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宁淮高速红砂岩深路堑开挖技术

文档作者：武喜文档来源：山西省公路局大同分局		点击数：	更新时间： 2025年12月15日
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2010年12月
第39卷第12期
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOI．0GY 87
宁淮高速红砂岩深路堑开挖技术
武喜
(山西省公路局大同分局，山西大同037006)
[摘要]红砂岩强度变化大，受气候、温度、日照、雨水等外部环境因素影响较大，因此在进行红砂岩深路堑开挖过
程中，需要采取必要的措施，控制红砂岩的风化速度。结合宁淮高速公路红砂岩深路堑开挖工程，从施工准备、开
挖方法、质量控制3方面进行分析研究。重点介绍了开挖施工的机械准备、测量放样、排水设施，指出需要根据开
挖深度、纵向长度、地形等选择不同的开挖方法，其中包括横挖法、纵挖法、混合式开挖法等。
[关键词]红砂岩；深路堑；开挖；挖掘方法
[中图分类号]U416．1 [文献标识码]A [文章编号]1002．8498(2010)12-0087-04
Construction Technology of Deep Cutting Excavation in Red Sandstone
Wu Xi
(Datong Branch of Shanxi Highway Bureau，Datong，Shanxi 037006。China)
Abstract：Red sandstone has large change in strength，and is influenced by climate，temperature，
sunshine，rain greatly．As a result，during deep cutting excavation in red sandstone，necessary methods
should be applied to control the weathering velocity of red sandstone．Combining with Nanjing—Huai
Expressway excavation in red sandstone，the construction technology is analyzed from construction
preparation，excavation methods and quality contr01．The machine preparation，measurement and lofting，
drainage facilities are introduced in detail．It is pointed out that excavation methods should be chosen
according to excavation depth，longitudinal length，terrain and SO on，which can include transverse
excavation method，19ngitudinal excavation method and hybrid excavation method．
Key words：red sandstone；deep cutting；excavation；excavation method
红砂岩是一种主要由泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、
砂岩及页岩等成分组成的软质沉积岩。由于其内部含
有丰富的氧化物，通常呈现出红色、深红色或暗红色。
这种岩类主要分布在南方各省区，项目所在的江苏省
南京江北地区也有大量的红砂岩分布。
红砂岩主要有粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种
典型的结构组成形式，由于其胶结物质组成和风化程
度的差异，导致红砂岩的强度变化较大。另外，这种岩
类受气候、温度、13照、雨水等外部环境因素影响较大，
能够在短期内风化成砂土状。所以，在进行红砂岩深
路堑开挖过程中，需要采取必要的措施，来控制红砂岩
的风化速度。
考虑到红砂岩特殊的工程特性，为了避免爆破施
工对岩体产生扰动而引起塌方，同时也为了减少对附
近居民生活的影响，在制定施工方案时决定采用机械
