高海拔地區(qū)冬季邊坡開挖方法研討

姚 必 全， 劉 昕 鑫， 汪 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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高海拔地區(qū)冬季邊坡開挖方法研討

姚 必 全， 劉 昕 鑫， 汪 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

高海拔地區(qū)受氣候凍融影響，邊坡開挖通常存在風(fēng)險大、功效低、易塌方等施工難點。通過對果多水電站右岸邊坡開挖施工方法進(jìn)行研究，采取了多種科學(xué)、有效的防范措施，解決了高海拔復(fù)雜地質(zhì)條件下冬季邊坡開挖的施工難題，可為其他類似工程提供借鑒。

冬季；高海拔地區(qū)；邊坡開挖；研討；果多水電站

1 工程概述

果多水電站工程位于西藏自治區(qū)昌都縣境內(nèi)，為扎曲水電規(guī)劃“兩庫五級”中第二個梯級電站，總裝機(jī)容量為160 MW(4×40 MW)，工程等別為三等，工程規(guī)模為中型。電站開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主。筆者結(jié)合該電站右岸壩肩邊坡開挖的實際情況，對高原環(huán)境下冬季開挖施工特點進(jìn)行了分析并提出了冬季施工方案，可為西藏地區(qū)其他類似工程提供借鑒。

2 水文地質(zhì)情況及冬季施工特點

2.1 水文地質(zhì)情況

果多水電站施工區(qū)氣候條件極其惡劣，具有氣候多變、高寒缺氧、紫外線輻射強(qiáng)、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點。該地區(qū)氣象統(tǒng)計資料顯示：極端最低氣溫為-20.7 ℃，多年平均氣溫為5.6 ℃；晝夜溫差較大，最大月平均溫差高達(dá)18.8 ℃，年平均溫差為16 ℃?？諝庀”?，氣壓低(不及海平面氣壓的一半)，水的沸點只有84 ℃～87 ℃；含氧量低，相當(dāng)于海平面的70%左右。

果多水電站右岸壩肩邊坡開挖范圍為高程3 524～3 338 m，垂直開挖高差為186 m。邊坡地質(zhì)條件極其復(fù)雜，巖石主要為砂巖和泥巖，產(chǎn)狀呈順河向條帶狀分布。兩岸坡基巖主要為三疊系上統(tǒng)奪蓋拉組(T3d)砂巖夾泥巖和侏羅系下統(tǒng)查郎嘎組(J1ch)砂巖、泥巖互層，加之工程區(qū)屬高寒地區(qū)，受地形地貌、地層巖性、氣候條件等影響，壩址區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為卸荷崩塌、風(fēng)化、泥石流和堆積體等形態(tài)。巖體卸荷主要表現(xiàn)在兩岸地表陡崖處，勘探資料顯示，左右岸卸荷帶水平深度為5～18 m，風(fēng)化形式主要為順裂隙形成的風(fēng)化深槽及泥化夾層，岸坡強(qiáng)風(fēng)化水平深度為3～10 m，弱風(fēng)化水平深度為30～45 m，微風(fēng)化水平深度為40～65 m；河床強(qiáng)風(fēng)化垂直深度為2～4 m，弱風(fēng)化垂直深度為15～20 m，微風(fēng)化垂直深度為30～35 m。

2.2 高海拔地區(qū)冬季開挖施工特點

(1) 凍土開挖，施工難度加大。

凍土是一種特殊的、低溫易變的自然體，具有凍脹和融沉等特性。據(jù)統(tǒng)計，該工程所在地冬季最冷時段為1月份，其凍土的平均深度為0.5 m，最大深度可達(dá)1.5 m，硬度基本與巖石相同，開挖只能通過大型挖掘機(jī)或采用爆破方式施工，進(jìn)度緩慢，難度明顯加大，成本顯著增加。

(2)人工、機(jī)械工效明顯降低。

在高海拔地區(qū)，受極端氣侯條件、施工人員和機(jī)械設(shè)備對高原地區(qū)不適應(yīng)性等因素影響，施工效率明顯降低。據(jù)統(tǒng)計，相比海拔1 000 m以下地區(qū)，高原地區(qū)非冬季人工平均降效34%左右，機(jī)械降效32%左右。降效主要體現(xiàn)在實際有效施工時間大幅縮短，施工效率明顯降低。

(3)晝夜溫差大，反復(fù)凍融破壞。

據(jù)統(tǒng)計，該工程在各個月份平均溫差和最大溫差整體均較為穩(wěn)定，各月日平均溫差為13.8 ℃，各月日最大溫差(單日晝夜最大溫差)平均為21.4 ℃，平均溫差和最大溫差最小的時段在8月份。冬季到來，夜間氣溫降至零度以下，由于巖層間隙水的存在，邊坡巖層會發(fā)生反復(fù)凍融破壞(圖1)。凍融破壞對邊坡穩(wěn)定影響很大，造成在開挖過程中時常發(fā)生塌方、滑坡現(xiàn)象，存在較大的安全風(fēng)險。

圖1 晝夜凍融破壞造成邊坡安全隱患過程示意圖

(4)強(qiáng)風(fēng)、暴雪等惡劣天氣影響。

工程所在地氣象多變，強(qiáng)風(fēng)最高風(fēng)速為15.1 m/s，強(qiáng)降雨最大月降雨量為214.4 mm，冰雹主要發(fā)生在3～10月，隨機(jī)性較強(qiáng)，降雪在12月～2月最為厲害，約為其他月份發(fā)生次數(shù)之和的2～3倍。惡劣天氣中特別是強(qiáng)降雨、降雪、冰雹對施工造成的影響最大。

