葉巴灘水電站邊坡開挖快速施工技術(shù)研究

吳 俊 麗，米 元 桃

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

邊坡開挖支護技術(shù)是水利水電工程建設(shè)中最常使用的一項技術(shù)，該類技術(shù)手段具備較強的普遍性，實際應(yīng)用價值高，也取得了較好的實際應(yīng)用成績[1]。針對不同條件的地質(zhì)情況，開挖支護方式各不相同。在水利水電工程的建設(shè)和施工中，對施工造成影響的因素較多，尤其是邊坡施工的復(fù)雜性和危險性[2]。在快速施工過程中，邊坡施工的復(fù)雜性和危險性尤為突出，因此，如何有效結(jié)合開挖與支護的協(xié)同關(guān)系，達(dá)到快速施工的目的值得研究。

葉巴灘水電站原計劃于2018年10月16日至11月中旬進行左右岸纜機平臺后邊坡頂部開口線的開挖，完成左岸纜機平臺3 116 m高程以上及右岸纜機平臺3 108 m高程以上的開挖，為11月中旬截流后左右岸纜機平臺后邊坡大規(guī)模開挖創(chuàng)造條件。

因受金沙江白格“10·11”“11·03”兩次堰塞洪災(zāi)影響，左右岸交通中斷，施工設(shè)備無法運至左右岸邊坡施工工作面，導(dǎo)致工期滯后。

根據(jù)甲方工程進度需求，為滿足大壩工程2022年3月首倉混凝土澆筑及2025年首臺機組發(fā)電的目標(biāo)，項目部對邊坡開挖工藝進行了優(yōu)化，實施快速施工，以達(dá)到工程節(jié)點目標(biāo)為目的。

葉巴灘水電站位于四川與西藏界河——金沙江上游河段上，系金沙江上游13個梯級水電開發(fā)中的第7級。庫容10.8億m3，調(diào)節(jié)庫容5.37億m3，具有季調(diào)節(jié)(不完全年調(diào)節(jié))能力，電站總裝機容量為2 240 MW。

按原設(shè)計藍(lán)圖，左岸高程3 000 m以上邊坡的開挖高度為122 m，但因開口線地質(zhì)條件較差，巖體破碎，經(jīng)四方現(xiàn)場踏勘、研究討論后決定，繼續(xù)向上削坡，將開口線調(diào)整至高程3 158 m，開挖高度為158 m。

右岸高程3 000 m以上邊坡按照原設(shè)計要求：1區(qū)開口線高程為3 108 m,2區(qū)開口線高程為3 114 m,3區(qū)開口線高程為3 098 m。由于開口線處巖體破碎，經(jīng)參建四方現(xiàn)場踏勘研究討論后決定，繼續(xù)往上削坡，將開口線后移，調(diào)整后的1區(qū)開口線高程為3 123 m，2區(qū)開口線高程為3 118 m，3區(qū)開口線高程為3 122 m，開挖高度分別為123 m、118 m、122 m。筆者對所采取的施工技術(shù)進行了闡述。

2 邊坡快速施工研究

2.1 施工難點

(1)開口線抬高改變了原施工規(guī)劃，前期設(shè)備進入開口線作業(yè)組織難度大，工器具運輸困難根據(jù)原設(shè)計藍(lán)圖，左岸開口線高程為3 122 m，開挖設(shè)備均由30 t固定式纜機吊運至開口線處。由于左岸邊坡開口線頂高程自3 122 m上移36 m至3 158 m高程，邊坡后移約27 m。因開口線上調(diào)，受30 t固定式纜機運行工況限制，無法將大型開挖設(shè)備一次吊運到位；又因兩次堰塞湖影響及30 t固定式纜機故障率高等導(dǎo)致兩岸沿江道路損毀、材料吊運保障困難。

(2)自然環(huán)境惡劣。金沙江上段位于青藏高原和川西北高原，多年平均氣溫為-5.6℃～7.8℃。多年平均年降水量為213.5 mm至659.3 mm。多年平均降水日數(shù)為95～164 d，雨季為5～10月，其降水量占全年90%以上，絕大部分地區(qū)最大日降雨量在50 mm以下，多年平均年蒸發(fā)量為1 139～1 910 mm(20 cm蒸發(fā)皿，下同)，多年平均相對濕度為52%～57%。

