南水北调中线一期工程渠道土石方开挖施工方案

南水北调中线一期工程总干渠 陶岔 沙河南 (委托建管项目 )方城段 段第三施工标段 （合同编号： HNJ-2010/FC/SG-003） 渠道开挖方案 批 准 审 核 编 制 中国 水利 水电 第 三 工程局 有限公司 南水北调中线工程 方城段三标 项目部 二 一一 年 三 月 目 录 1.工程概况 . 1 2.主要项目及工程量 . 1 3. 编制依据 . 1 4. 施工布置 . 2 5. 土方开挖 . 3 5.1 开挖分区 . 3 5.2 开挖施工程序 . 3 5.3 开挖施工方法 . 4 6.石方开挖 . 7 6.1 开挖方案 . 7 6.2 爆破方案 . 8 7. 土方平衡 . 10 8.施工进度计划 . 11 9. 资源配置 . 11 10.土石方施工技术及质量控制措施 . 13 11. 安全环保措施 . 14 1 1.工程概况 南水北调中线一期总干渠陶岔渠首至沙河南段工程方城段（以下简称 “方城段 ”）是总干渠陶岔渠首至沙河南段一个设计单元，位于河南省南阳市方城县境内，起点 位于小清河支流东岸宛城区和方城县的分界处，设计桩号 124+751，终点位于三里河北岸方城县和叶县交界处，设计桩号 185+545。全渠段设计流量 330m3/s，加大流量 400 m3/s。 南水北调中线一期干线工程为 I 等工程，输水建筑物为 1 级建筑物。 方城 -3 标是第 3 个 标段 ， 起 点 设 计 桩号 138+551 ，轴线坐标为(X=3669249.953m， Y=486815.701m)(1954 年北京坐标系，下同 )，终点设计桩号145+651，轴线坐标为 (X=3672702.790m， Y=492896.220m), 方城 -3 标 长度为7.100km。 渠道开挖断面为梯形断面，坡比为 1： 2.25和 1： 2.5，渠底宽为 18.520m。 本标段沿线共有建筑物 11个， 包括： 3座左岸排水建筑物， 2座渠渠交叉建筑物， 3座公路桥， 3座生产桥。 2.主要项目 及工程量 本 标段渠 道 土石 方 明挖工程量为 319.4万 m3，其中软岩开挖约 41.2万 m3 3. 编制依据 1.1 合同文件； 1.2 施工总进度计划、年进度计划； 1.3 总体施工组织设计； 1.4 施工相关图纸（总平面图、纵横断面图 、渠道开挖图 ）； 1.5 相关施工技术规范 及 规程 ： （ 1）水利水 电建设工程验收规范 SL223-1994； （ 2）水利水电建设工程施工组织设计规范 SL303-2004； （ 3）爆破安全规程 GB6722-2003； （ 4）水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范 SL47-94； 2 （ 5）南水北调中级一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工工法； （ 6）南水北调中线一期工程膨胀土处理施工技术要求； （ 7）南水北调中线一期工程膨胀岩处理施工技术要求。 4. 施工布置 4.1 施工道路 1、由于本施工标段分布战线较长，且不同地段开挖料需进行有用料和无用料的分区堆存和弃渣，因此 ，须对不同开挖地段的施工道路进行布置，以满足各部位开挖运输施工的需求。 2、渠道施工道路主要以左右两岸沿渠施工道路为主， 填 筑施工便道，连通生产、生活区、渣场及施工现场。沿渠便道采用泥结碎石路面，路面宽 7.0m，道路标准不低于 工矿 二级；各开挖工作面施工便道从沿渠道 路 接引，按照小于 12的坡比沿明渠两侧边坡修筑至渠底，与渠底和一级马道连接，以此作为渠内 结构物施工的通道。 