凿挖施工，而放弃了爆破的施工方法。因此，掌握对这
种岩类的机械开挖方法很有必要。本文结合江苏省宁
淮高速公路南京江北段NH．JB3标的施工经验，浅谈采
用机械法对红砂岩深路堑开挖的施工技术措施。
1工程概况
宁淮高速NH—JB3标段起点桩号为K7+853．05，
终点桩号为GKl6+700，总长8．85km。全线采用全封
闭、全立交、完全控制出入的高速公路设计标准，双向
六车道，整体式路基宽度35．00m，计算行车速度
120km／h。红砂岩深路堑挖方段位于KIO+020一K10
+530段，共有34万m2的红砂岩挖方，最大挖深28m，
通过喷播植草和砌筑护面墙进行坡面防护。
2 施工准备
2．1技术准备
主要包括熟悉相关规范，审核施工图纸，理解设计
[收藕日期】2010-09-28
[作者简介]武喜，山西省公路局大同分局总工程师，高级工
程师，北京市256信箱技术科转武喜101102，电话：(0tO)
60509215-207。E-mail：dfIlk01@163．eom
万方数据
88 施工技术第39卷
意图，进行现场勘察，制定切实可行的施工组织方案
等，为工程的顺利开展和必要的工程变更打下基础。
2．2机械准备
按照业主要求，红砂岩挖方不能用作路基填料，除
在永宁服务区的非路基段填用11．2万m3外，其余挖
方全部作为弃土运至KIO+550左侧的弃土场，平均运
距为0．5km。施工机械主要采用挖掘(凿岩)机、自卸
汽车和推土机。考虑到施工工期的限制，在选择施工
机械时从数量上必须满足施工进度控制的要求(见表
1)。
表1施工机械
Table 1 Construction machines
2．3测量放样
准确的测量放样是保证施工质量和降低施工成本
的基础。在路堑开挖前，对原地面高程进行复测，报监
理工程师抽检，绘制路基横断面图，计算挖方量，并与
设计挖方量进行比较，对数量出入较大的作变更处理。
完成原地面复测后，用CASIO fx-4500P计算机编程并
配合全站仪定出路线中桩、坡脚桩和坡顶桩。可以通
过设计图纸计算出测点距中桩的水平距离，利用计算
机计算出中桩和坡脚桩的坐标，用全站仪定出中桩和
坡脚桩。而坡顶桩的确定比较繁琐，一般采用渐进法
定桩。方法就是：首先确定一个临时测点，根据测点处
的地面高程h舞和坡脚处的设计高程h设，求算高程差；
然后，由高程差么h=h_-h设按照设计坡度n反算测点
距该横断面上中桩的水平距离d计=d。+么h／n，用d计
与实钡lj距离d潮相比较。其中：d。为该坡脚桩距中桩
的水平距离；d舅为测点距中桩的水平距离；d计为测点
距中桩的计算距离。如果d什d_，测点就要向外侧移动。按照这种方
法依次类推反复验证，直到d计接近或等于d测为止，
此时的测点就是坡顶桩的位置。在路堑开挖施工过程
中要根据实际需要对开挖线进行定期复测，以确保施
工过程中开挖线的准确性。
2．4排水设施
由于红砂岩在遭受雨水浸泡或冲刷后，风化速度
会明显加快。所以，在路堑开挖之前，必须具备良好的
排水设施。具体措施有：在路堑坡顶#l-倾fJ大于5m处开
挖截水沟，拦截坡面上的汇集水流；及时修建临时排水
设施，保证流水畅通；做到临时排水设施与永久性排水
设施相结合；排水设施不能直接把雨水引流到农田或
鱼塘内，避免引起淤积、冲刷和擂染。在沿线路方向要
保持一定的纵向坡度(单向或双向)以利排水。
3红砂岩的工程特征
红砂岩是沉积岩的一种，在分布上具有明显的不
均匀性，具有软硬相间、交互成层的多元层状结构，一
般倾角较缓、褶皱舒缓、密度小而贯通长度较大。因
此，受到较大的扰动容易形成塌方。红砂岩按强度和
崩解特性可划分为如下3种类型。
1)I类红砂岩岩块天然单轴抗压强度<
15MPa，在105℃温度下烘干后浸水24h，呈现渣状、泥
状或粒状崩解，水稳定性和强度稳定性较差，接近或属
于弱膨胀岩。
2)II类红砂岩岩块天然单轴抗压强度<15MPa
或稍>15MPa，在1050C温度下烘干后浸水24h，呈块状
崩解，水稳定性和强度稳定性较好，无明显膨胀。
3)Ⅲ类红砂岩岩块天然单轴抗压强度>
15MPa，强度高、不崩解，特性与普通砂岩无明显差别。
4 红砂岩深路堑开挖技术
4．1开挖工艺流程(见图1)
图1开挖工艺流程
Fig。1 Construction flow for excavation
4．2开挖方法的选择
路堑开挖的方法主要有横挖法、纵挖法及混合式
开挖法3种。在选择开挖方法时要根据开挖深度、纵
向长度、地形、岩体状况、机械数量、天气情况等进行灵
活选择。
4．2．1横挖法
横挖法就是对路堑整个横断面的宽度和深度从一
端或两端逐渐向前开挖的方式，也称为一层横向全宽
