土石方開挖

土石方開挖(earth-rock excavation)是將土和岩石進行鬆動、 破碎、 挖掘並運出的工程。按岩土性質，土石方開挖分土方開挖和石方開挖。按施工環境是露天、地下或水下，分為明挖、洞挖和水下開挖。在水利工程中，土石方開挖廣泛應用於場地平整和削坡，水工建築物（水閘、 壩、 溢洪道、水電站廠房、泵站建築物等）地基開挖，地下洞室（水工隧洞、地下廠房、各類平洞、豎井和斜井）開挖，河道、渠道、港口開挖及疏浚，填築材料、建築石料及混凝土骨料開採，圍堰等臨時建築物或砌石、混凝土結構物的拆除等 ^[1]  。

土石方開挖是工程初期以至施工過程中的關鍵工序。在施工前，需根據工程規模和特性，地形、地質、水文、氣象等自然條件，施工導流方式和工程進度要求，施工條件以及可能採用的施工方法等，研究選定開挖方式。明挖有全面開挖、分部位開挖、分層開挖和分段開挖等。全面開挖適用於開挖深度淺、範圍小的工程項目。開挖範圍較大時，需採用分部位開挖。如開挖深度較大，則採用分層開挖，對於石方開挖常結合深孔梯段爆破按梯段分層。分段開挖則適用於長度較大的渠道、溢洪道等工程。對於洞挖，則有全斷面掘進、分部開挖和導洞法等開挖方式 ^[2]  。

土石方開挖施工，包括鬆動、破碎、挖裝、運輸出渣等工序。石方開挖，除鬆軟岩石可用鬆土器以鑿裂法開挖外，一般需以爆破的方法進行鬆動、破碎。人工和半機械化開挖，使用鍬鎬、 風鎬、 風鑽等簡單工具，配合挑抬或者簡易小型的運輸工具進行作業，適用於小型水利工程。有些灌溉排水溝渠的施工直接使用開溝機，可以一次成形。大中型水利工程的土石方開挖，多用機械施工。

除使用各類鑿巖、鑽孔機械鑽孔，進行爆破作業外，主要使用：挖掘機械，如各種單鬥挖掘機或多鬥挖掘機；鏟運機械，如推土機、鏟運機和裝載機；有軌運輸機械，如機車牽引礦車；無軌運輸機械，如自卸汽車等。根據不同條件，採用各種配合方式，進行挖、裝、 運、 卸等各項作業。要根據工程規模、施工條件，合理選用適宜的施工機械和相應的施工方法，特別要注意機械設備的配套協調，避免存在薄弱環節。在特定條件下，可採用水力開挖的方法開挖土方；也有采用爆破開挖的方法，即用拋擲爆破或揚棄爆破技術，不僅將土石破碎，並全部或部分地將其拋棄到設計邊界以外。

一般常用鑽孔爆破法掘進，用機械進行挖裝、運卸作業；也可採用全斷面隧洞掘進機開挖隧洞；在土質或鬆軟岩層中可用盾構法施工。

可以採用索鏟、抓鬥等陸上開挖機械，但通常多使用各式挖泥船，配合拖輪、駁船等水上運輸設備進行聯合作業 ^[3]  。

在滿足設計要求、工程質量、施工安全和工期要求等條件下，通過技術經濟比較，進行施工方案的優化選擇。編制施工方案時,一般應考慮:

①開挖方式和施工方法能滿足開挖進度要求，與施工導流和混凝土澆築等前後工序相銜接，並滿足防洪和渡汛要求。

②根據水文、季節和施工條件，合理安排施工順序，快速施工，均衡生產。

③根據開挖工程規模、土石特性、工作條件、施工方法,選擇適用的施工機械設備,挖、裝、運、卸各項設備要合理配套。

④因地制宜，安排好交通運輸路線和施工總平面佈置，以及風、 水、 電等系統。

⑤搞好土石方平衡調配，注意安排挖採結合、棄填結合，避免重複倒運。棄渣、棄土場地儘量少佔農田，並儘可能造地還田。棄渣要避免侵佔河道，避免阻礙行洪或抬高電站尾水位影響發電效益。

⑥做好施工排水措施，將妨礙施工作業和工程質量的雨水、地表水、地下水和施工廢水排至場地以外，為工程創造良好的施工條件。

⑦按設計和施工技術規範的要求，保證施工質量。對施工中可能遇到的問題，如流砂現象、邊坡穩定、隧洞塌方等，要進行技術分析，提出解決的措施。

⑧注意施工安全，按照安全、防火、環境保護、工業衞生等方面規程的規定，制定施工安全技術措施 ^[2]  。

隨着水利工程建設規模的日益發展，世界上一些大型工程的土石方開挖量常達到數千萬立方米，甚至超過億立方米，如巴基斯坦塔貝拉土石壩（壩體填築量達1.2億立方米）和中國葛洲壩水利樞紐土石方開挖量均超過 1億立方米；巴西伊泰普水電站工程，土石方開挖量達6010萬立方米。因此一些發達國家土石方施工機械化水平日益向大型、高效方面發展，主要特點是:

①發展大容量、大功率、高效率的土石方施工機械，如10立方米以上的挖掘機，100t級以上的自卸汽車；

②各工序所採用的機械配套成龍，容量、效率互相配合；

③廣泛應用液壓技術；

④採用電子技術和新材料，廣泛應用自動控制技術；

⑤既注意發展一機多用的多功能機械，又注意發展專用機械；

⑥注意施工機械的維修和保養 ^[2]  。