王清海

中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司 北京 100000

砂巖地層是一種常見的地質(zhì)條件，其工程性質(zhì)復(fù)雜，施工難度較大。深基坑的施工對(duì)于建筑工程的順利進(jìn)行具有重要意義。傳統(tǒng)的砂巖地層深基坑施工主要依賴于人工挖掘，存在著工期長、效率低、施工質(zhì)量難以保證等問題。因此，研究砂巖地層深基坑機(jī)械法施工具有重要的實(shí)際意義。

1 巖石臂挖掘機(jī)概述

1.1 巖石臂挖掘機(jī)構(gòu)成

巖石臂挖掘機(jī)是一種專門用于巖石挖掘的工程機(jī)械設(shè)備。它具有高效、精確的挖掘能力，適用于砂巖地層深基坑的施工。巖石臂挖掘機(jī)主要由挖掘機(jī)主體、巖石臂、鉆桿和鉆頭等部分組成，通過巖石臂的旋轉(zhuǎn)和挖掘機(jī)主體的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)砂巖地層的挖掘。

1.2 工藝原理

巖石臂挖機(jī)的破碎原理就是在沉重的大小臂的重力作用下，利用前端的尖狀勾對(duì)巖石進(jìn)行破碎。這是一種高效、強(qiáng)大的挖掘破碎技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各類建筑工程中，尤其在山地、丘陵等復(fù)雜地形中表現(xiàn)出色。在實(shí)際應(yīng)用中，巖石臂挖機(jī)的破碎原理具有顯著的優(yōu)勢。首先，這種破碎方式能夠快速、高效地破碎大量巖石，提高挖掘效率。其次，精確的控制使得破碎過程更加安全、可靠，降低操作人員的工作強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)。此外，巖石臂挖機(jī)還具有廣泛的應(yīng)用范圍，可以適應(yīng)不同類型和硬度的巖石，以及各種不同的工作環(huán)境。然而，盡管巖石臂挖機(jī)的破碎原理具有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際操作中還需要注意一些問題。例如，操作人員需要具備專業(yè)的技能和經(jīng)驗(yàn)，以確保正確的操作和合理的使用。此外，對(duì)于不同類型和硬度的巖石，可能需要調(diào)整挖掘機(jī)的參數(shù)和操作方法，以確保有效的破碎效果。

2 砂巖地層深基坑巖石臂挖掘機(jī)施工特點(diǎn)

砂巖地層深基坑巖石臂挖掘機(jī)施工具有以下特點(diǎn)：

（1）高效快速：巖石臂挖掘機(jī)具備高效的挖掘能力，這使得它能在短時(shí)間內(nèi)完成大量的挖掘工作，進(jìn)而有效地提高施工效率。在城市改造、地下空間開發(fā)等需要大量挖掘的工程中，巖石臂挖掘機(jī)的優(yōu)勢尤為凸顯。（2）精確控制：巖石臂挖掘機(jī)能夠通過操作挖掘機(jī)主體的移動(dòng)和巖石臂的旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘位置和深度的精確控制，這使得挖掘過程更加準(zhǔn)確無誤，同時(shí)也能減少對(duì)周圍環(huán)境的破壞，提高施工安全性。（3）適應(yīng)性強(qiáng)：實(shí)際施工中，能夠根據(jù)不同的地質(zhì)條件和挖掘要求，選擇合適的巖石臂挖掘機(jī)型號(hào)和挖掘工藝。它可以適應(yīng)各種地質(zhì)環(huán)境和巖石性質(zhì)，如砂巖地層，能夠有效地應(yīng)對(duì)不同的挖掘難度和挖掘深度。（4）施工質(zhì)量高：巖石臂挖掘機(jī)具備精確的挖掘能力和穩(wěn)定的操作性能，能夠保證施工的質(zhì)量和穩(wěn)定性。它能夠準(zhǔn)確地控制挖掘的形狀和尺寸，確保挖掘面的光滑度和平整度，從而提高基坑的穩(wěn)定性和施工質(zhì)量。同時(shí)，由于其強(qiáng)大的挖掘能力，可以顯著縮短施工周期，降低工程成本。

3 砂巖地層深基坑巖石臂挖掘機(jī)施工要點(diǎn)

