研究水利工程中土石方施工技术的应用

摘要：随着我国水利工程事业的快速发展，我国水利建设已经处于全面发展状态。水利工程建设项目越来越多，使得许多施工技术都处于世界领先水平，促进了我国的社会发展和经济发展。土石方施工是水利工程施工的重要组成部分，对工程的总进度有着直接的影响。土石方施工技术是水利工程中应用最广泛的技术之一，是水利工程建设中的重要环节。土石方施工技术的应用主要有工程的机械化技术、施工技术、施工组织等方面。这些方面在水利工程施工中相辅相成、相互促进，是不可分割的。本文主要探讨了土石方施工和土石方明挖，希望土石方施工技术在水利工程中得到更好的应用。

关键词：水利；土石方；施工技术；工程

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1、引言

我国的土石方施工从20世纪50年代才开始发展起来，并在改革开放后进入了快速发展时期，主要应用各种重型土石方机械和配套设施，在爆破技术和施工方面已处于国际领先水平。土石方施工是水利工程建设的基本项目，其特点是受环境影响大、工程量大、施工面积大、施工条件复杂等，因此土石方施工质量的好坏将直接影响整个工程的质量。我国的水资源分布不均匀，特别是最近几年，常常发生洪涝灾害等自然事故，对人民的生命财产安全危害很大。为了减少这些灾害的发生，我国主要依靠水利工程来控制地下水和地表水，因此快速发展水利工程很有必要。为了保证水利工程的施工质量，则要提高土石方施工技术。

2、土石方施工

2.1机械化施工

土石方施工机械种类繁多，包括推土机施工、铲运机施工、平土机施工、松土机施工、单斗挖土机施工、多斗挖土机施工、碾压机和夯实机械施工等。其中，推土机、铲运机和挖掘机使用最广泛。

（1）推土机

推土机是土石方施工的主要机械之一，由拖拉机和推土铲刀组成，是一种自行式的挖土和运土工具，常用的推土机的发动机功率有45Kw、75Kw、90Kw、120Kw等。按铲刀的操作方式不同可分为索式和液压式，按推土时的行走方式不同可分为履带式和轮胎式。其特点是操作灵活、行驶速度快、运转方便、工作面积小、转移方便，可以爬30O左右的缓坡，应用范围广。推土机工作时以切土和推土为主，常用的推土施工方法有下坡推土法、分批集中，一次推送法、并列推土法、沟槽推土法、斜角推土法。

（2）铲运机

铲运机可以一次性完成挖土、装土、运土、卸土和平土施工工序的全方位机械。铲运机按操作方式不同可分为钢丝绳操作和液压操作，按行走方式不同可分为自行式和拖式。其特点是操作简单、行驶速度快、能独立工作、受地形限制小、生产效率高等。

2.2工程爆破技术

工程爆破技术是利用炸药爆炸的能量来破坏某种物体的结构，是水利工程施工的主要手段之一。机械化施工水平的不断提高，炸药制作和起爆器材的日益更新使得工程爆破技术也不断得到提高。爆破技术从原来的手风钻为主发展为潜孔钻为主，且由低风压向高风压发展，为钻孔直径的加大和速度的提升提供了可能。在施工中主要采用反井钻机和多臂钻机，大大提高了钻孔技术。

爆破作业的步骤是，首先向要爆破的介质钻出的炮孔或者开挖的药室、药室表面敷设炸药，再放入起爆雷管，最后引爆。按照药包形状和装药方式的不同，可以把爆破方法分为三类：

（1）炮孔法：在要爆破的介质内部钻出各种孔径的炮孔，经过装药、放入起爆雷管、堵塞孔口、联线等工序起爆，是岩土爆破技术的基本形式。

（2）药室法：在山体内开挖坑道、药室，装入大量炸药的爆破方法。这种方法一次爆破下来的土石方数量不受限制，且每个药室装入的炸药可以在千吨以上。适用于露天开挖堑壕、填筑路堤、基坑等工程，特别是露天矿的剥离工程和筑坝工程，能有效地缩短工期、需要的机械设备少，且不受季节和地方条件的限制。

（3）药包法：不需要钻孔，可直接将炸药包贴放在被爆物体表面上进行爆破。适合于清扫和二次爆破地基上的破碎大石。

工程爆破技术主要有深孔台阶爆破法、定向爆破筑坝法、岩塞爆破法等。其中定向爆破筑坝法是水利工程应用中的一种快捷、高效的施工方法。最先在我国使用该方法是在1959年的东川口水电站，迄今为止我国已有60座水库采取了这种方法，技术上已达到国际先进水平。显著的优点有：一、施工机械不需要大型化，对施工道路要求不高；二、可以同时完成采石、运输和填筑，节约时间，减少人力、物力；三、施工进度快，且一次爆破所堆积的高度就可以达到拦洪高度。

3、土石方明挖

在水利工程中，土石方明挖主要是对建筑物基础、导流渠道、溢洪道、引航道、地下建筑物进出口等部位进行露天开挖。土石方明挖主要有：一、对工程规模大，开挖场面宽广，地势平坦，适合大型化机械施工；二、对工程规模不大，地势陡峭，不适合机械施工，只能依靠施工技术的提高来进行的。我国土石方明挖施工具有的特点是：

