陈 翔

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

高边坡主要是指高度超过20 m 的土质边坡，或高度超过30 m 的岩石边坡，导致其变形、坍塌的因素较多，具体包括地质变化、岩层构造运动、雨水侵蚀、河流冲刷、自然灾害等[1]。此外，施工时技术应用不当、质量把控不严等人为因素也在一定程度上加剧了变形的产生。一旦出现变形、坍塌等质量病害，势必会造成不可估量的经济损失[2]。因此，高边坡施工时，应全面结合现场地质、水文等自然条件，采取切实可行的施工技术。鉴于此，该文结合实际工程案例，针对高边坡开挖机械自动化技术展开综合分析，详细论述了GPS 技术、三维激光扫描技术、大型钻机等所具有的优势，总结了机械自动化高边坡开挖支护优化措施。

1 工程概况

某公路工程项目总里程18.612 km，全线挖方路基共计28 处，最大坡高112 m，挖方最深处达53.6 m。该公路具有边坡高、地质复杂等特点。土层分布简单，上部为黄土，稳定性较差，极易产生变形、滑移现象；下部主要为白垩系砂岩，质地密实、坚硬，施工中需采取爆破处理；施工区域内山势险峻、工作面狭小，路基挖方较大，土方外运困难；部分高边坡施工路段存在现役公路运营，需进行交通管制；现场施工管理难度较大，机械设备使用效率低，存在诸多不可控风险。同时，边坡高度最大处，施工困难、危险性大、技术要求高，加之部分区域需采取爆破作业，安全风险较高，雨季施工易产生山体滑坡等自然灾害。

2 高边坡开挖支护施工

2.1 高边坡开挖支护施工特点

（1）具有临时性。高边坡开挖支护工程是在临时施工环境中完成支护施工，稳定性较差，存在较大安全风险。因此，支护工程施工时，应综合现场实际情况，建立科学有效的全过程管控体系，提高边坡支护质量，降低安全风险，最大限度确保施工安全。

（2）具有不稳定性。高边坡因高度大、施工环境复杂，开挖施工中极易产生边坡失稳和变形，严重威胁施工安全。边坡支护则是通过人工干预的方式将地质体转变为人工工程设施，因此，支护结构稳定性是由支护区域内天然山体结构状态、地质状况以及支护形式决定的。天然坡体由于自身结构形式不同，其应力调整速率也存在显著差异。通常状况下，强度较低的岩层其应力发展较快，施工时便产生了结构变形，而对于强度高、质地坚硬的岩层，其应力消减相对缓慢，一般需持续1～3年时间坡体结构才会产生变形。高边坡开挖支护对技术要求较高，实际使用时，施工方应制定切实可行的施工技术方案及现场管控体系，但由于现场施工条件复杂，管理难度大，造成施工效率低下、工程机械利用率低等问题，严重影响施工进度，对施工造成较大安全风险[3]。

（3）具有制约性。高边坡开挖支护过程中，周边基础设施、地质环境、施工作业条件等均会对施工技术造成一定影响。因此，实际施工前，施工方应对现场地质、水文等环境条件实施综合勘察，并根据勘察结果确定科学有效的施工方案。如兰州盐什公路高边坡开挖支护工程，实际施工时，施工方不仅应全面考虑施工区域内的地质、水文、气候及自然环境等因素，还应兼顾边坡高度条件，采取科学有效的安全防护措施，防止发生高处坠落事故；此外，由于施工中涉及爆破作业，安全风险较高，还需编制相应的专项施工方案，并组织专家对方案进行论证。

2.2 高边坡开挖支护施工参数优化

2.2.1 爆破参数优化

高边坡开挖施工中，爆破作业是最重要的施工环节，可有效降低施工难度，解决人工、机械开挖效率低、难度大等问题。该高边坡爆破采用梯段爆破形式，根据各阶段爆破情况合理确定爆破参数，并结合现场实际情况实施调整和优化，在确保满足施工需求的前提下，最大限度减少炸药使用量，降低爆破对高边坡造成的危害[4]。

在对该公路项目高边坡开挖支护时，应根据高边坡相关指标参数，采取露天潜孔爆破方式进行爆破作业，对边坡进行阶梯划分，严格控制阶高，以4 m 高度为宜。为有效确保爆破作业效率，应根据该项目实际振动速率，对每一阶段振动速率实施详细计算，从而确定最佳振动参数，提高爆破效果，实现预期目标。

2.2.2 施工工艺优化

公路工程高边坡开挖支护的关键在于施工工艺的选择，它是决定项目能否顺利实施的重要环节。实际施工时应结合工程施工环境及技术条件，选择科学有效的施工工艺，并根据施工进展情况对工艺进行合理优化和调整，从根本上保证工程施工质量和效率[5]。

该公路工程高边坡开挖支护施工工艺流程如图1 所示。实际开挖支护过程中，应根据现场具体情况对该工艺实施优化和完善，并通过机械自动化技术提高施工质量和效率。

图1 施工工艺具体流程

3 高边坡开挖支护施工中机械自动化的应用

3.1 GPS 技术应用

GPS 技术是通过全球定位系统输出大量的无线电信号，然后利用智能化数据处理系统对方程进行求解，从而确定数据接收系统所处位置及相应的时间偏差。该技术具有操作灵活方便、定位精准、测量速度快、施工效率高、续航时间长、适用性强等特点，被广泛应用于工程测量中，不仅能有效降低人工测量存在的误差，且能实现各种环境的测量应用，效果显著。