3.1 工程概況

成都軌道交通18號(hào)線三期工程官堰站為成都軌道交通18號(hào)線三期工程終點(diǎn)站，位于簡陽市石板凳鎮(zhèn)官堰村四組，機(jī)場高速北側(cè)兩條規(guī)劃路交叉口，為地下兩層三跨14m島式明挖車站，車站右線總長度500m。車站基坑深14.40～32.5m，寬27.5～40.06m，車站標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)位于中風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化巖層中，主要采用放坡開挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，局部軟土較厚段采用圍護(hù)樁+內(nèi)支撐的支護(hù)方法?；字饕獛r層為泥巖及砂巖，采用巖石臂開挖基坑縮短了施工工期，并降低造價(jià)，也為類似工程的施工提供借鑒。

3.2 地質(zhì)條件

中等風(fēng)化砂巖（J3p）：紅褐色、淺灰色、紫紅色，中厚層狀。砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理隙較發(fā)育，巖質(zhì)較硬，錘擊聲脆，易擊斷。部分地段軟弱夾層或差異風(fēng)化明顯，易風(fēng)化，遇水易軟化。巖芯多呈柱狀，少量呈碎塊狀。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)：天然密度ρ=2.23～2.54g/cm3，天然含水率w=5.68～9.93%，天然抗壓強(qiáng)度4.2～24.75MPa（標(biāo)準(zhǔn)值：15.7 MPa），自由浸水飽和抗壓強(qiáng)度1.32～27.5MPa（標(biāo)準(zhǔn)值：12.35 MPa），在場地廣泛分布。

3.3 工藝流程

在石方開挖的施工過程中，施工人員采取了自上而下、分層開挖、同步支護(hù)的施工策略[1]。采用巖石臂挖掘機(jī)進(jìn)行砂巖地層深基坑開挖施工流程見圖1所示。

圖1 巖石臂挖掘機(jī)施工示意圖

3.4 基坑開挖

3.4.1 施工準(zhǔn)備

在施工開始之前，必須進(jìn)行詳盡的施工準(zhǔn)備工作。這不僅包括對(duì)施工圖紙的熟悉和理解，還要對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)的勘察和評(píng)估。在準(zhǔn)備工作中，應(yīng)特別注意對(duì)施工基坑周邊的環(huán)境進(jìn)行全面的調(diào)查和研究，以便在后續(xù)的施工過程中能夠順利地進(jìn)行土方開挖和截水溝的修建。

其中，施工基坑周邊的截水溝是一項(xiàng)重要的準(zhǔn)備工作。在雨季施工時(shí)，能夠有效地防止地表水流入基坑，從而保證施工的順利進(jìn)行。在修建截水溝時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的地形、地質(zhì)條件以及施工圖紙的要求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和施工。同時(shí)，為了確保截水溝的施工質(zhì)量和使用效果，還需要在施工過程中嚴(yán)格控制施工工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[2]。

在完成施工準(zhǔn)備后，接下來就是按照?qǐng)D紙分段開挖至設(shè)計(jì)場坪標(biāo)高。在開挖過程中，應(yīng)遵循圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的開挖順序和坡度要求，并密切關(guān)注施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況和安全狀況。當(dāng)遇到地質(zhì)條件突變或者存在安全隱患時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，以確保施工的順利進(jìn)行。

3.4.2 按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)置排水溝、擋水坎、標(biāo)準(zhǔn)圍擋

開挖至場坪標(biāo)高后，按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行以下工作：

（1）設(shè)置排水溝：根據(jù)圖紙要求，在場坪周邊適當(dāng)位置挖掘排水溝，確保場坪排水暢通。排水溝應(yīng)具備良好的排水能力，防止積水。（2）設(shè)置擋水坎：在場坪邊緣設(shè)置擋水坎，用于防止雨水流入場坪，確保場坪干燥。擋水坎應(yīng)具備良好的防水效果，防止水滲透。（3）構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)圍擋：根據(jù)圖紙要求，搭建標(biāo)準(zhǔn)圍擋，用于圍合場坪區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)圍擋應(yīng)具備穩(wěn)固性和安全性，確保場坪區(qū)域的安全使用。（4）便道混凝土硬化：對(duì)于場坪周邊的便道，進(jìn)行混凝土硬化處理，增加便道的承載能力和耐久性。混凝土硬化應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)施工，確保便道平整牢固。

3.4.3 抗拔樁施工

在砂巖地層深基坑開挖施工中，為了增強(qiáng)場坪的穩(wěn)定性和承載能力，需根據(jù)實(shí)際施工需要進(jìn)行抗拔樁支護(hù)施工，以確保場坪在使用過程中不會(huì)發(fā)生沉降、變形等問題。抗拔樁施工的要點(diǎn)如下：

