300 m級(jí)高壩壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素分析與研究

劉成友，李 鵬，康向文，王燕山，郭 成，楊致遠(yuǎn)

(國(guó)電大渡河流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610041)

0 引 言

雙江口水電站采用礫石土心墻堆石壩，最大壩高312 m[1]，“高水頭、大泄量、窄河谷”的泄水建筑物布置，高陡邊坡開(kāi)挖支護(hù)及復(fù)雜危巖體防治，以及施工場(chǎng)地緊湊、施工強(qiáng)度高、基坑開(kāi)挖深等特點(diǎn)，增加了現(xiàn)場(chǎng)施工控制難度；同時(shí)，大壩工程壩肩邊坡開(kāi)挖過(guò)程中存在超欠挖、平整度等不滿足設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)象，制約了優(yōu)良單元工程的評(píng)定[1-2]。因此，系統(tǒng)分析雙江口水電站壩肩開(kāi)挖影響因素，對(duì)提高壩肩邊坡開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率具有重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)缺乏在高山峽谷地區(qū)建設(shè)300 m級(jí)心墻壩的經(jīng)驗(yàn)，而國(guó)外300 m級(jí)心墻壩的實(shí)例也極少，壩肩開(kāi)挖這一影響整個(gè)壩體后期填筑質(zhì)量的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，其質(zhì)量控制就顯得尤為重要[3-5]。因此，本文以雙江口水電站300 m級(jí)高壩為例，結(jié)合不平整度和超欠挖這兩個(gè)影響小洞室開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率的主要因素展開(kāi)討論和評(píng)估，并針對(duì)影響壩肩邊坡開(kāi)挖優(yōu)良率的各項(xiàng)因素進(jìn)行檢查和統(tǒng)計(jì)分析，提出了基于G1-熵權(quán)組合分析方法，通過(guò)該方法的應(yīng)用，達(dá)到為雙江口水電站大壩壩肩邊坡開(kāi)挖質(zhì)量控制要因確定及控制措施制定提供依據(jù)的目的，并為今后其他300 m級(jí)高壩壩肩開(kāi)挖等類似問(wèn)題提供參考。

1 雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素分析

1.1 壩肩單元工程開(kāi)挖現(xiàn)狀調(diào)查

雙江口水電站兩岸壩肩邊坡陡峭，巖石整體較為破碎，裂隙發(fā)育(左岸堆石壩心墻沿軸線開(kāi)挖高度約370～380 m，心墻及反濾區(qū)壩基邊坡開(kāi)挖坡比1∶1.15～1∶1.3；右岸堆石壩心墻沿軸線開(kāi)挖高度約350～360 m，心墻及反濾區(qū)壩基邊坡開(kāi)挖坡比1∶0.58～1∶0.8)，加之施工管理有待提升，導(dǎo)致已開(kāi)挖完成的邊坡存在平整度差、超欠挖過(guò)大、半孔率低等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響單元工程優(yōu)良率，針對(duì)這一情況，成立QC小組，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、資料查詢等工作，統(tǒng)計(jì)出影響壩肩邊坡開(kāi)挖優(yōu)良率因素，其中，不平整度占比67.5%；超欠挖占比18.2%；底部標(biāo)高占比8%；半孔率占比6.3%。雙江口水電站大壩壩肩邊坡開(kāi)挖優(yōu)良率影響因素統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 雙江口水電站大壩壩肩邊坡開(kāi)挖優(yōu)良率影響因素統(tǒng)計(jì)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，影響雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率的主要因素是不平整度和超欠挖，兩項(xiàng)因素占總數(shù)的85.7%。

1.2 壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，小組成員進(jìn)行了原因分析，并繪制成關(guān)聯(lián)圖，如圖1所示。

圖1 雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素關(guān)聯(lián)

基于關(guān)聯(lián)圖分析，根據(jù)工程施工實(shí)際情況，參考并借鑒相關(guān)文獻(xiàn)，遵循數(shù)據(jù)可獲得性、系統(tǒng)性和科學(xué)性等原則，選取預(yù)裂樣架不滿足要求、預(yù)裂孔鉆孔質(zhì)量差、爆破參數(shù)不合理、鉆爆人員操作不當(dāng)、預(yù)裂孔孔位偏差大5個(gè)評(píng)價(jià)依據(jù)，鋼管剛度不足、樣架加固方式不合理、角度檢查頻率不夠、鉆爆設(shè)備性能差等11項(xiàng)末端因素構(gòu)建出雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)體系

2 基于組合賦權(quán)的壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素模型計(jì)算

2.1 基于G1-熵權(quán)組合權(quán)重的壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素模型構(gòu)建思路

壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素模型構(gòu)建思路為：①步驟1。標(biāo)準(zhǔn)化處理壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)數(shù)據(jù)。②步驟2。分別運(yùn)用G1法和熵值法對(duì)各影響因素指標(biāo)賦權(quán)。③步驟3。確定上述賦權(quán)方法的權(quán)重系數(shù)，計(jì)算得到各影響因素指標(biāo)的組合權(quán)重。

2.2 指標(biāo)的規(guī)范化處理

指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理如下

(1)

式中，Aj為評(píng)價(jià)原始數(shù)據(jù)矩陣；aij為第i個(gè)單元工程第j個(gè)影響因素[6]。

2.3 單一評(píng)價(jià)法賦權(quán)

分別運(yùn)用G1法、熵值法等進(jìn)行影響指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，選取雙江口水電站左壩肩(2 340～2 198 m高程)、右壩肩(2 340～2 198 m高程)共計(jì)74個(gè)單元工程作為獲取各影響因素指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)。

2.3.1G1法計(jì)算權(quán)重

G1法充分反映專家的主觀意見(jiàn)，是對(duì)影響指標(biāo)的重要性排序，排序越靠前權(quán)重越大[7-9]。

(1)確定相鄰影響因素xk的理想賦值。雙江口水電站壩肩開(kāi)挖相鄰影響因素的重要性程度之比xk的理性賦值為

(2)

式中,xk為相鄰影響因素rk-1與rk重要性程度之比，k=l,l-1,l-2,…,3,2，其中，l為實(shí)際影響因素指標(biāo)數(shù)，l=11。

(2)計(jì)算各因素G1法權(quán)重。首先，計(jì)算壩肩開(kāi)挖第i個(gè)因素的G1法權(quán)重wi，即

(3)

接下來(lái)，根據(jù)wi值，分別計(jì)算壩肩開(kāi)挖的第l-1,l-2，…,3,2個(gè)影響因素的權(quán)重

wk-1=xkwk

(4)

式中，wk為第k-1個(gè)指標(biāo)的G1法權(quán)重，k=l,l-1,l-2,…,3,2，l=11。

2.3.2熵值法計(jì)算權(quán)重

熵值法是通過(guò)計(jì)算同一指標(biāo)的數(shù)值差客觀反映指標(biāo)的重要性程度的一種方法，差值越大權(quán)重越大[10-11]。

(1)構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣。雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率指標(biāo)體系具有n(n=11)個(gè)影響因素，針對(duì)m(m=74)個(gè)單元工程，則其原始數(shù)據(jù)矩陣為

(5)

(2)標(biāo)準(zhǔn)化原始數(shù)據(jù)矩陣。將aij帶入式(1)，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

(6)

(3)計(jì)算影響因素熵值。根據(jù)式(6)得到的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，計(jì)算第j個(gè)影響因素的熵值，即

(7)

式中，d=1/lnm。

(4)計(jì)算影響因素熵權(quán)。根據(jù)熵值計(jì)算第j個(gè)影響因素的熵權(quán)φj，即

(8)

則n個(gè)影響因素的熵權(quán)值為φ=(φ1φ2…φn)。

2.4 組合權(quán)重的確定

為充分利用壩肩開(kāi)挖領(lǐng)域的專家經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)又參照實(shí)際開(kāi)挖單元工程數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)各影響因素的G1法主觀權(quán)重和熵權(quán)法客觀權(quán)重的線性組合，計(jì)算第j個(gè)影響因素的組合權(quán)重，即

w′j=λ×wj+(1-λ)φj

(9)

式中，λ為調(diào)節(jié)系數(shù)。

根據(jù)總誤差平方和最小化原則，建立目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算調(diào)節(jié)系數(shù)λ，即

(10)

對(duì)式(10)求導(dǎo)，并令其等于零，可解得調(diào)節(jié)系數(shù)λ=0.5，即

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，二語(yǔ)學(xué)習(xí)者與母語(yǔ)者在判斷句子是否合乎語(yǔ)法方面沒(méi)有顯著差異，二語(yǔ)水平?jīng)]有影響到學(xué)習(xí)者對(duì)句子的判斷。所以推論出:中國(guó)英語(yǔ)學(xué)習(xí)者沒(méi)有受到母語(yǔ)影響，他們對(duì)非限定動(dòng)詞的特征有清晰認(rèn)識(shí)，了解其語(yǔ)法規(guī)則，擁有顯性知識(shí)。這種顯性知識(shí)也體現(xiàn)了學(xué)習(xí)者的元語(yǔ)言能力。

(11)

式(11)表明，組合權(quán)重為G1法權(quán)重和熵權(quán)權(quán)重的均值，最終可得各影響因素的組合權(quán)重為w′j=(w′1,w′2,…,w′n)T。