（1）工程量大、工期短。

（2）开挖深度大，容易形成高边坡，且施工难度大。

（3）施工地质复杂多变，设计依据的地质与实际开挖的地质相差较大，需要及时修正，影响工程进度。

（4）为加快进度，常采用边浇混凝土、边开挖的方式，对工程施工的干扰大。

（5）露天作业受环境影响大，无法事先预计。

3.1施工机械

我国土石方明挖施工技术起步晚，施工机械引进慢，很多大型水电站工程都经历了半机械化逐步向机械化发展的过程。到20世纪60年代末，施工中的机械化水平还是很低，主要采用的依旧是手风钻设备、挖掘机和自卸汽车等，整个工程效率低下。直到20世纪末，施工技术的机械化水平才开始快速发展，主要采用的机械设备是钻孔、运输、挖装机和其它辅助机械，它们可以配套使用。

3.2 控制爆破技术

控制爆破技术是通过一定的技术措施来严格控制爆炸能量和爆炸规模，并使爆破的声响、飞石、倾倒方向、破坏面积、坍塌范围在一定限度内的爆破方法。控制爆破技术在水利工程中应用广泛，一般有定向爆破、预裂爆破、光面爆破、微差控制爆破等。控制爆破技术要控制的是：

（1）控制爆破破坏范围。只爆破需要拆除的部分，保留不拆除部分的完整性。

（2）控制爆破后物体的倾倒方向和坍塌范围。

（3）控制爆破时飞石的飞散距离，空气冲击破强度和噪音强度。

（4）控制爆破时引起你的建筑物地基震动和对附近物体的震动影响。

（5）水下冲击波强度和涌浪等。

先进的爆破技术的应用，能够有效的保证开挖质量和施工进度，并有效解决了特定部位爆破需要，降低了工程难度。

3.3 高陡边坡开挖

我国高陡边坡开挖工程特点是：工程规模大、边坡地质复杂多变、边坡稳定性对工程影响大、边坡设计和施工要求高等特点。近年来，大型水利工程明挖施工的高陡边坡较多，开挖要求严格、技术复杂、难度高，促进了我国高陡边坡开挖施工技术水平的提高。在水利工程中的高陡边坡开挖施工流程应按照“自上而下”开挖原则进行施工，且施工步骤应为：先清理表面植被，再进行土方开挖，后进行石方开挖，顺序不能改变，必须严格遵守。

（1）清理表面植被。清理的表面植被范围必须延伸至距离施工图所示的最大开挖边线外侧至少5米，树根挖出范围必须延伸至距离施工图所示的最大开挖边线外侧至少3米，并要保护范围外的天然植被。

（2）土方开挖。土方开挖要按照从上到下分层分段进行，用挖机进行逐层剥离，并制造一定的坡度用来排水，在开挖时要注意避免在边坡稳定范围内积水的形成。

（3）石方开挖。石方开挖位置距离主坝和坝上建筑物较近，一般采用人工手持风钻打孔、人工装药、电雷管爆破等。

3.4 土石方平衡

土石方平衡是整个水利工程中的关键环节之一，在工程规划、设计、施工中处于相当重要的位置，且在整个工程中占有的投资比重较大，因此土石方平衡的妥善处理，可以有效节约投资资本。我们要根据地质对开挖的石料进行评价，再进行土石方数据平衡工作，合理规划整个工程的开挖、填筑和方量，促进工程进度。

4、地下工程施工

地下工程施工特点有：施工条件差、工艺复杂、工序多；工作面小，干扰大；进度慢、工期短；质量要求高、安全问题突出。随着我国水利工程的建设和发展，地下洞室的规模也在不断增加，地下工程的施工规模、施工难度、施工技术水平和施工速度已经达到世界先进水平。

影响地下工程施工的主要因素是：洞室围岩的性质，洞室的大小特征、施工条件。施工的主要类型：暗挖法、明挖法、特殊施工法，明挖法是地下工程常用的施工方法，具有施工速度快、工期短、作业面多、工程造价低等特点。地下工程施工技术主要有盾构施工技术、钻爆法施工技术、TBM法施工技术、特殊开挖施工技术。盾构施工技术是地表以下土层中暗挖隧道的一种现代技术

5、土石坝施工技术

迄今为止，我国已建成的8万多座水坝中，土石坝约占90%左右。土石坝施工技术简单、维修方便、加高、扩建、培厚简单。最近几十年，随着土石方施工机械的大型化和高效化发展，岩土力学理论和计算机技术的应用，使土石坝得到快速发展。目前我国最高的土石坝是高154 m 的小浪底斜心墙堆石坝。

6、结语

土石方施工技术在水利工程中的不断应用，要根据具体的施工要求和地质等要求，合理选择不同的施工技术。特别是在复杂地形和特殊地质条件下，施工难度更大，因此要不断提高土石方施工技术水平，克服各种挑战，加强土石方施工技术的全面管理，提高机械化水平，保证水利工程质量。

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