水利工程土方开挖研究

童卫东

摘要：在水利工程中土方工程一般采用的施工方式是明挖、洞挖和水下开挖这几种，本文主要针对明挖和水下开挖进行了阐述，重点研究的是明挖是施工过程，和水下开挖时有可能会发生的事故类型、事故原因和应该采取的措施，为以后的施工提供了有效的理论依据。

关键词：水利工程；土方；开挖

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土方开挖是工程初期以至施工过程中的关键工序。将土和岩石进行松动、破碎、挖掘并运出的工程。按施工环境是露天、地下或水下，分为明挖、洞挖和水下开挖。在水利工程中，土方开挖广泛应用于场地平整和削坡，水工建筑物（水闸、坝、溢洪道、水电站厂房、泵站建筑物等）地基开挖，地下洞室（水工隧洞、地下厂房、各类平洞、竖井和斜井）开挖，河道、渠道、港口开挖及疏浚，填筑材料、建筑石料及混凝土骨料开采，围堰等临时建筑物或砌石、混凝土结构物的拆除等。

本文主要针对水利水电工程明挖和水下开挖进行了阐述，重点研究的是明挖是施工过程，和水下开挖时有可能会发生的事故类型、事故原因和应该采取的措施。

1干燥情况下的土方开挖

1.1植被、垃圾清理

将开挖区域内的树根、杂草、垃圾、废渣及监理人指明的其他有碍物清除，采用推土机进行植被清理、拢堆。清理范围延伸至离施工图所示最大开挖边线或建筑物基础边线(或填筑坡脚线)外侧至少5米的距离。主体工程的植被清理，须予挖除树根的范围延伸到离施工图所示最大开挖边线、填筑线或建筑物基础外侧3m的距离。

清理垃圾采用装载机辅以人工铲运作业，集中堆渣。植被、垃圾清理的废料采用反铲挖掘机或装载机装至自卸汽车，运至指定的弃渣场堆放。

1.2表土的清挖、堆放

表土指包含细根须、草木植物根系及覆盖草等植物的表层有机质土壤，土方开挖需将标段内的土料场、施工场区、弃土弃渣场和临时堆土场的土壤表居0.5m厚(厚度<50cm的按实际厚度剥离)的耕作层剥离，剥离时避免与不宜耕种的土料混杂。耕作层剥离后需运到指定地点妥善保存，并防止土壤被冲刷流失。

严禁在邻近边坡开口线附近堆土，堆土高度不超过5m，堆土用推土机整平压实，并根据条件开挖顺坡的排水土沟，以免土壤被雨水冲刷流失。表土清理采用推土机进行，清基土方不用于回填，运到指定堆放处，便于工程结束时恢复工作。

1.3开挖区域的临时道路

按开挖运输机械的经常性运行线路，合理规划开挖区域的施工道路。渠内开挖运输作业时，可一边开挖一边修路，原则上结合一级马道进行施工。道路宽度为6m，规划为砂土路面，纵向坡比、转弯半径满足施工规范的场内道路要求。开挖区域内的临时道路、通道在开挖完成后，除必要的施工便道外，及时用挖掘机进行清理。

1.4土方开挖

（1）土方开挖前，首先进行测量放样，标识出开挖范围和位置(断面开口线或轮廓边线)。

（2）土方明挖从上到下分段分层依次进行，严禁自下而上或采取倒悬掏底的开挖方法，以免土方坍塌掩埋施工机械和人员；

施工中根据开挖进度情况随时在开挖面做成一定的坡势，以利排水，开挖过程中避免边坡稳定范围内形成积水。

（3）土方开挖前需综合考虑开挖工程量、工期要求、机械配备情况和地质条件，依此合理安排施工季节、开挖段长度和开挖方式。做到准备充分、精心组织，集中力量进行机械化快速施工，坚持“快开挖、早防护”的原则，确保工程质量。