3 結(jié)果分析

本文選取雙江口水電站左壩肩(2 340～2 198 m高程)、右壩肩(2 340～2 198 m高程)共計(jì)74個(gè)單元工程獲取各影響因素指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，將各指標(biāo)數(shù)值規(guī)范化處理，得到第i個(gè)單元工程第j個(gè)影響因素指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值sij，i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

3.1 G1法權(quán)重計(jì)算

QC小組專家對(duì)影響雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率的11個(gè)因素指標(biāo)的主觀排序?yàn)閞2>r3>r5>r7>r1>r10>r8>r6>r11>r4>r9；相鄰影響因素的重要程度之比xk的立項(xiàng)理想賦值為：x2=r1/r2=0.3；x3=r2/r3=1.1；x4=r3/r4=6.9；x5=r4/r5=0.15；x6=r5/r6=6.1；x7=r6/r7=0.65；x8=r7/r8=1.3；x9=r8/r9=2.6；x10=r9/r10=0.35；x11=r10/r11=1.3。

將由式(2)得到的理性賦值代入式(3)、(4)中，得到樣架鋼管剛度不足(r1)、樣架加固方式不合理(r2)、角度檢查頻率不夠(r4)、鉆爆設(shè)備性能差(r4)、梯段高度不合適(r5)、火工材料性能不滿足要求(r6)、裝藥聯(lián)網(wǎng)不滿足要求(r7)、預(yù)裂孔放樣精度不足(r8)、施工技術(shù)交底不到位(r9)、鉆爆人員工作經(jīng)驗(yàn)不足(r10)和預(yù)裂孔間距不合理(r11)等11個(gè)影響因素的G1法權(quán)重為

3.2 熵權(quán)值法權(quán)重計(jì)算

采用0～3的4級(jí)測(cè)度法對(duì)單元工作的各影響因素進(jìn)行打分，構(gòu)造評(píng)價(jià)的原始數(shù)據(jù)矩陣，即

根據(jù)上述得到的原始數(shù)據(jù)矩陣，運(yùn)用式(1)、(6)、(7)和(8)可計(jì)算得到雙江口水電站大壩壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率各影響因素的熵權(quán)權(quán)重為

3.3 基于G1-熵權(quán)值組合賦權(quán)的權(quán)重計(jì)算

將各影響因素運(yùn)用G1法和熵權(quán)值法得到的權(quán)重代入式(11)，得到雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素組合權(quán)重為

綜上，可得雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)權(quán)重賦值，如表2所示。

表2 雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程影響因素指標(biāo)權(quán)重

3.4 綜合分析

影響因素指標(biāo)權(quán)重的大小可直接反映該因素的關(guān)鍵程度，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果可知，樣架加固不合理、梯段高度不合理和角度檢查頻率不夠三項(xiàng)影響因素的組合權(quán)重值分別為0.276 81、0.218 50、0.210 95，累計(jì)權(quán)重值達(dá)到0.706 26，是影響雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率的主要因素，需重點(diǎn)關(guān)注。

4 壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響要因措施控制

針對(duì)樣架加固不合理、梯段高度不合理和角度檢查頻率不夠等影響雙江口水電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率的要因，制訂專項(xiàng)技術(shù)和管理措施，并應(yīng)用于實(shí)踐。

4.1 措施制定

(1)對(duì)策實(shí)施一——提高樣架搭設(shè)質(zhì)量。①斜桿間距由1.5 m改為0.8 m，一孔一桿進(jìn)行控制；②嚴(yán)格控制前后兩排插管深度，并用砂漿充填密實(shí)，以牢靠固定樣架；③將原獨(dú)立樣架調(diào)整為緊貼巖面搭設(shè)，盡量減小鉆機(jī)平臺(tái)寬度，以控制技術(shù)性超欠挖(采用YQ100B型鉆機(jī)造孔不可避免)，樣架應(yīng)安裝牢靠，剛度滿足施工要求。

(2)對(duì)策實(shí)施二——減小梯段高度。通過(guò)綜合對(duì)比分析，將左壩肩(坡比1∶1.3)開(kāi)挖梯段高度由10 m降到7.5 m，鉆孔深度由16.13 m減小到11.17 m以下，大大減小了鉆孔過(guò)深造成“飄孔”風(fēng)險(xiǎn)和飄孔偏差較大的問(wèn)題。試驗(yàn)段預(yù)裂孔采用采用YQ100B型鉆機(jī)造孔，孔徑90 mm；梯段高度為7.5 m，預(yù)裂孔鉆孔深度12.3 m，傾角為38°,孔間距為0.8 m，孔內(nèi)采用φ32 mm乳化藥卷不耦合間隔裝藥，線裝藥密度為280 kg/m，單孔裝藥量3.92 kg，最大單響39.2 kg。