巴塘氣象站距葉巴灘水電站壩址約84 km，臺站海拔高度為2 589.2 m。據(jù)巴塘氣象站資料統(tǒng)計，多年平均氣溫為12.6℃，極端最高氣溫為37.9℃，極端最低氣溫為-12.8℃，多年平均相對濕度為46%，多年平均年降水量為468.3 mm，歷年最大日降水量為42.3 mm。

距壩址約5 km處設(shè)有蓋玉簡易氣象站，海拔高度為2 937.9 m。據(jù)蓋玉氣象站2009～2016年資料統(tǒng)計，多年平均氣溫為9.2℃，極端最高氣溫為37.1℃，極端最低氣溫為-23.5℃，多年平均相對濕度為78%，多年平均年降水量為658 mm，歷年最大日降水量為43.3 mm。

(3)外部材料運輸受藏區(qū)特殊地理及環(huán)境影響，物資保障困難。葉巴灘水電站位于甘孜藏族自治州，受當(dāng)?shù)亟煌ü苤频纫蛩赜绊?，物資供應(yīng)保障困難。

(4)復(fù)雜地質(zhì)條件下淺、深層支護難度高根據(jù)開挖揭露的地質(zhì)條件，現(xiàn)場高高程邊坡(開口線附近)淺表部位強卸荷松弛現(xiàn)象發(fā)育，邊坡卸荷強烈，卸荷裂隙發(fā)育，巖體破碎，錨桿、錨筋樁、錨索等造孔成孔困難，卡鉆嚴(yán)重。

(5)邊坡開挖下降與支護進度的協(xié)調(diào)。壩區(qū)邊坡巖體受地質(zhì)構(gòu)造作用影響較強烈，巖體內(nèi)斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育，主要發(fā)育有f1、f2、f3、f44斷層及大量擠壓破碎帶與深部裂縫。邊坡卸荷強烈，具有卸荷深度大，卸荷裂隙張開寬，卸荷類型較復(fù)雜等特點，既有淺表常規(guī)卸荷，又有深部卸荷。因此，施工過程中如何協(xié)調(diào)好開挖和支護的關(guān)系，在保證邊坡穩(wěn)定的前提下盡可能地加快進度是工程邊坡開挖施工中面臨的難題。

2.2 解決措施

為達(dá)到邊坡快速施工的目的，完成工程既定目標(biāo)，項目部從管理措施、施工保障、工藝優(yōu)化、物資保障等幾方面進行了調(diào)整與安排。

(1)優(yōu)化管理措施。決策層前移，實行片區(qū)管理制度，施工隊實行架子隊管理模式，由項目部派專人進行管理。減少信息傳遞，縮短管理鏈條以提高執(zhí)行力。實行常溫季節(jié)3班制，低溫季節(jié)4班制，充分結(jié)合高原氣候特征保證施工人員充足的休息時間，防止疲勞生產(chǎn)，提高施工效率。

(2)增加機械通道及材料運輸通道。由于堰塞湖影響，30 t固定纜機無法按計劃移交，當(dāng)504洞移交我部后，為盡早將設(shè)備、材料轉(zhuǎn)運至坡頂并進行施工供電、供風(fēng)系統(tǒng)的布置，經(jīng)與業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理工程師四方討論確定，在35#探洞出口經(jīng)ZGK02堆積體修建人行通道至開口線，作為前期高位危巖體治理材料、架管、水泥、砂石等物資上山的通道，同時在504#公路末端新布置斷面為5 m×5 m的施工支洞穿越山體至壩2#堆積體，并沿2#堆積體修建長568 m、寬約5 m的“之”字形道路至左岸邊坡開挖開口線3 115 m高程。該通道已報專項措施并實施且在纜機移交前投用，效益明顯(圖1)。

圖1 新增履帶設(shè)備便道

在新增支洞洞口(2#沖溝內(nèi))布設(shè)0.5 t貨運索道，增加輔助吊運措施，運送工器具及材料。在左岸304#、305#隧洞出口附近增設(shè)0.5 t纜索吊，輔助右岸工器具及材料運輸，同時沿江修建人工通道，派遣突擊隊轉(zhuǎn)運材料上山。