逐段 施工完成渠底 衬砌 后， 再 逐段完成道路占压部位的 施工。 开挖工作面至沿渠道路连接段 在保证不损伤渠道永久边坡的原则下， 根 据现场 实际情况 灵活 布置 修筑坡 比 小于 12%的临时施工道路 连接段 。 并在合同实施期间 对施工道路进行 管理、维修、养护及水毁后的道路修复，以及为满足运输而必须采取的临时加固和加扩措施。 4.2 施工供电、排水 、供风 （ 1）供电：土石方开挖工程的施工用电主要施工 降 排水和现场照明等用电，用电容量不大，由本标统一布置的系统用电线路 和柴油发电机发电 提供，供电系统能够满足施工需要。 照明 采用 10kw 氙灯、碘钨灯、镝灯等 。 （ 2） 本标段施工区域地下 水 较丰富 、 水位较高，施工中降、排水及开挖土质边坡稳定是施工时应关注的一个主要问题。 为保证正常施工，必须进行必要的 临时施工排水，施工期临时排水 主要为施工期降雨地表汇水、地下水 抽排 。 排水方式 ： 1）开挖面外排水： 在渠道开口线两侧 堤基及时 修筑防护堤 以拦截地面雨水 ，防护堤外侧设置导流沟渠 ，坡面雨 水通过导流沟槽直接排入 渠底 排水泵坑，用泵抽 排 到 防护堤外侧 导 截 流沟槽 ； 2） 渠道 内开挖 排水 渠 道 地下水设导流明沟与井点降水相结合方式施工。 在一期开挖中 采用在渠 坡侧 布置 明沟排水 ，二期开挖（保护层）在渠道中心线布置井点降水，潜水泵抽排到两岸的排水沟内。 3 根据招标文件要求，本标段渠道开挖含水层以上部分 3 5m 不需要采用降排水措施，可 直接进行渠道开挖，待开挖含水层以下时， 分 层在渠道纵向两侧设置导流明沟降水，导流明沟底宽 1m左右，沟坡按 1:0.5 0.75 设置。导流明沟底低于每层开挖面 12m，导流沟每 500m设集水坑一座，进行集中抽排至渠堤外导流沟。 为保证开挖进度顺利衔接， 采用排水沟领先法。 降排水导流沟及集水坑始终超前于开挖工作面 500m以上。渠道开挖至建基面时采用井点降水 ，渠道底口设置井点；井点间距 暂定 20m，施工时 根据水量确定间距 。 渠道排水泵 ： 200 GW300-15-22(300m3/h)水泵 6 台，用电负荷 22kw。 井 点 排水设备拟选用 QDX25-17-2.2 型 潜 水泵 20 台，用电负荷为 22kw。 渠道内开挖排水期间，在渠道外侧村庄附近设置简易变形观测点，定期进行地表沉降观测。 （ 3） 根据施工总进度计划和 工程 的整体布置规划，采用总体分散、局部集中的原则，在本标施工现场内 石方 区布置移动式空压机站。用风量大、用风量集中部位采用 电动空压机，临时使用采用油动空压机。 5. 土方开挖 根据该工程 战 线长，施工道路布置条件好的特点，渠道明挖工作 分段 进行， 每个区 段 开展12 个工作面 。 5.1 开挖分区 （ 1）为保证渠道施工的连续均衡以 及合理利用施工资源，结合本标所指定的弃渣场布置位置及渠道沿线建筑物的布置， 为了满足进度计划要求， 将 7.1km渠道划分为 三 个施工区段进行组织施工。 （ 2）各区段施工范围划分及工程量见 表 5-1。 表 5-1 各区段施工范围划分及工程量 区段 桩号（起） 桩号（止） 长度 开挖量 回填量 备 注 区 138+551 141+185 2634 908766 908766 71637 不含建筑物开挖量 区 141+185 143+000 1815 891357 195961 区 143+000 145+651 2651 1224346 442751 合 计 7100 3024469 710349 5.2 开挖施工程序 根据工程总工期的要求，和水文地质条件。