河北华北石油工程建设有限公司 河北任丘 062552
摘要：在长输管道施工过程中，河流大开挖穿越是经常遇到的一种穿越方法，而其中的土方挖填是十分重要的工作，涉及土方量少则几万方、多则几十万方、甚至上百万方。设计图纸给的土方量是否合理、施工中选择什么样的施工方法、如何获取最大利润，这些便是本文阐述的重点，本文从技术角度出发，对土方量计算、施工方法和经济性等方面进行分析研究。
关键词：坡比；开挖断面；运距
前言
本文阐述的重点是设计图纸给予的土方量是否合理，该如何确定；施工中选择什么样的施工方法，那种方法最为合理、经济；如何获取最大利润。
1影响土方开挖工程量的主要因素
影响河流大开挖单位土方量的因素有很多方面，主要有以下几个方面：地质条件、边坡比、开挖深度、台阶数量、开口宽度。
1.1地质条件
获取地质条件信息的重要渠道是地勘报告，地勘报告是设计文件的组成部分，需要重点研究。1）土壤类型和厚度。河流土壤类别一般包括砂土、中粗砂和卵砾石。不同的土壤类别，开挖难度和工程造价是不相同的，合情合理的调整石方比例是获利的一个重要方面。2）水位线。水位线的高低不但影响施工难度还对边坡比有重要影响，要给予重点关注。同时水位线是随季节进行变化的，要结合现场进行实地开挖测量，做好相关记录，及时向设计反馈。
1.2边坡比
设计图纸给定的边坡比是研究的重点。辨别边坡比是否合理的重要依据就是规范，主要参考《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2015和《输油管道工程设计规范》GB50253-2014。河道土方绝大部分土壤类别为砂土、中粗砂和卵砾，规范显示边坡比为1：4-1：6，而设计图纸往往为1：1-1：3之间，两者区别巨大。
1.3开挖深度
开挖深度是设计给定的，一般无法更改。但开挖深度是决定土方量的重要因素，同时也影响到台阶数量。深度越深，台阶数量就越多，施工难度越大，土方量就越大。
1.4台阶数量
台阶数量不但与开挖深度有关，同时与边坡比也有很大关系。无论怎样，最终的目的是用挖掘机把土从下层台阶倒运到上层台阶，其中挖掘机的参数必须考虑，而两者之间也存在必然联系。
1.5开口宽度
地质条件、边坡比、开挖深度、台阶数量是影响开口宽度最主要的几个因素，同时台阶宽度和管沟开挖宽度也是影响开口宽度的两个方面。开口宽度确定后开挖断面就确定下来，与此同时开挖的土方量就得以计算。
1.6其它方面延伸
其它方面的延伸主要包括堆土宽度、截水坝的距离、导流渠的长度和征地宽度等。开挖土方量计算出后就可以确定两侧堆土宽度，随之就可以确定截水坝之间的距离，截水坝之间的距离≥堆土宽度+上口宽度。导流渠起点和终点位于两侧截水坝的外侧，也可依据计算，当然导流渠还受到现场地理条件影响，在这里就不再叙述。同时征地宽度也随之得出，临时征地宽度≥堆土宽度+上口宽度+截水坝宽度。
2土方开挖量深入研究过程
本文以某河流大开挖穿越为例介绍土方开挖量深入研究过程。
2.1工程简介
河流穿越全长2743m，设计压力8.0Mpa，管径D508mm，属河流大型穿越工程，按百年一遇洪水设计。穿越处主河道内水深1.0m-1.3m，宽82米，断面呈宽槽形。两侧漫滩地形平坦，左岸略高，右岸略低。穿越断面地层岩性上部主要以耕土、粉砂为主，下部分布有较厚的圆砾层，主河槽设计挖深不小于8m，主要在圆砾层中通过。穿越段地形水松散岩类孔隙潜水，主要赋存于砂层中，勘察期间稳定地下水埋深为自然地面下1.8m-4.9m，地下水季节变幅可达2.0m左右。
2.2研究图纸
通过研究图纸，基本参数如下：主河槽开挖深度12米，长度440米；主河槽地层以砂砾、圆砾石为主；地表水及地下水均高于管沟挖深；细砂边坡取1：1圆砾管沟边坡取1：2.5
2.3分析设计存在的主要问题
主河槽地层以砂砾、圆砾石为主，同时施工中基本都是带水作业，根据《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2015和《输油管道工程设计规范》GB50253-2014中要求，中粗砂、圆砾石的边坡为1：4（不带水开挖）和1：5（带水开挖）。很显然设计给出的边坡比是违背施工和设计规范的，是不合理的，需要与设计和业主进行沟通，变更边坡比。
