淺述抽水蓄能電站土石方平衡設(shè)計及過程調(diào)配管理

溫家華，潘福營

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100161；2.國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100761）

0 引言

土石方平衡設(shè)計是水電工程施工組織設(shè)計中的一項工作，其主要目的是實現(xiàn)盡量利用開挖土石方，減少總挖填工程量，正確處理開挖、利用、暫時堆存、廢料處理之間的關(guān)系；按照環(huán)保要求，選擇堆料、棄料場地；合理調(diào)配，減少運輸工作量[1][2]。做好土石方平衡設(shè)計，對于減少工程量、降低工程投資意義重大。

抽水蓄能電站作為一種特殊的水電站，由于需設(shè)置兩個水庫、多采用地下廠房布置型式、壩型選擇多為當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚忍攸c，其土石方平衡設(shè)計相較于常規(guī)水電工程又有不同。

目前，在抽水蓄能電站建設(shè)過程中，建設(shè)各方對土石方平衡均較為重視。然而由于各種原因，在實際工程建設(shè)過程中，土石方平衡不合理或過程管理不到位而導(dǎo)致的料源不足、開挖料浪費、渣場二次搬遷等問題卻時有發(fā)生。

因此，本文擬從土石方平衡的設(shè)計、動態(tài)管理、各方職責(zé)等出發(fā)，對常見問題及可能存在的原因進(jìn)行分析，并提出解決措施和控制要點。

1 土石方平衡設(shè)計的一般思路

土石方平衡是一項綜合性設(shè)計，須由各專業(yè)密切配合和綜合比較才能選定最佳總平衡設(shè)計方案[1]。設(shè)計時應(yīng)貫徹“料盡其用、時間匹配、容量適度”的總體原則，一般按以下思路開展：

（1）初定設(shè)計方案及施工方案。

（2）梳理初選設(shè)計方案下土石方填筑工程量與混凝土骨料需求量，包括各種類別填筑料物的規(guī)格、品質(zhì)要求和需求量，混凝土工程量和各種規(guī)格混凝土骨料的需要量。

（3）梳理各建筑物分部位、分巖性的開挖工程量，結(jié)合各建筑物開挖部位的地質(zhì)條件、開挖方法和進(jìn)度安排，對各建筑物開挖料質(zhì)量及數(shù)量進(jìn)行可利用分析，提出各建筑物開挖料的可利用量。

（4）分析主要土石方填筑工程分區(qū)分高程料物品種、質(zhì)量、數(shù)量、施工時段和強度等，分析混凝土骨料品種、數(shù)量、混凝土施工時段及強度。

（5）進(jìn)行土石方平衡規(guī)劃（開挖料利用方案，開挖量、流向、利用量、棄用量、中轉(zhuǎn)安排，料場、存渣場、棄渣場布置）等。

（6）根據(jù)土石方平衡結(jié)果對設(shè)計方案和施工方案進(jìn)行修正。

（7）提出各建筑物開挖料利用及土石方平衡匯總表。

2 土石方平衡計算常見問題及原因分析

2.1 土石方平衡設(shè)計出現(xiàn)的常見問題

（1）料源平衡時序沖突問題。如某抽水蓄能電站土石方平衡設(shè)計時，上水庫面板堆石壩填筑時間為2015年5月～2017年10月，其填筑料來源為上水庫進(jìn)出水口。而根據(jù)工程進(jìn)度安排，上水庫進(jìn)出水口開挖時段為2015年8月～2017年5月，即上水庫面板堆石壩填筑時所需填筑料還沒有開始開挖。

（2）開挖料利用系數(shù)取值問題。如某抽水蓄能電站招標(biāo)設(shè)計階段土石方平衡設(shè)計時，其上下庫連接道路石方開挖料利用系數(shù)選用0.8，引水上斜井石方洞挖利用系數(shù)選用0.96，下斜井石方洞挖料利用系數(shù)選用0.8，并據(jù)此計算開挖料中的可利用料量。根據(jù)設(shè)計人員反饋，該利用系數(shù)主要由地質(zhì)專業(yè)人員根據(jù)地勘資料得出。

然而在實際施工過程中，上下庫連接道路開挖由于地形陡峭、線性條帶狀施工場地等特點，開挖料難以有效收集；引水系統(tǒng)的上下斜井由于計劃采用反井鉆機開挖（施工組織設(shè)計主要施工方法中描述），反井鉆機反拉提升范圍內(nèi)（1.4～2m，該電站反井鉆實際反提孔徑2.4m）的圍巖不能得到利用，上述系數(shù)選用時僅考慮地質(zhì)因素未能考慮實際施工因素顯然存在問題。