本标开挖施工程序安排如下： 施工准备 施工 放线 表土清理 导截 流 沟施工 分层开挖 测量复核 保护 层开挖 边坡 修 整 清 基 （建基面清理）。 4 5.3 开挖 施工方法 （ 1）施工准备 根据施工总布置要求，将施工用风、水、电等布置至施工区域内，组织设备、人员、物资材料等资源就位。 组织施工人员进行学习 交底 领会设计意图 ，做到施工方案人人心中有数。 （ 2） 施工 放线 1）放出开挖区的上开口线及 永久 截（导）流沟的开挖边线提供给作业层，进行开挖范围内的清理植被，并清坡。 2）根据施工需要进行开挖边坡放样，检查边坡开挖体形，并完成开挖边坡的竣工断面图，平面图，同时完成工程量的计算。 3）采用 GPS， 全站仪、水准仪进行 施工 放样，施工中严格按相应规范与标准进行施工。 （ 3）表土清理 对开挖区域内的表土层、障碍物、建筑垃圾等进行清除， 表土层清理控制在 50cm内。剥离的表土如为耕作层， 按照就近原则堆存至 3-1#营地内的堆土场 进行堆存，堆存时应进行分区、分层堆放，以便后期 作为右岸沿渠路绿化带植土 使用；如为废弃料，则应运至指定的弃渣场弃掉，弃渣时应做好分层堆放。 （ 4）排水系统 砌 筑 在清 表 的同时视情况提前或及时完成渠道 左侧永久 截（导）流沟 等排水系统的开挖与 干 砌块石砌筑， 作为地表排水及渠道内地下水抽排使用， 截（导）流沟开挖的弃渣及时运至指定的弃渣场。 （ 5） 开挖 分层 厚度 分层原则： 本标渠道开挖断面 深 度为 3m 12.5m， 为减少施工过程中地下水抽排量及保护主干渠混凝土衬砌建基面不受地下水侵润，本标段主干渠开挖分层原则基本按照 4 层开挖， 第一层为可用土开挖，开挖厚约 2m；第二层挖至地下水侵润线上 50cm，开挖厚度约 12m；第三层开挖厚度约 3.5m；第四层为预留保护层厚度开挖，开挖厚度约 2m。 在富含合格土料的区段还需根据合格土料的所在标高及分布厚度进行开挖分层，以便顺利进行合格土料的开挖与备存，同时防止合格土料被无用料所污染。 开挖施工分层 图 5-1 土方开挖分层图 图 5-1 5 渠道开挖分层图井点降水井点降水渠道中心线开挖分层线地下水侵润线排降水导流沟排降水导流沟21.5318.5021:2.54.044.0651.05 6 马 道渠 堤 填 筑渠 堤 填 筑马 道水流渠堤边坡保护层渠堤边坡保护层集水坑 一层开挖区二层开挖区( 可 用 土 开 挖 )( 含 水 层 以 上 5 0 c m 开 挖 )三层开挖区( 开 挖 深 度 3 . 5 m )一层开挖区二层开挖区集水坑1 0 %1 0 %三层开挖区1 0 %地面便道便道便道渠 道 中 心 线保护层开挖1 0 %便道便 道开挖分层平面布置图地面 7 （ 6）土方开挖 1）开挖从上至下分层分段依次进行，严禁自下而上或采取倒悬的开挖方法。 对于地下水侵润线以下开挖采用超前开挖降排水导流沟方式进行， 开挖分段每 500m 设置集水坑，水泵抽排至左岸永久截流沟内，然后自流入附近沟渠内。 两侧边坡预留 垂直建基面边坡 1m（水平宽2.25m） 保护层 。 待两侧降排水导流沟将渠道中间地下水降排后进行大面积开挖。 如开 挖施工作业面较为开阔，且开挖层厚 较 薄，可采用推土机进行集料， 3m3 装载机直接装车运输。 2） 保护层开挖 ， 开 挖前首先采用井点降排水方式进行地下水抽排， 开挖主要采用 1.6 1.8m3液压反铲进行开挖，直接装 1520t 自卸车运至指定的弃渣场弃渣。对于渠道土质保护层采用1.0m3 反铲削坡、人工辅助反铲修整边坡 ， 以满足施工图纸要求的坡度和平整度，确保边坡的稳定。 