中国水利水电第九工程局有限公司 贵州 550081
摘要：在城市市政工程建设施工中，由于受周边各种建筑物、地下管线、人群活动等的边界条件限制，常规的爆破开挖作业由于不可避免的震动、飞石、噪声等无法作业，如采用控制爆破而成本过高且进度较慢。施工建设中要求施工进度、安全环保、社会影响、经营效益都需满足，这就给施工带来了新的课题，本文分别采用鹰嘴钩机开挖、破碎头破碎开挖、膨胀炸药开挖从施工技术、安全环保、经营管理全方面分析，为以后类似工程提供相应经验。
关键词：市政道路工程、施工技术、经营分析、非爆破开挖
一、前言
在城市市政工程建设施工中，由于受周边各种建筑物、地下管线、人群活动等的边界条件限制，常规的爆破开挖作业由于不可避免的震动、飞石、噪声等无法作业，如采用控制爆破而成本过高且进度较慢。施工建设中要求施工进度、安全环保、社会影响、经营效益都需满足，这就给施工带来了新的课题，本文分别采用鹰嘴钩机开挖、破碎头破碎、膨胀炸药开挖从施工技术、安全环保、经营管理全方面分析，为以后类似工程提供相应经验。
二、工程简介
清杨路北起于清杨路-贵红路交叉口，向南分别与天河潭路、中心大道、沪昆高铁、贵安路、贵昆铁路、磊马路、黔中路相交，止于杨柳哨附近。非爆破作业开挖方量约14万m3。
非爆破作业区集中于在清杨路K7+000~K7+720段为贵安新区湖潮乡芦猫塘村，该村村民多为东风水电站搬迁移民，村民住房及厂房密集，清杨路需横穿村庄，征地红线外有大量村民房屋及厂房，部分村民房屋及厂房距开挖线仅几米。由于需征拆的住房及厂房较多，造成此段征拆迟迟不能交地，在2014年5月30日才基本拆完，而距离业主方规定的交路基时间仅一个月。施工强度大、任务紧、难度大的情况下，项目部在无法进行爆破作业的情况下，为尽快完成施工任务，分别采用鹰嘴钩机开挖、破碎头破碎、膨胀炸药开挖，最终按时完成施工任务。
三、施工技术
1、工作原理
破碎挖掘机工作原理：利用破碎头压力结合震动方式将岩石破坏分解为较小块径。是利用高频率的冲击破碎硬的脆性物体。
鹰嘴钩机工作原理：利用鹰嘴钩将岩体钩、拉、扯破坏成小块径。
膨胀炸药工作原理：膨胀炸药本身就是膨胀剂，打孔后利用膨胀作用将岩石破碎分解。
2、适用性：
爆破开挖的适用性：适用于岩体较完整的弱风化岩层，岩层厚度较大，强度较高，节理裂隙发育较少的岩层，如灰岩、白云质灰岩、石灰岩、花岗岩、玄武岩等。
破碎挖掘机及鹰嘴钩机适用性：两种设备工作性质及工作点较为相似（都是通过外力作用破坏分解岩石成小块径，再挖装运输），主要适用于浅层开挖，破碎挖掘机利用破碎头压力结合震动方式将岩石破坏分解为较小块径，主要适用于层厚较薄，节理裂隙发育的岩层或较薄泥夹石层，对岩体的硬度适应性强，在破碎分解石块方面优于鹰嘴钩机；而鹰嘴钩机原理为利用鹰嘴将岩体钩、拉、扯破坏成小块径，主要适用于风化较严重或节理裂隙较发育的薄层岩体，或砂砾石等强度较低的沉积岩，在大面积开挖及边坡开挖修整方面优于破碎挖掘机。
3、优劣点：
开挖爆破：（1）优点：适用范围广，一次开挖深度大，工程量大，效率高，特别适用于深厚层、岩体较完整、厚度较大的硬质岩层；（2）缺点：爆破控制要求高，对爆破人员有特殊要求，安全危险大，对周边环境干扰大，不适用于人口密集、重要建筑区域。
破碎挖掘机开挖：（1）优点：适用于较硬的薄层岩体，特别是对孤石、较大块径的泥夹石等零星开挖效益较高，采用熟练的操作人员即可完成，适用于人口密集、重要建筑等干扰较大区域。（2）缺点：针对开挖，采用破碎挖掘机开挖效率较低，适用范围小。
鹰嘴钩机开挖：（1）优点：适用于风化较严重、节理裂隙较发育的薄层岩体，特别是大面积、由整形要求的边坡等开挖效益较高，采用熟练的操作人员即可完成，特别适用于人口密集、重要建筑等干扰较大区域及噪声控制要求严格区域。（2）缺点：针对开挖，采用破碎挖掘机开挖效率较低，适用范围小。
4、台班工程量：
破碎挖掘机开挖：一台履带式液压岩石破碎机HB40G，配合一台1m3履带式单斗液压挖掘机及一台15t自卸汽车，操作人员需熟练掌握破碎机操作规范。
鹰嘴钩机开挖：一台鹰嘴钩机岳山500，配合一台1m3履带式单斗液压挖掘机及两台15t自卸汽车，操作人员需熟练掌握鹰嘴钩机操作规范。
5、噪声测定：
爆破开挖噪声较大，伴随着爆破震动，传播距离远，安全危险大；破碎挖掘机噪声较小，主要噪声为破碎头与岩石振动碰撞发声密集，加上机械运转声音；鹰嘴钩机噪声最小，主要为机械运转声音。
6、社会资源（目前适用情况）：
目前，开挖施工主要采用开挖爆破为主，较小范围类采用破碎挖掘机（主要利用在料场及其他浅层泥夹石部位），采用鹰嘴钩机在常见的开挖施工中较为少见，可在其适用范围内进行推广。
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工程量极小的情况下采用膨胀炸药作业，有利于施工成本的节约。避免大设备等的进场费用。
四、经济效益比较