（3）后期棄渣轉(zhuǎn)運問題。如某抽水蓄能電站土石方平衡設(shè)計時，擬在下水庫攔河壩壩后設(shè)置1號棄渣場，在下水庫庫尾、業(yè)主營地上游設(shè)置2號棄渣場，其中由于下水庫壩后1號棄渣場受大壩填筑進(jìn)度安排形成較晚，故通風(fēng)兼安全洞、進(jìn)廠交通洞、下水庫進(jìn)出水口、臨時營地場地平整等部位的棄渣部分（約50萬松方）先行堆存在2號棄渣場。

由于2號棄渣場位于業(yè)主營地上游，為避免生產(chǎn)運行期2號棄渣場對業(yè)主營地帶來不良影響，2號渣場棄渣施工后期全部倒運至附近渣場，其中35萬m3倒運至2km之外的1號渣場，116.22萬m3倒運至3km之外位于上下庫連接道路之間的3號渣場。

鑒于渣場二次倒運成本較高，且對于臨時渣場的環(huán)境破壞嚴(yán)重。后續(xù)經(jīng)各方研究，考慮到該電站現(xiàn)有交通條件較為便利，下水庫大壩具備在籌建期開工條件，即1號棄渣場具備提前啟用條件，因此最終取消了2號渣場，將工程早期棄渣堆存至1號渣場，后期直接堆存至3號渣場。

（4）料場的無用料、實際開挖料較原界定量超出過大。如某電站Ⅱ石料場設(shè)計開挖有用料利用總量為144.48萬m3，無用料總量為86.31萬m3，然而在實際開挖過程中，經(jīng)過參建各方成立的有用料現(xiàn)場鑒定小組核定，無用料實際開挖總量131萬m3，超出原界定量45.2萬m3，最終額外增加投資近1000萬元。

除此之外，如果招標(biāo)設(shè)計階段土石方平衡設(shè)計不合理，還將可能導(dǎo)致“在棄掉大量有用料的同時，另開辟料場或者從外部買料”“原界定可用料實際不可用，料源不足重新找料”等問題。

2.2 原因分析

導(dǎo)致上述各類問題出現(xiàn)的原因很多，常見的有：

（1）計算中的細(xì)節(jié)問題。如利用系數(shù)、換算系數(shù)取值的問題，挖填時段的沖突問題等。

（2）基礎(chǔ)資料的偏差問題。如陡峭地形條件下，利用較大比例尺的測繪圖進(jìn)行工程量計算，即便測繪比例尺在規(guī)范允許范圍內(nèi)仍有可能會面臨較大偏差。目前抽水蓄能電站主要采用水電工程的規(guī)程規(guī)范，如水庫岸坡詳勘可采用1∶5000～1∶1000的比例尺，其中1∶5000對于大中型常規(guī)水電而言還可以，但對于較小工程范圍的抽水蓄能電站而言則準(zhǔn)確度就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，地形越陡峭偏差可能越大。與此同時，地形越陡峭進(jìn)行高精度測繪的難度和代價也更大。另外，如對料場的地勘深度不足，也可能導(dǎo)致土石方平衡設(shè)計偏差。

（3）專業(yè)間的銜接問題。目前在各水電設(shè)計院，土石方平衡一般由施工專業(yè)設(shè)計人員負(fù)責(zé)，其他專業(yè)人員（地質(zhì)、水工）只負(fù)責(zé)提交相關(guān)專業(yè)資料，專業(yè)之間的銜接聯(lián)動雖然有，但對于需要各專業(yè)密切配合和綜合比較才能真正完成的土石方平衡計算而言仍有不足，有待進(jìn)一步加強。

（4）實際施工進(jìn)度與設(shè)計進(jìn)度不一致問題。實際施工過程中由于各種原因，實際的施工進(jìn)度與原設(shè)計的進(jìn)度可能不一致也是導(dǎo)致上述各項問題出現(xiàn)的一個原因。

3 土石方平衡調(diào)配的動態(tài)管理

作為基于某一具體的設(shè)計方案和進(jìn)度計劃安排進(jìn)行的設(shè)計，土石方平衡計算成果是一個時點的方案而不是一貫到底的方案。隨著工程建設(shè)的不斷進(jìn)行，開挖揭露的地質(zhì)情況、設(shè)計方案、實際進(jìn)度相較于初始方案往往會發(fā)生變化。這種情況下，盲目地按招標(biāo)設(shè)計階段土石方平衡計算成果進(jìn)行調(diào)配反而會給工程建設(shè)帶來很多問題。

目前，關(guān)于土石方平衡調(diào)配動態(tài)管理的常見問題主要有：

（1）缺少對土石方平衡落實情況的監(jiān)管。如施工方未執(zhí)行土石方平衡方案，將作為填筑料的開挖料選擇就近的棄渣場隨意堆存，未運至中轉(zhuǎn)料場進(jìn)行保護(hù)等，與此同時監(jiān)理方未能做好監(jiān)督管理。