（4）土方开挖，需根据上口开口线的宽度布置2个或1个开挖作业面。开挖采取纵向分段、分层；横向根据具体情况采用全宽开挖，或分台阶开挖：先沿纵向挖掘一通道，然后向两侧拓宽，上层通道拓宽至边坡顶缘后，再开挖下层通道，以使各层有独立的出土道路和临时排水设施，如此向纵深开挖至渠底标高。深挖渠段的施工分级开挖、分级防护。施工中做好每一开挖层的引排水工作，以确保开挖面干燥无水。

2水下土方开挖

在水里工程中，土方开挖经常是在水中进行，大型机械设备进入水中施工，难免会发生事故，因为在水中作业，水下情况很难预知。

2.1水下土方开挖事故的主要种类

（1）沉陷：施工机械在含水量较大的沙上地、湿淤泥域或沼泽地域不能自行驶出和通过，而发生整机明显沉陷甚至沉没。

（2）蹋坡和滑坡：挖掘机定位于岸上，工作装置挖掘水下上方，,常易发生塌坡，使机械向下倾翻。机械涉水支承向水下作业，形成纵向。角，重心前倾，,常由于作业力作用和水下上附着力不足引起机械沿坡下滑而酿成事故。通常在中硬以上水下上地域发生。

（3）作业中支承失稳：指施工机械初始支承成功后进行作业，作业中突然或渐渐失去可靠支承而不能恢复稳固支承，无法继续作业。

（4）变换支承工位时打滑误事：在某个工位支承并作业，但欲变换工位改变支承时，打滑误车而不能驶出。

（5）浮体在水中失稳：水中作业的施工机械往往要有特殊支承装置。全回转挖掘机在一个工位较长时间作业后，可能由于单测支承轮下陷过大，在解除支承(起腿)时引起浮体在水中横向失稳。严重时可导致倾翻事故。

2.2施工机械事故发生的主要原因

（1）工况预测失误和机械的误区运用：某些湿淤水域地而承载能力不足，还可能有自然沉陷，这时，通用机械不能运用，只能运用两栖或湿地型特种机械。

(2)工程勘查不准和水下作业情况不清：水而无明确参照物，底盘支承部分过挖甚至挖空。

(3)施工方法及机械运用失误：如通用起重机一般按硬地而支承设计，未经核算用了软支承或涉水地而。

(4)上的流变性与上地动力学影响：造成粘度下降稠度变小，抗压抗剪强度衰竭，流性增大，支承失稳。

(5)特殊工况作业的附加作用力：粘着力、吸附作用导致的起斗阻力增大，造成支承的局音日下陷。

(6)水流风力潮汐对底盘支承上体和工作装置的作用，包括不利作用力的增加，支承上体被冲刷。

(7)机体入水后随着重量下降，引起附着力下降，易发生滑移。

(8)行驶和支承装置设计不尽完善合理，体积相对较小，支承二级下陷过大，起腿困难，力系动态失去平衡。

(9)人为因素：机械设计人机学指数低，易造成操作者生理与心理疲劳，观察失误，违反操作规程等。

2.3水域安全性施工和监测要点

（1）加强工况条件及其变化的监测，定时报告比较。

（2）设置必要的可靠参照物，如水深和机位标尺等。

（3）采用新技术进行水下挖掘的驾驶室内显示。

（4）改进工作装置、行驶定位机构和浮体的设计运用。

（5）通用机械用于水域特殊工况，性能指标要校核调整(多为降低)或切实加设辅助技术保障(如加垫木板、布缆和砖块定位)。

（6）提高安全性施工管理和操作水平，操作者应具有一定泅水能力和医学救生常识，并配置救生设备。

参考文献：

[1] 王伟东.水冲法工艺在软土地区土方开挖工程中的应用[J]. 建设监理.2012年第9期

[2] 卢帆.结合案例探讨大型深基坑土方开挖施工[J].建材与装饰：中旬.2012年第6期