第二次堰塞湖洪水沖毀了左右岸低線道路和4#、6#臨時橋，在臨時橋恢復(fù)通車后，低線道路未恢復(fù)，因此，至右岸邊坡只能經(jīng)右岸導(dǎo)流洞進口上方經(jīng)簡易的勘探便道上山，為確保安全，接右岸導(dǎo)流洞上游2 730 m高程平臺采取修建爬梯跨越邊坡陡坎，拓寬便道、局部修筑臺階、設(shè)置防護欄桿等措施全面修整原勘探便道至3 150 m高程。該道路為2019年3月至10月間的主要人行上山便道，在纜機未投運之前，還兼顧人工搬運跨江纜索吊的施工材料、前期高位危巖體治理材料、架管等物資的上山通道。

纜機移交后，對3 150 m高程施工通道進行了延長、加寬，以使其滿足人員安全同行、設(shè)備能夠在1～3區(qū)間調(diào)配行走、材料上下游運輸、局部有條件區(qū)段拓寬形成材料堆放場地(圖2)。

圖2 右岸1區(qū)至3區(qū)施工便道

為緩解材料吊運壓力，將制漿站前移。結(jié)合左右岸現(xiàn)場的實際情況，左岸在504#隧洞內(nèi)增設(shè)了一個臥式散裝水泥制漿系統(tǒng)。右岸在8#路出洞口附近修建了一個臥式散裝水泥制漿系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)場錨索灌漿需求。

(3)新增裝卸車平臺。新建的裝車平臺只能布置在左岸。纜機移交后左岸的邊坡已開挖，而右岸邊坡未開挖，纜機主索下方河床無大量積渣，此時將裝車平臺布置在基坑河床。因左岸邊坡開挖量較小，邊坡甩渣對初期河床裝車平臺未產(chǎn)生大的干擾。故優(yōu)先將左岸高程2 756.5 m處的灌漿洞靠江側(cè)(AGL3)打通形成受料平臺，且將AGL3靠江側(cè)洞徑擴為6 m×6 m以滿足材料運輸。

由于纜機移交時左岸已開挖至3 115 m高程，故可利用開挖面做卸車平臺。而右岸在纜機移交時尚未開挖，則需新建卸車平臺。

右岸卸車平臺布置在3 150 m高程2區(qū)與3區(qū)之間的沖溝，利用沖溝清理后形成的緩坡采用鋼筋石籠堆碼形成擋墻，內(nèi)填石渣料形成卸車平臺。該平臺的修建提高了纜機吊運的保證率與支護材料的運輸強度，同時亦提高了卸料的安全性。

(4)優(yōu)化施工工藝/方案。

①針對淺表強卸荷松弛、裂隙發(fā)育、成孔困難、卡鉆嚴(yán)重等現(xiàn)象，對邊坡支護參數(shù)進行了優(yōu)化。將邊坡錨桿取消，調(diào)整為跟管錨筋樁，邊坡錨索采用“跟管鉆進結(jié)合護壁灌漿相結(jié)合的措施”進行施工。

圖3 開挖分區(qū)分塊示意圖

②為保證開挖與支護協(xié)同進行，將邊坡開挖梯段高度由30 m調(diào)整為15 m且進行內(nèi)外分區(qū)(圖3)，內(nèi)區(qū)為20 m寬；外區(qū)優(yōu)先內(nèi)區(qū)下降1個梯段，內(nèi)區(qū)按20 m劃分一個標(biāo)準(zhǔn)單元，自上下游方向向中間施工。邊坡開挖、支護作業(yè)面分區(qū)段平行流水施工。在進行該層上游區(qū)支護時，下層開挖鉆爆作業(yè)在下游區(qū)進行；反之，進行該層下游區(qū)支護時，下層開挖鉆爆作業(yè)在上游區(qū)進行。

③采用在邊坡內(nèi)側(cè)預(yù)留10 m寬爆渣平臺并按支護間距分臺階下降的方式，為深淺層支護鉆機提供作業(yè)面，做到開挖與深層錨索、淺層錨桿支護之間的科學(xué)銜接，同時，采用先進的錨索鉆機、錨桿鉆機快速造孔與排架上多個工作面跟進支護，最大程度地縮短了支護直線工期，保證了深淺層支護快速施工和緊跟開挖作業(yè)面不因支護滯后而影響到邊坡下挖。在登渣支護作業(yè)影響梯段下臥的情況下，優(yōu)先保證梯段開挖，剩余的支護采用排架作業(yè)方式進行?？焖僦ёo關(guān)鍵技術(shù)在時間上采取分期支護[3]，形成了以“一次預(yù)裂、兩次爆破、分層出渣、隨層支護、系統(tǒng)跟進”為核心的邊坡快速開挖支護工藝[4]。