现行贵州省2004版市政定额中，城镇控制爆破开挖的定额单价约为：46元/m3，现场的实际产生的成本：人工费9.1元、材料费9元、机械使用费3.14元，措施费2元，合计约为23.24元/m3；
液压破碎机破碎的定额单价约为：6元/m3，而现场实际产生的成本：人工费0.46元、材料费0.83元、机械使用费16.88元，措施费3.94元，约为22.11元/m3，实际的直接成本就已经远远大于定额的单价，定额与现场实际施工不符；
现行贵州省2004版市政定额中没有鹰嘴钩机开挖的相关子目，参照建筑定额补充定额里机械破碎岩石开挖的定额单价约为53元/m3，现场的实际成本：人工费0.33元、材料费1.56元、机械使用费14.8元，措施费3.05元，合计约为19.75元/m3；
根据以上的数据显示得，实际成本：城镇控制爆破＞液压破碎机破碎＞鹰嘴钩机开挖，而定额单价：鹰嘴钩机开挖＞城镇控制爆破＞液压破碎机破碎，对于施工单位而言，应选用实际成本底，定额报价高的方案，才能产生最大的利益。而针对液压破碎机破碎的定额子目来讲，由于定额的局限性，实际成本已经远超定额子目单价，容易造成施工单位亏损现象。城镇控制爆破实际成本最高，定额单价较高，施工单位在工期要求紧迫，环境允许的情况下可选用此方案，鹰嘴钩机开挖实际成本较低，定额单价高，施工单位盈利空间大。建议工程投标时如遇爆破施工受限制时，不选用液压破碎机破碎的技术方案，选用鹰嘴钩机施工技术方案，既能避免投标单价过低，又能提高施工单位盈利。
根据前面的技术比较，在清杨路K7+000～K7+720段路基建设中，对于岩层和V级以上硬质土壤的开挖方案拟选三个方案，现将技术方案的经济指标做以下评价
1.定性评价
方案A1：鹰嘴钩机开挖，施工效率较高，能够满足施工工期安排，施工难度系数不大，雨季施工难度不大，且对周围环境产生的噪音及环境影响偏小，安全系数较高。
方案A2：液压岩石破碎机破碎开挖，施工效率偏低，需安排较多的施工机械才能满足施工工期安排，但施工难度系数较小，雨季施工难度不大，且对周围环境产生的噪音及环境影响较小，安全系数较高。
方案A3：城镇控制爆破开挖，施工效率高，能够较好满足施工工期安排，但施工难度系数较大，雨季施工难度大，且不可避免地会产生强烈振动、较大噪音和碎石、尘土飞扬等现象,对施工场地周围环境造成不利影响,而且也不安全。
2.定量评价 。
贵安新区清杨路K7+000～K7+720段中12万m3次坚石石方开挖，利用功效系数法进行对比择优。
第一评价指标：R1-施工成本；估计完成该该工程施工成本最低成本不低于200万元，最高成本不超过300万元。设在200～300万元之间成本的功效系数成直线变化，当成本为200万元时，功效系数为1；成本为300万时，功效系数为0.3；超过300万元，为不可行方案。
三种方案成本对比表
（表：100m3次坚石为例） 单位:元
第二评价指标：R2-施工期；估计工期至少为3周，最长为12周，超过12周的方案不可行。工期为3周和12周时，功效系数分别取1和0.3，中间为直线变化。
第三评价指标：R3-达到设计标准的程度，用百分比表示，当达标程度为70%和100%时，功效系数分别为0.3和1，中间成直线变化，70%以下不接受。
第四评价指标：R4-施工机械的利用率。用百分比表示，利用率为50%和100%时功效系数为0.3和1，中间成直线变化，50%以下不可行。
三个方案的评价指标经分析计算后列于下表
绘制出以评价指标为横坐标，以功率系数为纵坐标的关系曲线图（见图1）
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利用图1，计算各方案对应的功效系数值及总功效值，进行方案比较。
其中D3＞D1＞D2，方案A1的总功效数值最大，所以方案一为最佳方案。三个方案的经济效益优劣顺序依次为，城镇控制爆破开挖－鹰嘴钩机－破碎挖掘机（A3----A1-----A2）。
五、安全环保比较
在进行爆破开挖时，必须安排专职安全员对施工现场进行安全监督，施工人员撤离现场安全距离后，鸣哨，才允许实施爆破。开挖爆破对岩石瞬间破碎，飞石可以飞离几百米以上，甚至对居民房屋造成不同程度上的破坏，对周围环境及人员的影响很大。在液压钻钻孔时扬尘很大，对施工人员及附近村民造成不同程度的伤害。爆破开挖一般在规定时间段实施爆破，爆破噪声为瞬间影响。鹰嘴挖机和破碎挖掘机对周围环境与人员的伤害小，扬尘小，噪声影响较大。
三种方案综合比较表
结论：考虑安全环保因素，当施工环境允许的情况下，应选用城镇爆破开挖施工，当遇爆破施工受限制时，应选用鹰嘴钩机施工。
六、结语
通过对以上几个方面的比较，在城市市政道路路基建设中，遇到房屋集中区和重点保护构筑物的区域，实施石方开挖，鹰嘴挖机更加适合使用，值得在类似特殊环境中推广应用。
参考文献：
[1] 2004版贵州省市政工程计价定额；
[2]建标[2013]44号《建筑安装工程费用项目组成》；
作者简介
王甘伟：1963年9月生，四川人，从事水利水电、市政工程施工技术和管理工作已年37以上,高级工程师。