（1）方案設(shè)計(jì)：根據(jù)場坪的特點(diǎn)和需要，制定抗拔樁施工方案。方案應(yīng)考慮樁的數(shù)量、位置、深度和直徑等要素，確保樁基能夠有效地抵抗外力和承載荷載。（2）施工準(zhǔn)備：在施工前，需要準(zhǔn)備好所需的材料、設(shè)備和人力資源。包括樁材、鋼筋、混凝土、振動(dòng)錘、鉆機(jī)等工具和設(shè)備。（3）樁基施工：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在場坪標(biāo)高位置鉆孔并安裝樁材。鉆孔的深度和直徑應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，確保樁材能夠深入穩(wěn)定的地層。（4）鋼筋加固：在樁材安裝完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼筋加固。鋼筋應(yīng)按照規(guī)范進(jìn)行布置和固定，以增強(qiáng)樁基的抗拉能力和穩(wěn)定性。（5）混凝土灌注：在鋼筋加固完成后，進(jìn)行混凝土灌注。混凝土應(yīng)按照施工規(guī)范進(jìn)行配制和澆筑，確保樁基的牢固性和穩(wěn)定性。（6）樁頂處理：待混凝土充分凝固后，對(duì)樁頂進(jìn)行必要的處理。處理方式可根據(jù)實(shí)際情況選擇，如修剪、打磨等，以確保樁頂平整牢固。（7）檢驗(yàn)驗(yàn)收：完成抗拔樁施工后，進(jìn)行驗(yàn)收工作。驗(yàn)收應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行，確保樁基的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

3.4.4 土方開挖

在建筑工地上，挖掘土地是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)，現(xiàn)場土方開挖見圖2所示。首先，挖掘工作按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，邊坡掛網(wǎng)及噴射混凝土護(hù)坡的措施有序展開，以確保土方開挖過程中的安全與穩(wěn)定。

圖2 現(xiàn)場松土施工

兩側(cè)掛網(wǎng)噴混平臺(tái)開挖至場坪下2m后，工程便進(jìn)入掛網(wǎng)噴混施工階段。掛網(wǎng)噴混技術(shù)是一種有效的邊坡防護(hù)方法，通過噴射混凝土和掛網(wǎng)的方式，為邊坡提供堅(jiān)固的保護(hù)。在這個(gè)過程中，每層放坡的坡腳處都設(shè)置了臨時(shí)的截水溝，與坡腳保持至少0.5m的距離。這樣設(shè)計(jì)可以有效地截留水流，防止水分對(duì)邊坡造成損害[3]。

為了更好地排水，施工人員在沿排水溝每隔15m設(shè)置一個(gè)臨時(shí)的集水井。這些集水井就像一個(gè)個(gè)小小的水庫，收集并排放地下水，防止地下水對(duì)邊坡造成損害。在掛網(wǎng)噴混施工等待強(qiáng)度的時(shí)間里，施工人員著手進(jìn)行中部土方的開挖。在這個(gè)過程中，施工人員始終關(guān)注邊坡的穩(wěn)定性，防范土方的塌方。

當(dāng)兩側(cè)掛網(wǎng)噴混達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施工人員繼續(xù)進(jìn)行下層土方的開挖。每次取土的厚度控制在2～3m之間，這樣的厚度既保證了邊坡的穩(wěn)定性，又不會(huì)給土方帶來過大的壓力。在這個(gè)過程中，施工人員在基坑的中部隨著開挖進(jìn)度設(shè)置了一個(gè)坡度為10%的便道。這個(gè)便道就像一條康莊大道，為施工車輛的進(jìn)出提供了便利，提高了施工效率。重復(fù)步序3、4開挖方法進(jìn)行下層土方開挖。

3.4.5 掛網(wǎng)噴混施工

在挖掘深基坑的過程中，為了保護(hù)基坑底部不受擾動(dòng)，施工人員采取了特殊的施工方法。當(dāng)挖掘平臺(tái)開挖至距離基坑底0.3m時(shí)，施工人員停止了挖掘。為了防止基底受到擾動(dòng)，施工人員采用挖機(jī)配合人工進(jìn)行清理。在清理過程中，施工人員進(jìn)行了掛網(wǎng)噴混施工，這是一種有效的防護(hù)措施，可以防止基坑底部受到水侵蝕和風(fēng)化。

在挖掘過程中，施工人員還設(shè)置了便道以便于人員和物資的運(yùn)輸。便道位于基坑中部，坡度為10%，這樣可以在保證安全的前提下，提高運(yùn)輸效率。此外，施工人員還進(jìn)行了排水溝施工，以確?；觾?nèi)的水能夠及時(shí)排出，防止積水對(duì)基坑底部的穩(wěn)定性造成影響[4]。