挖掘法。这种方法一般应用于开挖深度较小且较短的
路堑。对于开挖深度较大而短的路堑一般采用多层横
向全宽挖掘法。由于这种方法开挖的土方量和深度都
比较大，需要调派足够的施工机械，并使作业面之间纵
向拉开，力争做到多层次、多方向、多作业面开挖，以加
快施工进度。在开挖过程中，要注意施工便道的保护，
以保证施工机械的畅通。另外，还要根据岩体开挖的
难易程度，确定每层台阶的开挖深度，一般以一根炮杆
的炮头长度为准。横挖法主要用于上层土方以及l类
红砂岩的开挖。
4．2．2纵挖法
对纵挖法进行细化，又可分为3种类型：分层纵挖
法、通道纵挖法、分段纵挖法。
万方数据
2010 No．12 武喜：宁淮高速红砂岩深路堑开挖技术
1)分层纵挖法是沿路堑全宽以深度不大、纵向分
层挖掘前进的一种开挖方法。这种方法适用于较长的
路堑开挖，主要应用于下层Ⅲ类红砂岩的开挖。
2)通道纵挖法是沿路堑纵向先开挖出一条通道，
然后将通道向两侧方向拓宽，上层通道拓宽至路堑边
坡后，再开挖下层通道，这是快速施工的一种有效方
法，通道可作为施工便道使用，便于挖掘机和自卸汽车
进行流水作业。这种方法适用于路堑较长、较深，两端
地面纵坡较小的路堑开挖，主要应用于I，Ⅱ类红砂岩
的开挖。
3)分段纵挖是沿路堑纵向选择一个或几个适宜的
地方，将较薄一侧的路堑先横向贯通，然后沿纵向按桩
号分成两段或数段后，各段再纵向开挖。这种方法适
用于路堑较长或一侧堑壁不厚的路堑开挖，同时在中
间路段还应有弃土场地，一般不采用这种开挖方法。
4．2．3混合式开挖法
混合式开挖法就是将横挖法与通道纵挖法结合使
用而产生的一种方法。这种方法适用于路堑纵向长度
和开挖深度都很大时，先将路堑纵向挖通，然后再沿横
向坡面开挖，以增加开挖坡面。这样的开挖方法能够
满足多个作业面同时施工的需要，主要应用于I，Ⅱ类
红砂岩的开挖。
4．3土方开挖
由于在K10+020一K10+530段挖方岩体的上部
分布着2m左右的黏质土层，对于这部分土层，可以采
用横挖法直接安排挖掘机和自卸汽车进行装运。因为
这种土体一般比较松软，开挖起来比较容易。然而松
软的土体对进行刷坡的操作手提出了更高的要求，一
旦操作力度不当就会破坏土体，造成刷坡坡度过陡、边
坡失稳或者坍塌。
4．4石方开挖
红砂岩在地质上属于白垩系(K)的碎屑沉积岩，
矿物成分以石英居多，长石次之，其余为黏土岩及砂砾
岩屑。红砂岩受阳光、大气及雨水的作用极易风化崩
解成碎块状、粒状或砂土状，强度下降较快。针对红砂
岩的这些特性，在开挖过程中需要根据实际情况，合理
地调配施工机械和选择开挖方法。对于上部的I，Ⅱ
类红砂岩由于开挖起来比较容易，所以多采用通道纵
挖法；而对于下部的Ⅲ类红砂岩，由于开挖起来相对比
较困难，施工速度较慢，所以多采用分层纵挖法。
5质量控制
5．1刷坡质量控制
不管采用哪种路堑开挖方法，前提都是要保证刷
坡工作能够顺利进行。这就需要在路堑开挖的过程中
根据需要及时调派1～2台挖掘机进行刷坡，避免出现
由于开挖深度超过挖掘机的大臂长度而无法刷坡的情
况，从而给施工带来不便，影响刷坡质量。不仅如此，
在路堑开挖过程中，要有指挥人员对施工机械进行调
配，以便根据需要及时调整开挖方法和进行刷坡。测
量人员和技术人员要及时根据标高放出边坡开挖线，
并根据开挖深度随时指挥调整开挖线，争取利用挖掘
机刷坡一次到位，减少人工做坡量。
为了保证较好的刷坡质量，在施工前设计一把简
易的坡度尺(见图2)。坡度尺包含了1：1．5，1：1．25，1
：1，l：0．25 4种不同的坡度。①1：1．5坡度口．=
150cm，bl=100cm，c1=180．3cm；②1：1．25坡度口2=
125cm，b2=100cm，c2=160．1cm；⑧l：1坡度口3=
150cm，b，=100era，c3=141．2cm；④1：0．25坡度04=
25cm，b。=100cm，c。=103．1cm。在放坡过程中，要及
时检查刷坡坡度，以保证刷坡质量。实践证明，利用简
易坡度尺及时检查控制刷坡质量取得了较好的效果。‘
图2简易坡度尺
Fig．2 Sirepie slop scale
5．2台阶质量控制
按照设计要求，当路堑边坡高度大于8m时必须
分级，而且，每级边坡的高度不得大于8m，并设置
2．0m宽的平台(见图3)。在施工过程中，除了要对刷
坡质量进行严格控制，还要特别注意台阶设置和放样
的准确性。控制的重点主要有两方面：①必须保证坡
脚桩放样的准确性。这样可以用钢尺按照2m的台阶
设计宽度定出下一级边坡的坡顶桩，而不需要再次放
样。②必须对坡脚的高程及时测量，保证其准确性。
