高山窄谷拱壩拱肩槽挖技術(shù)

張喜武，金 輝，張 煜，張 威，張繼軍

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，吉林長春130021；2.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林長春130021）

1 高山窄谷拱壩開挖遇到的問題

高山窄谷拱壩岸坡一般陡峭，河谷呈窄V形，一般窄谷被沖蝕，窄谷岸坡常在70°～80°，甚至一定高度范圍內(nèi)呈倒坡。窄谷拱壩的谷底，有時(shí)因急劇沖蝕而形成深槽，這種深切峽谷往往容易形成順坡的卸荷松弛，較大的邊坡變形，甚至潛在崩塌和滑坡。這就要求對(duì)岸坡很陡的窄谷拱壩必須認(rèn)真對(duì)待兩岸邊坡地質(zhì)條件和兩岸高陡邊坡的處理。高山峽谷拱壩如采用常規(guī)大開挖方式，多存在高邊坡處理的問題，支護(hù)工程量巨大；施工條件差，施工風(fēng)險(xiǎn)高；大開挖工程量巨大，對(duì)原生態(tài)環(huán)境影響大；棄渣場(chǎng)規(guī)模龐大，占用土地資源，生態(tài)環(huán)境影響較大。

2 壩肩槽挖技術(shù)研發(fā)目的

為解決高山窄谷拱壩拱肩槽開挖及支護(hù)帶來的工程量暴增，施工難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高、破壞生態(tài)環(huán)境、浪費(fèi)土地資源等問題，通過高山窄谷拱壩拱肩槽掏槽開挖壩頂洞挖的方式大大的減少了開挖量、支護(hù)量、棄渣量：將對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響降到最低限度；最大程度上減少了棄渣場(chǎng)等土地資源的占用；降低了施工難度，增加了施工安全保障。

3 壩肩槽挖技術(shù)研發(fā)總體思路

在高山窄谷拱壩壩址處多懸崖峭壁，山高坡陡，人員物資運(yùn)輸困難，基本無交通條件，危險(xiǎn)性高，施工過程中通過交通洞到達(dá)壩頭，交通洞在壩頭是拱肩槽唯一的開挖作業(yè)面，交通洞口也是將來大壩的壩頭，對(duì)交通洞洞口進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)鎖口，保證施工期、運(yùn)行期交通洞口安全。自交通洞沿拱肩槽掏槽開挖，開挖一個(gè)梯段后馬上支護(hù)，防止上部掉塊，威脅下部開挖、除渣和支護(hù)的安全。拱肩槽開槽寬度盡量減少，拱肩槽開挖設(shè)計(jì)中改變常規(guī)拱壩拱肩槽大開挖方式，采用拱肩槽掏槽開挖，壩頂洞挖的型式。充分考慮到了工程實(shí)際地質(zhì)、地形情況，因地制宜，優(yōu)化拱壩體形，優(yōu)化開挖方式，最大可能的減少開挖量、避免高邊坡支護(hù)工程量，降低了施工期風(fēng)險(xiǎn)，減少了土地資源占用，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

4 壩肩槽挖技術(shù)方案

4.1 拱壩體形優(yōu)化

拱壩體形設(shè)計(jì)采用拱壩體形優(yōu)化程序優(yōu)化拱壩體形，并經(jīng)過壩肩抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算確定體形。優(yōu)化后體形在滿足建基條件前提下減少壩頭嵌入深度，降低對(duì)壩頭上部山體的擾動(dòng)；減小拱壩中心角，特別是頂拱中心角，盡最大可能實(shí)現(xiàn)拱壩的扁平化，減小拱端向下游側(cè)推力，使拱端推力合力方向盡可能推向兩岸山體，有利于壩肩穩(wěn)定，最大程度減小壩頂洞挖跨度，為壩肩槽挖成洞創(chuàng)造有利條件。

4.2 開挖爆破參數(shù)控制

壩址區(qū)呈狹窄的“V”型河谷，壩址兩岸地形高聳陡峻，基巖裸露，兩岸谷坡坡度約60°～90°，施工過程中通過交通洞到達(dá)壩頭位置。

開挖梯段在靠近壩頂洞挖部位梯段不大于5 m，兩個(gè)梯段后開挖梯段可增加至10 m。相鄰梯段開口線平行，保證鉆孔在同一平面內(nèi)。

5 m梯段，主爆孔采用中風(fēng)壓潛孔鉆鉆設(shè)，孔徑90 mm，主爆孔孔距2.5 m，排距2.0 m，孔深5.0 m，裝藥長度2.5 m，連續(xù)裝藥，主爆孔堵塞長度2.5 m，起爆網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆索加非電毫秒導(dǎo)爆雷管；緩沖孔采用手風(fēng)鉆鉆設(shè)，孔徑42 mm，孔距0.5～0.8 m，緩沖孔深5.0 m，裝藥段長度3.0 m，堵塞長度2.0 m，起爆網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆索加非電毫秒導(dǎo)爆雷管；光爆孔采用手風(fēng)鉆鉆設(shè)，孔徑42 mm，孔距0.5 m，不耦合系數(shù)1.3，光爆孔深5.0 m，裝藥長度4.2 m，間隔裝藥，堵塞長度0.8 m，光爆孔距離緩沖孔距離0.5 m，起爆網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆索加非電毫秒導(dǎo)爆雷管。