针对不同环境、不同形式的地上、地下地质构造及矿产资源，如河流、湖泊、高山、峡谷、道路、建筑物等均可测量，且精度较高，有效保证了复杂地形、恶劣环境下测量工作的顺利开展，极大地保证了测量精度及效率。公路工程高边坡开挖支护施工中采用GPS 技术，可有效避免传统人工测量造成的偏差过大、效率低下问题，且能有效降低测量人员投入，减少工作量，降低测量成本，保证施工安全[6]。同时，利用智能化信息处理系统对测得的数据信息实施综合处理，最终得出需要的测量数据，并据此完成方案布置。因此，在实际应用中，应根据工程概况及现场实际情况采取合适的测量方案[7]。

3.2 三维激光扫描技术应用

三维激光扫描技术又叫实景复制技术，是在GPS 技术兴起后的又一次技术性突破。其主要工作原理为通过激光测距技术及高清监控系统，对测量对象实施测量和记录，利用测量点位坐标、反射效果、色素及纹理状况等相关信息构建三维点云（相同三维空间内描述对象存在形态及具体特征的所有点的集合）信息系统，可穿透物体遮挡，实现远程动态化测量，具有精度高、智能化、信息化、高效化等优势，能有效解决传统测量施工中存在的技术问题，实现三维立体测量。

公路工程高边坡开挖支护施工中采用三维激光扫描技术，可快速有效地将测得的点云信息转换成直观的三维立体模型，通过数据传感系统完成物联网的科学运用，并通过CAD 绘图功能反向绘制建筑结构平、立、剖三种结构图，以此完成设计优化。

3.3 大型钻机

钻机是公路工程高边坡施工中不可或缺的重要工程机械。目前较为常用的大型钻机主要有护坡锚固钻机、高边坡支护钻机、基坑支护钻机三种形式。其中护坡锚固钻机构造简单、功能多样、完全可靠，应用最为广泛。其具有操作简便、耗能少、效率高、造价低、效果好等优点。采用该钻机进行护坡施工，可达到预期支护目标，减少后续工程维护，显著增强边坡承载性能，防止产生坍塌、变形，确保施工安全[8]。

此外，高边坡支护钻机、基坑支护钻机也凭借各自独特的优势，在各工程领域得到了应用。其中高边坡钻机具有速度快、效率高、钻臂长、成本低、安全性高等优点，钻臂长度可达20 m，单机单日工作量达400～600 m，可降低施工成本。该项目高边坡开挖支护主要采用爆破作业，其中桩位置开挖深度达53.6 m，边坡最高处达112 m，该公路高边坡开挖支护施工中合理配置大型钻机资源，可显著提升施工效率，保证施工质量。

3.4 机械自动化高边坡开挖支护优化策略

机械自动化技术在公路工程高边坡开挖支护施工中可有效弥补传统人工作业存在的不足，确保施工质量、安全和进度。实际施工时，施工方应结合现场具体条件对施工方案进行优化和调整，确保施工高效性、安全性、合理性，从而获得良好的经济效益[9]。

（1）高边坡开挖支护施工中，应结合工程项目自身特点及种类确定合适的施工方式，以有效提高施工质量和效率，保证施工安全。

（2）施工方应加强日常管控，建立科学有效的质量管控体系及安全防控措施，以有效确保开挖支护工程的顺利实施。实际施工中严格按照审核通过的施工方案进行施工，确保每一工序均符合相关技术标准要求，防止盲目施工造成安全隐患，降低后续维护成本。此外，在施工过程中逐步优化和完善施工方案，确保其科学性、高效性，提升施工质量和效率。

（3）施工方应强化机械自动化技术的应用，实现高边坡开挖支护机械自动化。结合自动化信息采集系统测得的相关数据，确定最佳施工方案，并通过多种机械组合保证工程施工的高效性。

（4）采用自动化信息监控系统，实现对边坡开挖过程的动态监控，实时掌控边坡变形情况，以便及时采取防控措施。该系统运行的基本原理是在监测目标内部设置一定数量的传感器，对目标物理量变化情况进行测定，并通过现场信息采集系统对测得的物理量实施处理和整合，利用无线通信网络将处理好的相关信息传递至可视终端，最后由可视终端对信息实施审核和评估，依据评估结果进行预警。由于该系统较为复杂，影响其顺利实施的因素较多，其中最关键因素在于传感器等设施的抗干扰性能。现阶段市面上大部分硬件设施质量较差，难以满足实际工程需要，因此，必须进一步加强技术更新，全面提升硬件质量，以全面实现机械自动化。

通过上述措施，可显著降低公路工程高边坡开挖支护施工中安全风险，避免安全事故的发生，同时可有效确保施工质量，给企业带来良好的经济和社会效益[10]。

4 结论

综上所述，公路工程高边坡开挖支护施工中采用机械自动化施工技术可降低施工成本及施工安全风险。因此，施工时，结合现场实际情况，制定科学有效的施工方案，从而有效确保施工质量、安全和进度，减少后期维护费用。同时，严格按照边坡形式选择开挖支护技术，并进行逐步优化和完善，合理应用机械自动化技术，严格按照相关操作规程及质量控制标准组织施工，确保工程质量、进度、安全等各项指标达到预期要求，实现经济效益和社会效益的同步发展。