在施工过程中要把台阶的开挖高程控制在稍微低于设
计高程之下，按照花槽底高程进行控制，并在台阶上留
出3％的倾斜坡度，以利于排水。台阶的宽度和高程
控制质量直接影响到以后的花槽浇注和护坡防护能否
顺利进行，所以在施工中必须严格控制。
5．3护面墙基坑开挖
按照设计要求，在红砂岩一级边坡坡脚处需要开
挖护面墙基坑(见图4)。开挖之前，首先要对基坑和
护坡进行准确放样。由于一级边坡的红砂岩经受外界
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万方数据
施工技术第39卷
图3台阶细部构造
Fig．3 Step detail
环境的影响较少，风化程度极其微弱，所以，岩体非常
坚硬。在挖掘机破碎炮头的强烈冲击作用下极易成块
脱落，并引起岩体的扰动，从而给基坑开挖带来很大阻
力。通过调整炮头的冲击力，调派技术熟练的操作手，
分层进行护面墙边坡的开挖，基本上解决了存在的问
题。因为分层开挖给红砂岩足够的风化时间，可以有
效减弱岩体外部的强度，所以相对比较容易破碎。忤衅莩潸。
图4坡脚护面墙
Fig．4 Surface protection wall of slope toe
6路堑开挖注意事项
1)由于在施工过程中机械使用较多，在路堑开挖
之前必须做好机械操作人员、技术人员、现场管理人员
的安全交底工作。
2)路堑开挖之前做好路堑顶部截水沟的施工，防
止雨水冲刷边坡。开挖时，严格按照设计要求进行刷
坡和预留边坡平台，并及时做好坡面防护和平台排水
设施。
3)在边坡开挖和刷坡时要调派具有一定施工经验
且技术熟练的操作手，避免因操作不当而引起塌方。
开挖过程中做好边坡的稳定性观测，若发现边坡出现
不稳定现象，应立即停止开挖，并采取有效措施，待边
坡稳定后方可继续开挖。
4)加强测量放样工作，及时定出路堑的开挖线，确
保不出现超挖和欠挖，并对开挖后的坡面及时检查，使
路堑开挖线和坡度处于良好的受控状态。
7结语
红砂岩是一种特殊的岩类，有着不同于其他岩类
的工程特性。对于这种深路堑的开挖通常都采用爆破
法，而采用机械法施工还并不多见。本文工程采用机
械法进行红砂岩深路堑的开挖施工，掌握了红砂岩深
路堑的开挖方法和关键部位的质量控制措施，为今后
类似工程的施工积累了经验。
参考文献：
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术规范[S]．北京：人民交通出版社，2000．
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社，2003．
Qin Xianfeng．Technology manual for highway engineering[M]．
Beijing：Zhongke Multimedia Electronic Publishing House，
2003．(in Chinese)
阜六铁路Ⅱ跨合六叶高速公路特大桥连续梁成功浇筑
近日，经过26个小时的连续奋战，阜六Ⅱ标重点
建设工程全线铺架咽喉控制性工程——跨合六叶高速
公路特大桥连续梁成功浇筑。
跨合六叶高速公路特大桥连续梁(40m+64m+
40m)与高速公路斜交16。。该梁体采用单箱单室变截
面预应力结构，梁体混凝土设计强度等级为C55，顶板
宽8．5m，底板宽4m，梁高采用二次抛物线由2．9m渐
变至5m，混凝土量达1 348m3。采用膺架现浇方式进
行施工，分为两次进行浇筑。该梁三向预应力纵横、齿
块密集，操作空间狭小、钢筋密集、混凝土振捣难度大。
(摘自“中国工程建设网”2010-12-07)
国务院安委会部署开展全国安全生产综合监督检查
国务院安委会决定，将在全国范围内组织开展安
全生产综合监督检查。
国务院安委会派出由有关部委分管负责同志带队
的督查组，对各省、自治区、直辖市部分重点行业、重点
企业进行综合督查，重点抽查煤矿、交通运输、建筑施
工、消防、冶金等行业。督查组于2010年12月3日一
12月18日赴各地开展综合督查，在地方工作10d左
右。检查主要内容为各地贯彻落实相关文件和会议精
神的情况，专项治理工作的开展情况，今冬明春安全生
产工作的部署情况和明年的工作安排情况。
国务院安委会要求各地区、各有关部门结合本地
区、本行业的安全生产工作实际，深刻吸取近期重特大
事故教训，立即组织开展全面、深入的安全生产检查。
督查组在各地全面检查的基础上，将对重点地区、重点
领域、重点环节和重点企业进行督查。

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