(3)對(duì)策實(shí)施三——增加角度檢查頻次。①樣架搭設(shè)前必須測(cè)量放樣，樣架搭設(shè)后對(duì)樣架角度進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，鉆機(jī)固定后再次復(fù)核角度，鉆桿安裝后對(duì)其角度和對(duì)準(zhǔn)孔位進(jìn)行校對(duì)，監(jiān)理工程師對(duì)其校對(duì)情況進(jìn)行復(fù)核，偏差滿足要求后方同意開(kāi)鉆。②鉆孔過(guò)程中嚴(yán)格落實(shí)“五步校桿法”，即在開(kāi)鉆后20、50、100、150 cm及200 cm部位均進(jìn)行校桿，確保鉆桿在鉆孔過(guò)程中角度無(wú)誤。

(4)對(duì)策實(shí)施四——加強(qiáng)管理措施，一炮一評(píng)價(jià)。加強(qiáng)管理措施，實(shí)行預(yù)裂孔鉆孔責(zé)任到人(定機(jī)、定孔、定人)，采取獎(jiǎng)罰措施，對(duì)鉆孔多次不合格人員予以辭退或調(diào)換工作崗位。

(5)嚴(yán)格爆破開(kāi)挖過(guò)程工序控制，實(shí)行爆破開(kāi)挖“三準(zhǔn)證”制度；嚴(yán)格落實(shí)“一炮一設(shè)計(jì)”、“一炮一總結(jié)”，不斷提高開(kāi)挖爆破水平。

4.2 爆破效果檢查

將上述措施應(yīng)用于實(shí)際施工過(guò)程中，爆破后對(duì)爆破效果進(jìn)行檢查，檢查情況如下：

(1)爆破裂隙。壁面基本無(wú)新生爆破裂隙。

(2)半孔率。本梯段半孔檢查總長(zhǎng)度為479.33 m，有效半孔長(zhǎng)度為436.8 m，半孔率91.1%，由于下游側(cè)存在3條地質(zhì)裂隙，導(dǎo)致半孔率偏低。

(3)平整度。本梯段共計(jì)檢查30個(gè)點(diǎn)，最大值16 cm，最小值4 cm，平均值8.5 cm合格率96.7%。

(4)超欠挖。本梯段共檢測(cè)29個(gè)點(diǎn)，無(wú)欠挖情況，最大超挖34 cm，最小超挖4 cm，平均超挖16.1 cm，超欠挖合格率93.1%。

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)得出，開(kāi)挖梯段高度7.5 m時(shí)，半孔率、不平整度、超欠挖均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.3 結(jié)果對(duì)比分析

經(jīng)過(guò)對(duì)以上措施的逐步落實(shí)，左壩肩(2 340.00～2 272.5 m高程)超欠挖檢測(cè)斷面206條，測(cè)點(diǎn)1 268個(gè)，檢測(cè)最大超挖129 cm(地質(zhì)缺陷)，平均超挖14 cm，無(wú)欠挖，超欠挖合格率93.8%；開(kāi)挖綜合半孔率82.3%(局部巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育)；開(kāi)挖面不平整度檢測(cè)534個(gè)點(diǎn)，合格率93%，最大值20 cm，平均值8.7 cm。

右壩肩(2 360.00～2 272.5 m高程)超欠挖檢測(cè)斷面 125條，測(cè)點(diǎn)920個(gè)，超欠挖合格率95%，檢測(cè)最大超挖50 cm(局部巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育)，平均超挖13 cm，無(wú)欠挖；開(kāi)挖綜合半孔率90.07%；開(kāi)挖面不平整度檢測(cè)300個(gè)點(diǎn)，合格率94%，最大值20 cm，平均值8.7 cm。

5 結(jié) 論

(1)結(jié)合雙江口水電站壩肩開(kāi)挖實(shí)際，通過(guò)QC小組活動(dòng)，提高了該電站壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率，達(dá)到了“拱肩槽”開(kāi)挖效果，減少了欠挖處理費(fèi)用和后續(xù)岸坡混凝土超填費(fèi)用，有利于節(jié)約投資。

(2)該工程處于高地應(yīng)力地區(qū)，邊坡開(kāi)挖后存在巖爆風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)減小開(kāi)挖梯段高度，在下一梯段開(kāi)挖前通過(guò)堆渣即可完成邊坡的支護(hù)施工，提高了支護(hù)施工的及時(shí)性；同時(shí)，減少了排架搭設(shè)工程量，降低了邊坡支護(hù)高排架作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

(3)本文提出的方法能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)300 m級(jí)高壩壩肩開(kāi)挖單元工程優(yōu)良率影響因素的分析，并據(jù)此提出相應(yīng)的防控措施，這不僅為雙江口水電站壩肩開(kāi)挖質(zhì)量控制和安全管理提供依據(jù)，還可為今后其他300 m級(jí)高壩壩肩開(kāi)挖等類似問(wèn)題提供借鑒。