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摘要：现代工程中岩石路基开挖以爆破为主，少数受周边环境影响的路基采用机械开挖，机械开挖主要采用液压破碎锤施工，但液压破碎锤开挖进度慢且对机械和操作人员损害大，不适用于大方量石方开挖。本文将介绍一种新的机械开挖方式，不仅可以加快施工进度，而且对周边环境影响小。本文将对石方路基机械开挖的施工方法进行介绍，并将新机械与液压破碎锤进行比较，通过对比及积累的施工经验对机械开挖石方路基进行总结。
关键词：石方路基；机械开挖；液压破碎锤；钩钩机
1.项目背景资料
本文以新建成都至贵阳铁路乐山至贵阳段站前工程CGZQSG3标段内57#路基为研究对象，对机械开挖的施工方法进行分析、总结。
CGZQSG3标段57#路基位于四川省宜宾市境内。沿线上覆第四系坡洪积层淤泥质粉质黏土、粉质黏土及坡残积层粉质黏土，下伏基岩为上统遂宁组砂质泥岩夹砂岩、篷莱镇组砂质泥岩、砂岩互层，中统沙溪庙组砂质泥岩、砂岩互层，白垩系下统窝头山组、打儿凼组、高坎坝组泥质砂岩夹泥岩、白垩系上统三合组泥质砂岩夹泥岩。地层出露较完全，主要以“红层”砂、泥岩为主。
路基开始施工时采用的是爆破开挖，爆破产生的飞石及爆破冲击波震松的块石滚落至红线外的山坡两侧及谷底，严重破坏了周边的生态环境及耕地。为减小路基开挖施工对周边生态环境造成的破坏及减少不必要的赔偿支出，项目部决定对57#路基进行机械开挖施工。因57#路基石方方量较大，若采用液压破碎锤施工则机械设备的投入必将增大，且施工工期不能得到有效的保证。在此背景下，项目部提出采用钩钩机进行石方路基开挖，为证明钩钩机的施工效率及其与液压破碎锤的优劣，项目部决定在57#路基进行试验，同时采用液压破碎锤和钩钩机进行石方开挖施工，通过数据及机械操作手的体验来对不同的开挖设备进行点评。
2.开挖设备
机械开挖设备以挖掘机为载机，通过改造将挖掘机的铲斗换成液压破碎锤，即为现代工程上流行的液压破碎机；钩钩机则将挖掘机的铲斗换成单齿鹰嘴状的机头，其外形如下图所示。
2.1液压破碎锤工作原理
受缸体上腔油压作用的面积A1和受缸体下腔油压作用的面积A2的关系是A1>A2，且A2总是受高压。当A1从 受高压变为受低压作用时，活塞向上运动，伴随着后缸体内的高压氮气受压蓄能。
（1）活塞向上
最初的情形：活塞和阀都在它们的下端位置。缸体上腔受低压作用，缸体下腔和阀的高压腔无论何时总是受高压作。与回油口连接的低压腔始终处于低压状态。低压腔与缸体转换腔相连，这时与缸体转换腔相连的A5受低压，所以在活塞向上运动之前缸体转换腔受低压。
因为面积A3、A4受高压（A3〉A4），所以在A5受高压之前阀受向下力。高压油进入缸体下腔使活塞上升。当活塞开始向上运动时，活塞转换腔的油压没有改变。当活塞向上运动时，高压氮气受压。
（2）阀向上
当活塞运动到中部时，缸体转换腔与下腔相连，这样缸体转换腔就受高压。A3、A4、A5都受高压，他们的面积关系A4+A5>A3这样阀受向上的作用力 阀在作用力下作向上运动。当活塞停止运动时，高压氮气蓄能达到最大。
（3）活塞向下
当活塞向上时，活塞转换腔与阀内高压腔相连，这样缸体上腔变为受高压。上、下腔都受高压作用，且A1〉A2，活塞受向下作用力。另一方面，高压氮气受压给活塞一个向下作用力，这样活塞迅速向下运动。
（4）阀向下
在这之前，活塞打击钎杆，缸体转化腔与低压腔相连，这样A5受低压。A3、A4受高压，A3〉A4，所以阀向下运动。
（5）活塞工作
当活塞打击完钎杆，活塞开始向上运动。液压锤依次重复（1）-（2）-（3）-（4）-（5）来完成工作。
2.2钩钩机头的工作原理
钩钩机头工作原理较液压破碎锤简单，钩钩机的齿头与挖掘机及装载机的斗齿一样，齿头扁薄、齿根粗厚，工作时主要通过挖掘机本身的重量及挖掘机履带与大地的摩擦力将齿头压入岩层并拉裂，因此采用钩钩机进行机械开挖石方时需采用较大吨位的载机配合，方能提高钩钩机的工作效率。
3.机械开挖施工
3.1施工准备
路基土石方开挖前按设计施工图纸恢复路基中线，复测横断面、测设出开挖边线，并用石灰洒出。
设计好路基纵横线的开挖顺序及机械设备行走路线，避免路基开挖后影响机械设备正常通行。
3.2施工方法
（1）测量放线
利用在施工现场设置测量控制网，采用全站仪进行测量施工控制，根据设计坡比精确放样出路基边坡开挖轮廓，用白石灰画出轮廓线。边坡控制放样精度不大于±1cm，确认后进行下一步破碎工作。
（2）开挖施工
1）根据测量精确放样出的路基边坡开挖轮廓线，采用挖机进行清除表土，将所要破碎的石方露出，由于开挖破碎的方式为自上而下分层开挖，因此首先根据实际地形修出第一级施工平台，已方便破碎机械及挖机摆放。
2）现场安排施工人员根据实际地形采用红油漆进行画圈布点，布点间距为35cm，破碎锤根据布置好的红油漆点进行钻孔破碎，液压岩石破碎锤破碎施工时，将液压岩石破碎锤的钎杆压在岩石上，并保持一定压力后开动破碎锤，利用破碎锤的冲击力，将岩石破碎。
3）采用钩钩机开挖时布点间距为50cm，破碎施工时直接将钩齿压入岩石内，利用挖掘机与大地的摩擦力拉动钩机臂，即可拉裂岩体，完成岩石破碎工作。
4）液压破碎锤及钩钩机破碎岩体时必须严格按照坡比进行破碎，不允许出现亏坡或坡比过大的情况出现，第一级施工平台上的岩层破到位并采用挖机将坡面修正平整后，然后进行下一施工平台岩体的破碎施工。
5）破碎机破碎时挖机配合清除破碎岩体，并将已破碎的岩体装车，运输车辆采用自卸车，运至指定地点，直至该段路基坡面成型并且路基标高达到设计要求。
4.试验对比
为保证试验数据的准确性，本试验采用两台型号相同且性能相近的挖掘机作为载机，由两名司机分别操作液压破碎锤和钩钩机进行石方开挖，开挖的岩石以红砂岩为主，并在半个工作日后互换设备进行体验。
通过在57#路基上液压破碎锤和钩钩机开挖数据的统计对比及司机的体验，得出以下试验结论。
5.结语
通过试验结论，可知钩钩机比液压破碎锤有优势的地方在于施工速率快，操作者的工作环境较为舒适，且钩钩机的成本较液压破碎锤低；但钩钩机暂时只发现用于砂岩和页岩开挖时速率快，对其他岩性未进行实际试验，无法得出结论。液压破碎锤之所以能流行在工程界主要是因其入岩能力强，能适用于各种岩层。
论文作者:蓝永杭
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
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