④優(yōu)化錨墩混凝土配合比，使混凝土在第4 d即可滿足張拉作業(yè)強度要求，減少了錨索施工的循環(huán)時間。

⑤對于外側(cè)瘦身區(qū)域，采用拋擲爆破，盡可能地將爆破石渣推向基坑，減少翻渣，通過優(yōu)化參數(shù)，拋擲參數(shù)均能保證在40%左右。內(nèi)側(cè)采用“硬巖基礎(chǔ)復(fù)合消能爆破技術(shù)”，實現(xiàn)了馬道、平臺水平保護層與梯段爆破同步進行的目標(biāo)，省去了預(yù)留保護層的施工程序，提高了效率，加快了工期。

⑥嚴(yán)格控制爆破單響藥量，將主爆區(qū)(常規(guī)爆破區(qū))單響藥量控制在300 kg以內(nèi)。距離設(shè)計邊坡20 m范圍內(nèi)采用控制爆破，爆破單響藥量不大于100～150 kg，邊坡預(yù)裂爆破單響藥量不大于50 kg，以確保邊坡穩(wěn)定及開挖質(zhì)量[5]。邊坡穩(wěn)定及好的開挖質(zhì)量為邊坡快速下降提供了保障。

(5)增設(shè)右岸高高程施工臨時營地。右岸在臨時橋恢復(fù)交通后，由于自江邊2#路至6#路支洞的便道沖毀未修復(fù)完成，8#路未貫通，經(jīng)6#路、8#路至3 000 m高程不具備通行條件，作業(yè)人員只能經(jīng)4#橋便道上山，僅途中就需耗費2 h左右，每天凈工作時間僅余4～5 h，且上山消耗作業(yè)人員大量的體力，導(dǎo)致施工效率低下。為有效利用工作時間、保證現(xiàn)場生產(chǎn)的連續(xù)、減輕作業(yè)人員每天上下班跋涉之累、提高勞動效率，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，在右岸邊坡3 150 m高程左右的1區(qū)上游、3區(qū)下游山脊緩坡地帶布置了兩處臨時營地作為現(xiàn)場生產(chǎn)指揮、值班之用。

臨時營地在使用期間，為右岸施工提供了極大的便利，不但有效提高了勞動效率，亦為建設(shè)各方巡查工地提供了簡易的休息、餐飲場所。

(6)加強場內(nèi)物資儲存。根據(jù)現(xiàn)場施工計劃，提前進行了物資儲備。在施工現(xiàn)場新增了水泥儲存平臺，新建了水泥倉庫，利用未施工的隧洞進行物資儲存等方式，有效緩解了物資供應(yīng)壓力，保障了現(xiàn)場施工。

3 施工進度

通過采取上述技術(shù)措施，左岸邊坡高程3 000 m以上的開挖月平均下降高度為17.56 m，超過投標(biāo)書中的開挖下降強度12.84 m/月。右岸邊坡高程3 000 m以上的開挖月平均下降高度為14 m，超過投標(biāo)書中的開挖下降強度12.6 m/月(表1，2，3)。

表1 左岸高程3 000 m以上開挖進度指標(biāo)表

表2 右岸高程3 000 m以上開挖進度指標(biāo)表

表3 國內(nèi)類似工程開挖指標(biāo)對比表

從表1～3可知，葉巴灘水電站的開挖速度處于國內(nèi)同類型工程領(lǐng)先水平。

4 結(jié) 語

水利水電工程對于我國的整體發(fā)展來說十分重要，國家也在大力發(fā)展、積極扶持該類工程。在工程的實際施工過程中，不可避免地會因某些不確定因素導(dǎo)致工程進度滯后。為達(dá)到工程預(yù)期的目標(biāo)而存在趕工、搶工的情況。葉巴灘水電站邊坡開挖快速施工技術(shù)研究創(chuàng)造了月平均下降高度為19.79 m的記錄，在滿足環(huán)水保要求的前提下有效地協(xié)調(diào)了邊坡支護與開挖之間的關(guān)系，保證了施工進度且確保了施工期邊坡安全穩(wěn)定，所取得的經(jīng)驗為其他類似工程邊坡開挖快速施工提供了參考。