3） 土石方明挖过程中，如出现裂缝或滑动迹象时，立即暂停施工，将人员设备尽快撤离工作面，视边坡开裂程度采取不同的应急措施，并通知监理工程师，必要时设置观测点，及时观测边坡变化情况，并做好记录。 土方开挖施工工艺流程见 图 5-2 土方 开挖工艺框图 图 5-2 6.石方 开挖 6.1 开挖 方案 根据招标技术文件 规定 ，在软岩开挖中 占软岩开挖总量 70%的部分 可直接使用土方机械开自卸汽车运输 施工准备 施工排水 测量放线 修筑道路 反铲分层直接挖装 反铲边坡修整 人工辅助 8 挖 ，开挖方法同土方开挖 ； 其余需用钻孔爆破作业及体积大于 0.7m3 的块体占软岩 30%，根据施工环境及开挖厚度， 采用松动爆破 自上而下分层开挖 ， 爆破采用手风钻钻孔爆破， 1.6 1.8m3反铲挖装、 20t 自卸汽车出渣运输 。 施工前在现场选择适当部位进行爆破试验，确定合理的爆破参数，以获得满意的爆破效果。边坡和基底采用控 制爆破技术，施工时严格按钻爆参数进行施工。 边坡 开挖 采取预裂或光面爆破，梯段爆破预留 1.52m保护层，手风钻小爆破削坡。钻孔作业，控制钻孔的倾角和孔深，使边坡和基底超欠挖控制在允许的范围内。严格控制爆破单响药量，尽量减轻对边坡和基础的振动破坏。做好排水工作，在开口线以外修建截水沟，防止地表水流入工作面。采取自上而下分层开挖，坡面支护及时跟进，确保边坡稳定。 石方开挖工艺流程见 图 5-3 石方开挖施工工艺流程图 图 5-3 6.2 爆破方案 在本段的石方爆破主要 采用 浅孔 梯段爆破的施工方法，进行松动爆破。 钻孔机械使用 手风下一循环作业 施工准备 测量放线 钻 孔 装 药 网络连接起爆 安全处理 挖、装、运石渣 边坡修整 边坡支护施工 9 钻 。采用非电微差起爆的方法，合理设计起爆顺序，控制每一段起爆的炸药总量，减小爆破震动效应，减小爆破对周围建筑物的不利影响； 控制最小抵抗线的方向，炮工合理装药和堵塞，控制好用药量，尽量避免飞石和减小爆炸噪音。 爆破设计原则 （ 1）爆破作用指数 N 0.75，全松动爆破。 （ 2）根据水利水电工程施工组织设计手册查得：岩石坚固系数 ，控制 炸药单位用药量。 预裂爆破间距为 80cm，梯段爆破间排距为 3 3m。具体参数以现场试 验爆破参数为准。 为避免爆破振动、飞石、空气冲击波对混凝土及保留岩体等被保护建筑物产生危害。石方开挖必须进行控制爆破。 1）爆破器材选用 爆破材料选用 RJ 乳化系列炸药或 铵梯炸药 ；主爆孔起爆材料选用毫秒微差塑料导爆管；预裂和光爆孔起爆材料选用导爆索，总起爆网络采用电雷管； 由导爆管、导爆索、电雷管组成起爆网络。 2）主要技术措施 采用毫秒微差网络爆破技术，控制爆破规模，保证被保护建筑物及开挖建基面的安全和开挖质量。施工前期，结合施工生产进行爆破试验，通过爆破试验对爆破孔网参数、起爆网络、单耗药量等钻爆参数进行优化，确定最佳钻爆参数。 边坡采用预裂或光爆一次成型技术，靠近边坡 15 20m 的范围需要严格控制爆破参数，与外侧的梯段爆破区结合部位采用一排施工预裂减震，既能保证边坡成型质量，同时也能提高一般梯段爆破区生产效率，加快施工进度，施工中针对不同的地质条件及特殊部位、特殊地 质条件的预裂或光面爆破及时调整有关爆破参数。 保护层开挖采用水平光爆 /预裂一次成型技术，以确保建基面岩体开挖质量和成型质量。 10 7. 土方平衡 土方调配的指导思想为：全理安排开挖和填筑施工，尽早提供回填工作面，有用料就近利用，尽量减小综合运距。 本标段土方开挖有用量除由一区段调给一标可利用料 48 万方以外，剩余就近原则用于填筑区。 138+551 至 142+500 弃土约 115 万方运至牛庄弃渣场， 142+500 至144+000 弃土约 85 万方运至东泥岗弃渣场， 144+000 至 145+651 弃土运约 41 万方至 马岗弃渣场，借土根据用土情况以就近原则向券桥米庄和代营两个取土场取土。