。边坡治理设计为：第一、二级坡率1：0.75，每级坡高10m，坡面采用窗式护面墙植草+锚杆框架梁植草防护，第三、四、五、六、七级坡率1：1每级坡高10m，第八级按1：1放坡到顶，采用锚索框格梁+植草防护。实际费用分析对比边坡逐级开挖、逐级防护采用搭设脚手架的施工方法，需3人配和一台钻机，日成孔50m。每台小钻机所配空压机，油耗20L/h。

采用锚索机施工，3配合一台履带锚索机，日成孔约300m，人工费摊销为1.88元。锚索机油耗35L/h，费用对比详见表1。

上述对比实际施工锚索体量约7万m，综合直接成本单价降低34.7，经济效益显著。若对小型边坡则因工作面限制及机械费用摊销增加并不适用。

传统工法小钻机钻一孔25m深锚索孔需要4小时以上，采用履带式锚索钻机仅需1小时，效率为原来4倍以上。根据目前施工实践情况2台小松360挖掘机修边坡，能满足一台履带锚索钻机钻孔进度。其次是分层开挖有利于边坡稳定，取消脚手架有益于降低安全风险。

5  结论

对大型边坡开挖防护，将原有分级开挖防护优化为每级分三层流水作业，应用履带式锚索钻机打孔，避免了传统工艺中脚手架搭设。关键工艺在于施工作业面和流水的布置，通过实际应用对比快速开挖防护较传统工艺极大的节约成本和降低施工安全风险。

参考文献：

[1]GB 50330-2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[2]趙卫冬，张兴波，史艳.库区公路高边坡滑坡治理技术[J].公路，2020（3）：64-67.

[3]JTG D30-2015，公路路基设计规范[S].