10 m梯段采用中風(fēng)壓潛孔鉆鉆設(shè)，孔徑90 mm，主爆孔孔距2 m，排距3.5 m，孔深10 m，裝藥長度7 m，連續(xù)裝藥，主爆孔堵塞長度3 m，起爆網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆索加非電毫秒導(dǎo)爆雷管；緩沖孔孔距2.5 m，緩沖孔裝藥量20 kg，緩沖孔深10 m，裝藥段長度4.6 m（間隔裝藥），堵塞長度2.5 m，起爆網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆索加非電毫秒導(dǎo)爆雷管；預(yù)裂孔孔距1 m，不耦合系數(shù)2.8，孔深10 m，裝藥長度9 m，間隔裝藥，堵塞長度1 m，預(yù)裂孔距離緩沖孔距離1.5 m，起爆網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆索加非電毫秒導(dǎo)爆雷管。

經(jīng)工程實(shí)踐，開挖梯段深度及單響藥量控制對(duì)爆破開挖效果影響明顯，在控制爆破的過程中必須引起足夠重視，具體參數(shù)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)后確定。

4.3 加強(qiáng)鎖口

拱肩槽采取全徑向槽挖，壩頂洞挖，由于拱肩槽巖體不同程度卸荷，且開挖邊坡較陡，上部開挖邊坡基本直立，甚至局部會(huì)出現(xiàn)倒坡，為了保證施工安全在壩頂洞挖后就進(jìn)行洞挖加強(qiáng)鎖口，采用錨筋束結(jié)合錨桿進(jìn)行洞壁及頂拱錨固，根據(jù)巖石情況及開挖跨度確定混凝土襯砌厚度及配筋，在鎖口段襯砌過程中，在襯砌頂拱預(yù)埋“葫蘆吊”固定埋件及電纜架，為以后的葫蘆吊安裝準(zhǔn)備條件。在進(jìn)行加強(qiáng)鎖口的同時(shí)對(duì)洞口周邊巖體進(jìn)行檢查，對(duì)松動(dòng)巖塊進(jìn)行清翹或掛網(wǎng)噴錨，保證洞口周圍巖石整體穩(wěn)定局部無掉塊的前提下繼續(xù)向下開挖。每次開挖后進(jìn)行上一梯段的支護(hù)工作，分段開挖，分段支護(hù)，避免了高邊坡支護(hù)，降低了施工期安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 垂直升降設(shè)備除渣

由于高山峽谷中的地形陡峭，很多地方在80度左右，甚至垂直，拱肩槽開挖爆破過程中一部分渣體被拋落河床，一部分渣體殘留在開挖面內(nèi)，由于工程量相對(duì)較大，人工清理難度較大，效率低，為此采用機(jī)械清渣，由于機(jī)械無法自行到達(dá)清渣作業(yè)面，且在爆破時(shí)需躲避，故在壩頂洞挖鎖口襯砌段設(shè)置雙向葫蘆吊，將用于清渣的PC100挖機(jī)從壩頂交通洞吊至清渣作業(yè)面，待進(jìn)行下一梯段爆破時(shí)再將挖機(jī)提升至壩頂，轉(zhuǎn)至交通洞避炮，保證施工機(jī)械安全，采用此種清渣方式大大提高了清渣效率。

5 總結(jié)

高山峽谷拱壩壩肩槽挖較常規(guī)大開挖方案大大減少了開挖量，避免了高邊坡支護(hù)，減少了棄渣量，減少了土地資源的占用，降低了開挖和支護(hù)的施工難度和風(fēng)險(xiǎn)，最大程度上減小了對(duì)原生態(tài)環(huán)境的影響。

通過體形調(diào)整，減小了拱壩頂拱中心角，進(jìn)而減小拱壩壩頭洞挖的洞徑，改善了壩頭洞挖受力條件，對(duì)山體穩(wěn)定是有利的。由于拱壩體形調(diào)整過程中在滿足壩體應(yīng)力的前提下，縮小了拱壩頂拱中心角，進(jìn)而減小壩頭洞挖跨度，為壩頭開挖成洞提供了有利條件。

高山窄谷拱壩拱肩槽挖方式大幅減少開挖工程量、高邊坡支護(hù)工程量、降低施工難度、提高施工安全保障、減少棄渣量、減少土地資源占用、減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，直接經(jīng)濟(jì)效益明顯，間接效益可觀，社會(huì)效益巨大，對(duì)類似工程起到參考借鑒的作用。高山窄谷拱壩拱肩槽挖技術(shù)已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利，并在重慶云陽蓋下壩水電站工程中應(yīng)用，蓋下壩水電站2012年蓄水發(fā)電，現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)正常。