主要从代券桥米庄取土场调用。 具体见土方平衡表。 土方平衡表 区段 桩号（起） 桩号（止） 开挖量（ m3） 回填量（ m3） 回填量（自然方）（ m3） 弃渣量（ m3）（“ +”为弃渣，“ ”为需调入） 备注 总挖量 可利用 可利用 不可利用 区段 138+551 141+185 908766 553806 71637 84279 -10473 354960 本标段土方开挖有用量除由一区 段调给一标可利用料 48万方以外，剩余就近原则用于填筑区。138+551至142+500弃土约115 万方运至牛庄弃渣场，142+500至144+000弃土约 85万方运至东泥岗弃渣场，144+000至145+651弃土运约41 万方至马岗弃渣牛庄南跨渠桥 138+900 1583 0 20300 23882 -23882 1583 鸭东二分干三支倒虹吸 138+955 20800 8458 8065 9488 -1030 12342 平高台公路桥 140+386 4822 0 3372 3967 -3967 4822 防护堤 140+650141215 0 0 2264 2664 -2664 0 区段 141+185 143+000 891357 60992 195961 230542 -169550 830365 齐庄北生产桥 141+350 1646 0 18672 21967 -21967 1646 前肖庄村西排水倒虹吸 141+848 94308 4364 8203 9651 -5287 89944 后肖庄西公路桥 142+809 3517 0 1486 1748 -1748 3517 防护堤 142+330144+481 0 0 8600 10122 -10122 0 区段 143+000 145+651 1224346 421318 442751 520884 -99566 803028 鸭东二分干四支渡槽 143+728 2084 2004 6138 7221 -5217 80 马岗北公路桥 144+372 21135 3521 39053 45945 -42424 17614 11 马岗东北沟倒虹吸 144+687 94380 3341 8203 9651 -6310 91039 场，借土根据用土情况以就近原则向券桥米庄和代营 两个取土场取土。 主要从代券桥米庄取土场调用。 刘彦庄南生产桥 145+091 1387 0 57396 67525 -67525 1387 刘彦庄排水倒虹吸 145+507 120605 0 11311 13307 -13307 120605 水土保持 取（弃）土场 27044 10850 400 471 635 10215 截流沟 46344 0 0 0 0 46344 通信管道 9800 9600 9600 11294 -1694 200 合计 3473924 1078254 913412 1074608 -487368 2399316 8.施工进度计划 施工进度计划根据 项目部上报并经监理部和建管处审批的总进度计划 。依据 合同工期要求和施工程序安排进行， 合理安排施工程序，尽可能做到均衡施工，优化资源配置，并留出一定富余度。 开挖历时 756 天。根据情况进行时段安排如下： 区段 138+551141+185 开挖填筑于 2011 年 3 月 15 日开始， 2012 年 7 月 31 日完成 （包括预留便道） ，总工期 505 天。 