（2）當(dāng)開挖揭露的地質(zhì)資料、施工進(jìn)度計劃等邊界條件變化后，未能及時地進(jìn)行土石方平衡復(fù)核。

上述問題究其本質(zhì)就在于對于土石方平衡調(diào)配管理認(rèn)知不夠，參建各方不能正確對待自身在調(diào)配管理中的職責(zé)。

一般而言，作為項目的投資方，建設(shè)單位往往對土石方平衡都較為關(guān)注，但由于涉及單位眾多，如果不能認(rèn)清參建各方職責(zé)，調(diào)動各方積極性則難以有所建樹。除建設(shè)單位外，抽水蓄能電站大多由設(shè)計單位、監(jiān)理單位和施工承包商共同建設(shè)，各個單位在土石方平衡過程管理環(huán)節(jié)中的職責(zé)各有不同。

設(shè)計單位作為土石方平衡方案的設(shè)計者，對于整個方案最為清晰，在過程管理中主要發(fā)揮的是督促和提醒作用，需要對過程中的變化做出預(yù)警并及時進(jìn)行復(fù)核、提出應(yīng)對措施。

施工單位作為土石方平衡方案的執(zhí)行方，其主要職責(zé)是嚴(yán)格按照土石方平衡方案及監(jiān)理要求實施，對于實施過程中發(fā)生的變化，應(yīng)及時向監(jiān)理單位報告。

監(jiān)理單位作為工程現(xiàn)場的直接管理者，是整個土石方平衡方案實施情況的現(xiàn)場監(jiān)管者和變化發(fā)生后的協(xié)調(diào)中樞，擔(dān)負(fù)著對施工單位具體執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)督管理，以及對過程中的變化及時協(xié)調(diào)處理的職責(zé)。

在實際工程中，只有各參建單位各盡其責(zé)，才能有效避免上述土石方平衡過程管各項問題的發(fā)生。

4 土石方平衡調(diào)配管理建議

作為施工組織設(shè)計中的一項重要工作，土石方平衡計算在抽水蓄能電站建設(shè)過程各設(shè)計階段均需開展，只是設(shè)計深度要求各有不同。招標(biāo)設(shè)計是施工招標(biāo)前的最后一個設(shè)計階段，其基本任務(wù)是為施工招標(biāo)文件的編制提供依據(jù)，滿足工程建設(shè)項目招標(biāo)采購和工程實施與管理的需要。在招標(biāo)設(shè)計階段對土石方平衡設(shè)計進(jìn)行強化審查，是一個較為理想的切入點。如國網(wǎng)新源公司要求各個新建項目的設(shè)計單位在招標(biāo)設(shè)計就土石方平衡計算編制專題報告，并組織專家審查會進(jìn)行審查把關(guān)，將各項可能存在的問題消除在招標(biāo)之前，從而減少建設(shè)過程中的索賠等風(fēng)險。

在動態(tài)管理上，近年來的部分抽水蓄能項目大多采用以下方式：

（1）成立由監(jiān)理牽頭，業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計、施工單位技術(shù)人員和地質(zhì)人員工程參加的料源管理小組，負(fù)責(zé)對開挖料進(jìn)行鑒別、對有用料的運輸保存等進(jìn)行檢查等。

（2）定期由監(jiān)理組織各施工承包商進(jìn)行實際開挖量、填筑量統(tǒng)計，并依據(jù)實施進(jìn)展開展土石方平衡復(fù)核。如江蘇溧陽抽水蓄能電站每月要求參建各方報送已開挖量、已填筑量、剩余開挖量、剩余填筑量和其他部位需要量，每季度組織土石方平衡分析。

（3）利用數(shù)字化系統(tǒng)將每輛運料車裝上GPS定位，確保將全部開挖料運到指定的部位[3]。

目前，已有科研院所正在研究進(jìn)行利用計算機技術(shù)建立數(shù)學(xué)模型，擬將土石方平衡調(diào)配成果以三維動畫形式進(jìn)行展示，從而達(dá)到形象生動的指導(dǎo)施工的目的[4][5]。這為未來抽水蓄能電站土石方平衡調(diào)配動態(tài)管理提供了新的工具和方法。

5 結(jié)束語

抽水蓄能電站土石方平衡調(diào)配實施的優(yōu)劣，對于減少工程量、降低工程投資意義重大。對于土石方平衡調(diào)配工作，土石方平衡計算與工程建設(shè)過程中的動態(tài)管理同樣重要。

在招標(biāo)設(shè)計階段加強土石方平衡設(shè)計成果管理，可以將各項可能存在的問題消除在招標(biāo)之前，從而減少建設(shè)過程中的索賠等風(fēng)險。

參建各方在土石方平衡過程管理環(huán)節(jié)中的職責(zé)各有不同，只有各方各盡其責(zé)，才能有效避免土石方平衡調(diào)配過程中各項問題的發(fā)生。

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