2.4开挖断面确定
2.4.1边坡确定
根据规范并结合现场实际，主河槽管沟开挖边坡统一取1：4，斜坡角度约为14°。
2.4.2土方倒运
如何把12米深的开挖的土方倒运到管沟上方是施工的重点，一般有两种方法：1）先用挖掘机开挖土方，然后用挖掘机直接倒运，这种方法需要设置台阶。2）先用挖掘机开挖土方，然后用推土机进行土方倒运，这种方法基本不用设置台阶。
2.4.3开挖断面
河流大开挖主要依靠大型机械操作完成，因此合理的施工机械及机械的功效就显的至关重要。在确定开挖断面之前，先要确定施工机械，施工机械选择主要考虑以下几个方面
（1）挖掘机。由于土方量大，尽量选择大、中型挖掘机；虽然长臂挖掘机臂长较长（比如PC300LC-7臂总长可达18米），但斗容量较少（0.5m³），功效低，且施工中需挖掘机数量较多，市场不易租赁。综合考虑挖掘机选择PC300-7挖掘机。2）推土机。推土机具有操作灵活、转动方便、所需工作面小和移动方便等特点，同时在平面和一定坡度上（30°以内）运土功效高，是较长距离土方倒运的较好设备，TY220是常用的推土机型号。
挖掘机土方倒运与坡度的关系：
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主河槽开挖坡度为1：4（约14°），从上图可以看出用挖掘机把开挖的土方从台1倒运到台2不但与坡度有很大关系，同时也与挖机机的参数有关。当每层开挖深度为2.5米时，AB斜边长为10300mm。当挖掘机在站立不动的情况下要想把土方从台1倒运到台2，7110mm≤AB的长度≤10920mm，因此每层开挖深度就不能大于2.5m。
方案一：开挖深度为12米，若用挖掘机进行土方倒运，就需设置4步台阶，开挖断面如下：
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上图中：沟底宽度3.5米，台1宽度6米（沟上焊接），台2宽度4米（挖掘机工作台面），上口开挖宽度达到133.5米，截面积838㎡，土方量368720m³。
通过分析，单独使用挖掘机进行土方开挖和倒运存在的弊端：1）挖掘机开挖土方功效高，但受制于臂长限制，需设置多部台阶，导致上口宽度较宽，土方大大增加。2）单一采用挖掘倒运土方功效低，需要多台挖掘机协同作业，增加施工成本。
方案二：由于坡度为1：4，使用挖掘机进行土方开挖，同时使用推土机进行土方倒运是合理的施工方法，开挖断面如下：
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上图中：沟底宽度3.5米，台1宽度6米（沟上焊接），台2宽度4米（机械工作台面），上口开挖宽度109.5米，截面积718㎡，土方量315920m³。
与图2相比，上口开挖宽度和土方量都有所减少，同时采用推土机进行土方倒运功效高，是相对合理的施工方法。
2.5土方倒运
土方倒运是施工难点，同时此过程会产生大量的费用，以下是通过计算得出的土方倒运图。
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2.6上下游围堰距离
根据以上可判断，上下游围堰的净间距≥（148.8+5）×2+109.5=416.5m。
2.7主河槽征地面积
根据3.7条可得出，主河槽征地面积为440（长）×450（宽）=198000m²。
2.8变更设计
施工方案确定后要及时向设计和业主提出，促使进行设计变更或升版图纸。变更内容主要包括以下几个方面：边坡坡度、开挖断面、土石方量、征地面积等。
结束语
在长输管道施工过程中，河流大开挖穿越是施工的难点和重点，也是经济效益的关键，需要引起足够的重视。需要从技术角度出发仔细研究图纸、制定合理的施工方案，掌握充分的理论依据与业主和设计交涉进行图纸变更，为后期施工和结算创造有利条件，为项目争取合理利润。
参考文献：
[1]《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2015
[2]《输油管道工程设计规范》GB50253-2014