(5) 含氧量降低，高原反應(yīng)加劇。

根據(jù)對現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)及結(jié)果進(jìn)行分析顯示，該地區(qū)氣壓平均為675 mbar，空氣密度平均為859.6 g/m3，含氧量平均為178.6 g/m3。施工所在地的氣壓、空氣密度、含氧量三者間存在較大聯(lián)系。在冬季，高原反應(yīng)程度尤為強(qiáng)烈。

高原反應(yīng)表現(xiàn)在對施工人員和施工機(jī)械兩個方面。一方面，高原反應(yīng)加劇了對施工人員的生命健康、工作積極性造成的影響；另一方面，高原反應(yīng)對機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響。由于含氧量降低、氣缸內(nèi)充氣量減少，可燃混合氣過濃，燃燒不充分，排氣煙度增大，機(jī)油粘度增大，導(dǎo)致啟動阻力增大，進(jìn)而造成發(fā)動機(jī)的功率下降，工程機(jī)械的可靠性、安全性及使用壽命等得不到保證，不僅降低了工程生產(chǎn)效率，而且增加了保養(yǎng)維護(hù)成本。

3 所采取的冬季開挖施工措施

3.1 提前儲備物資

施工所需的機(jī)械備品備件、常用的消耗、周轉(zhuǎn)性材料、冬季施工保溫材料、燃料等均需提前進(jìn)行組織。應(yīng)在冬季到來前2個月組織到位并做好各項冬季施工準(zhǔn)備。

3.2 加強(qiáng)氣象監(jiān)控和天氣預(yù)報

加強(qiáng)對現(xiàn)場氣象情況的監(jiān)控和天氣預(yù)報。如果出現(xiàn)暴雪、強(qiáng)風(fēng)、暴雨等惡劣天氣征兆時，應(yīng)提前做好相應(yīng)的防范準(zhǔn)備。必要時，可以對施工計劃適當(dāng)做出相應(yīng)調(diào)整，以保證開挖施工的安全。

3.3 做好保暖、保溫措施

冬季施工應(yīng)做好各項后勤保障服務(wù)，如對水管纏繞加熱帶，并在管壁外部包裹多層保溫材料；加強(qiáng)對供電線路的檢修和巡查力度；對施工機(jī)具的油箱及供油管路實施保溫，臨時使用時應(yīng)覆蓋保溫板或保溫被等；已開挖面在氣溫過低的情況下不宜進(jìn)行噴射混凝土施工；錨桿施工過程中需對攪拌用水進(jìn)行加熱，經(jīng)現(xiàn)場多次實驗得知，水溫應(yīng)不低于40℃，并盡量縮短注漿時間。

3.4 加強(qiáng)道路維護(hù)，做好除雪和防滑措施

及時清理路面積雪、積水，對路面結(jié)冰應(yīng)及時鑿除或撒鹽等。工程車輛在大雪天作業(yè)時，輪胎應(yīng)掛防滑鐵鏈。

3.5 合理安排施工時段

高原地區(qū)冬季施工效率低，機(jī)械容易出現(xiàn)故障，因此，其開挖施工應(yīng)盡量安排在稍暖和的時段進(jìn)行。施工前，應(yīng)做好邊坡安全隱患排查，發(fā)現(xiàn)問題及時組織人員排險，確保安全后再進(jìn)行其下部的開挖施工。如需夜間低溫時段施工，應(yīng)做好現(xiàn)場照明和安全警戒工作，設(shè)備不宜熄火，以免油箱或管路結(jié)冰發(fā)生機(jī)械故障。

3.6 合理選擇施工機(jī)械并加強(qiáng)保養(yǎng)維護(hù)

首先，施工前應(yīng)選用適應(yīng)高原環(huán)境的機(jī)械設(shè)備，通過減少供油系統(tǒng)油量、縮短供油提前角、調(diào)整發(fā)動機(jī)增壓、改用風(fēng)冷式中冷器、優(yōu)化設(shè)備的電路系統(tǒng)等，以提高設(shè)備機(jī)械對高原環(huán)境的適應(yīng)性；其次，要加強(qiáng)對機(jī)械操作人員的技能訓(xùn)練，建立專業(yè)維修隊伍，對機(jī)械進(jìn)行及時的維修；再次，采用-20#柴油，預(yù)防油料結(jié)冰并做好機(jī)械的防凍保暖工作。在施工間歇期，對發(fā)動機(jī)、散熱器、蓄電池及電子器件進(jìn)行包裹、覆蓋保溫；對停放較長時間的工程機(jī)械，每周不少于2次啟動，以消除凍結(jié)現(xiàn)象；在作業(yè)過程中短暫休息時，應(yīng)選擇向陽、避風(fēng)處停機(jī)。

4 結(jié) 語

在果多水電站壩肩開挖施工過程中，通過多種防寒抗凍施工方法的成功運(yùn)用，取得了良好的效果，實現(xiàn)了按期向混凝土施工轉(zhuǎn)序的進(jìn)度節(jié)點目標(biāo)。同時積累了在冬季高原高寒冷環(huán)境下如何提高人員和機(jī)械效率的寶貴經(jīng)驗，可為今后類似工程提供借鑒。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV52

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1001-2184(2016)06-0020-02

姚必全(1981-)，男，四川廣安人，果多項目部總質(zhì)檢師，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

劉昕鑫(1987-)，男，四川成都人，果多項目部工程技術(shù)部主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

汪 明(1986-)，男，重慶云陽人，果多項目部質(zhì)安部副主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與質(zhì)量安全管理工作.