区段 141+185143+000 开挖填筑于 2011 年 4 月 1 日开始， 2012 年 12 月 6 日完成 （包括预留便道） ，总工期 616 天； 区段 143+000145+651 开挖填筑于 2011 年 5 月 1 日开始， 2013 年 4 月 10 日完成 （包括预留便道） ，总工期 711 天； 9. 资源配置 按照施工高峰月强度 23 万 m3/月（土 石 方）进行资源配置 ，计算 如下： (1) 挖掘机配置计算 挖掘机配置可按 下 式计算： WPKQN 式中 N挖掘机需要量，台； Q月开挖强度， m3/月； 不均匀系数； W月有效台班数，台班； 12 P挖掘机台班生产率（或台班定额）， m3/台班； K挖掘机利用率。 因该工程土石方挖装机械计划以 1.6m3 液压反铲为主。根据水利水电开挖施工定额，结合实际台班生产率， 1.6 m3 液压反铲挖掘机台班生产率以土方 1000 m3/台班。 因该工程施工时段较 长 ，取不均匀系数 =1.1。 根据开挖施工经验，取挖掘机利用率 K=75%。 土方开挖挖掘机配置台数为 N=3500001.1/(75100075%)=4.5（台） 取 N=10 台。选挖掘机斗容为 1.6m3 的 4 台、 1.8m3 的 4 台、 1m3 的 2 台，挖装设备强度 完全 保证。 (2) 15t 自卸汽车配置计算 自卸汽车配置可按 下 式计算： WPKQN 式中 N自卸汽车需要量，台； Q月开挖强度， m3/月； 不均匀系数； W月有效台班数，台班； P自卸汽车台班生产率（或台班定额）， m3/台班； K自卸汽车利用率。 土 石方 开挖强度 Q 为 230000m3/月，不均匀系数 取 1.1，根据水利水电开挖施工定额，结合实际台班生产率， 15t 自卸汽车台班生产率 P 为 250m3/台班， 15t 自卸汽车利用率为 60%。自卸汽车的台数： N=2300001.1/(7525060%)=22.49（台） 施工过程中根据实际情况，为保证运输强度，拟配备 1520t 载重量自卸汽车。配备数量N 取 30 台 。 本标段渠道开挖共设置三个施工区，每个施工区设 12 个工作面，每个工作面配备 23 台挖掘机、 812 台自卸车。 主要施工 劳动力配置见表 7-1， 机械设备配置见表 7-2。 主要 人员 表 表 7-1 13 序号 工种名称 单位 数量 备 注 1 技术及管理人员 人 10 2 技 术 工 人 人 10 3 液压反铲司机 人 24 4 其他司机 人 80 小计 人 116 主要机械设备表 表 7-2 序号 设备名称 规格型号 台数 备注 1 液压反铲 PC400 4 2 液压反铲 CAT330 4 3 反铲 PC220 2 4 推土机 TY220 2 5 装载机 ZL50 2 6 手风钻 YT-28 15 7 自卸汽车 1520t 40 8 洒水车 5t 3 10.土 石 方 施工 技术及质量控制措施 （ 1） 、土石方开挖均采取至上而下分层开挖，确保边坡形成后的完整性和安全稳定性。 （ 2） 、对于土质边坡开挖时，应挑选技术条件较好的设备操作手进行边坡开挖，避免 因 设备操作失误而造成边坡人为开挖破坏。 （ 3） 、对于岩石开挖边坡，应避免岩体免受或少受爆破震动破坏，采用预裂或光面爆破一次成型技术，不仅能保证边坡的成型质量，同时也能保证高边坡安全。 （ 4） 、保证建基面开挖尺寸。依据招标文件技术条款中的有关要求，开挖过程中严格控制超欠挖，超欠挖控制在技术条款要求和施工规范要求的范围。 （ 5） 、对于土质边坡开挖时应预留足够的保护层，在进行混凝土衬砌前进行剥离，避免边坡开挖后长时间暴露而引起变形或被雨水冲刷破坏。 （ 6） 、施工中采用新技术、新方法。对特殊部位的开挖将制定专门的技术措施和质量