在完成基坑挖掘后，施工人員對(duì)基底進(jìn)行了驗(yàn)槽。驗(yàn)槽是對(duì)基底質(zhì)量的最后一道把關(guān)，施工人員仔細(xì)檢查了基底的平整度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在確認(rèn)基底質(zhì)量合格后，施工人員才進(jìn)行了后續(xù)的施工工作。

3.4.6 抗拔樁破除樁頭、施作樁帽

在建筑工程中，抗拔樁是一種重要的結(jié)構(gòu)形式，用于抵抗外部荷載和自然力的作用。在抗拔樁施工完成后，需要破除樁頭并進(jìn)行樁帽施工。這一環(huán)節(jié)不僅涉及到工程的外觀質(zhì)量，還對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響。

在破除樁頭之前，需要對(duì)樁頭進(jìn)行清理，確保沒有雜質(zhì)和污染物。破除的方法可以根據(jù)具體情況選擇，一般包括人工破除和機(jī)械破除兩種方式。人工破除適用于樁頭較小的工程，可以通過錘子和鑿子的配合使用將樁頭敲掉。機(jī)械破除適用于樁頭較大的工程，可以通過使用切割機(jī)、鉆機(jī)等設(shè)備將樁頭割除。

在破除樁頭后，需要進(jìn)行樁帽施工。樁帽是抗拔樁的重要組成部分，可以有效地傳遞和分散上部荷載。樁帽的施工需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，一般包括鋼筋的綁扎、模板的支設(shè)、混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)。在施工過程中，需要嚴(yán)格控制鋼筋的數(shù)量、規(guī)格、布置和連接方式，確保樁帽的承載力和穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求。

此外，在墊層、防水、底板等施工環(huán)節(jié)中，也需要對(duì)抗拔樁進(jìn)行相應(yīng)的處理。例如，在墊層施工時(shí)，需要將墊層材料鋪設(shè)平整、密實(shí)，確保墊層的質(zhì)量和穩(wěn)定性；在防水施工時(shí)，需要對(duì)樁頭進(jìn)行防水處理，防止地下水和雨水的侵蝕；在底板施工時(shí)，需要將底板與樁帽連接牢固，確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

3.5 效益分析

3.5.1 經(jīng)濟(jì)效益

為驗(yàn)證巖石臂挖掘機(jī)開挖深基坑施工的經(jīng)濟(jì)效益情況，將該方法與爆破法進(jìn)行了對(duì)比分析，具體見表1。

表1 兩種施工方法經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

從表1中可以看出，兩種施工方法經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比，采用巖石臂挖掘機(jī)進(jìn)行開挖的費(fèi)用為14.8元/立方，而爆破法費(fèi)用為24.68元/立方，前者經(jīng)濟(jì)效益明顯。同時(shí)，相比巖石臂開挖，爆破具有危險(xiǎn)性大、振動(dòng)影響大、審批流程多、專業(yè)性強(qiáng)、炸藥采購、運(yùn)輸、存儲(chǔ)安全風(fēng)險(xiǎn)高、鉆孔爆破工序多、影響鄰近區(qū)域的生產(chǎn)生活等。而巖石臂開挖既沒有污染，投入成本比破碎錘低很多，非常適用于本工程的地層地質(zhì)。

3.5.2 社會(huì)效益

（1）巖石臂挖掘機(jī)開挖法可實(shí)現(xiàn)多種機(jī)械組合開挖堅(jiān)硬巖石基坑，較一般常規(guī)開挖施工而言，是一種技術(shù)上的突破，雖然由于地理位置導(dǎo)致的施工不便，場地受限等因素限制，但依據(jù)此方案，不僅顯著的節(jié)約了工期，還保障了周邊建筑的安全，為今后同類型的工程提供了參考依據(jù)。（2）巖石臂挖掘機(jī)開挖法是采用多種機(jī)械組合開挖施工，減小了對(duì)周邊建筑的破壞和影響，能給老百姓留下良好的口碑。

4 結(jié)論

砂巖地層深基坑機(jī)械法施工是提高施工效率和保證施工質(zhì)量的重要手段。巖石臂挖掘機(jī)具有高效、精確的挖掘能力，適用于砂巖地層深基坑的施工。在施工過程中，要注意合理選擇挖掘機(jī)型號(hào)、控制挖掘速度和力度，以及進(jìn)行地質(zhì)勘察和監(jiān)測，以保證施工的安全和穩(wěn)定。