楊房溝水電站大型崩坡積體開挖出渣施工技術研究

張 華

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

常規(guī)的土方邊坡開挖出渣的方法是通過在邊坡上設置運渣車輛通行的道路，渣車通過道路將開挖工作面的渣土運至棄渣場。對于高陡邊坡而言，道路的寬度通常受地形條件的限制，并且回頭彎多，對于裝滿渣料的車輛來說下坡安全風險突出，且經濟性較差。因此，如何安全、高效地進行高陡邊坡的土方開挖，是目前國內大型土方邊坡開挖面臨的難題。

筆者介紹的楊房溝水電站崩坡積體利用上游沖溝溜渣和下部集渣平臺出渣施工方法，為大型土方邊坡開挖提供了一種安全性更高的施工方法，同時也總結了該施工方法施工中出現(xiàn)的一系列問題，為其他類似工程施工提供一定的參考價值。

2 楊房溝水電站崩坡積體介紹

楊房溝水電站崩坡積體位于壩址上游雅礱江右岸，距壩址約0.5 km。崩坡積體分布在高程2 465～2 050 m之間，2 050 m高程以下為臨江陡壁。崩坡積體沿江近南北展布，東西長約560 m，南北寬約330 m。崩坡積體地形前陡后緩，但變化不大，2 320 m高程以下總體坡度約39°，2 320 m高程以上總體坡度在28.5°。崩坡積體整體上呈倒置“茶杯”形分布，上小下大。崩坡積體物質組成復雜，總體上分為兩大層：中上部為混合土碎石層，泥質弱膠結；底部為碎石土層，呈中等密實狀。崩坡積體平均厚度約19.6 m，分布面積約15.8萬m2，總體積約309.85萬m3。崩坡積體未開挖前雖處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，但其坡面及基巖面陡，底部有軟弱層分布，結構對穩(wěn)定性不利，地下水活躍，故崩坡積體屬于潛在穩(wěn)定性不良邊坡[1]。

2.1 地質條件

崩坡積體下伏基巖均為三疊系上統(tǒng)雜谷腦組(T3z)灰色變質鈣質石英砂巖、砂質板巖、炭質板巖等。中、前部巖層產狀：N10～70°E NW∠15～30°，為斜逆向坡，后部巖層產狀：N50～70°W NE∠15～30°，為斜順向坡。坡腳三巖龍斷層下盤分布三疊系上統(tǒng)新都橋組(T3Xd)變質粉砂巖。第四系覆蓋層分布高程1 995～2 465 m，其中高程2 050 m以下邊坡揭露的巖土層為鈣華和角礫巖，高程2 050～2 465 m第四系松散堆積物主要為崩坡積體，分布于斜坡上。

崩坡積體主要由塊石、碎石、角礫、巖屑及粉土組成，原巖均為灰色變質鈣質石英砂巖，偶夾黑云石英片巖、板巖等。崩坡積體主要巖土層有混合土碎石層和碎石土層等。崩坡積體中的混合土碎石層相對較厚，平均厚約17.9 m，碎石土層相對較薄，平均厚約1～2 m，最厚6 m，該層分布于混合土碎石層和基巖之間，局部基巖面較陡的區(qū)域無該碎石土層分布。

2.2 處理方案

自崩坡積體頂部2 065 m開挖到2 045 m高程，其中高程2 465～2 150 m邊坡開挖每15 m留一級馬道，馬道寬2 m，邊坡開挖坡比1∶1～1∶1.5，高程2 150～2 045 m邊坡開挖每15～20 m留一級馬道，馬道寬2 m，邊坡開挖坡比1∶1.5。

3 主要施工方法

3.1 整體施工方法的確定

崩坡積體開挖高度超過400 m，如采用常規(guī)的由下自上設置出渣道路出渣，出渣道路將會超過5 km，且回頭彎極多，渣車出渣下坡安全風險較大，在每年的汛期尤為突出。

崩坡積體處理范圍的上游邊線高程2 375 m處，存在一條天然的大型沖溝，溝底部存在較寬平臺，如利用沖溝溜渣、下部裝車出渣的方式，將極大緩解重車下坡的安全問題?；谑┕ぐ踩目紤]，整體開挖出渣方法：(1)高程2 375～2 135 m工作面采用反鏟挖裝自卸汽車水平運輸至上游沖溝溜渣，推土機輔助推卸渣土至下部集渣平臺，下部集渣平臺反鏟挖裝自卸汽車運輸至棄渣場。(2)高程2 460～2 375 m由于開挖厚度較薄，且離上游沖溝較遠，仍設置出渣道路工作面挖裝運至上游沖溝溜渣。(3)高程2 135～2 050 m的開挖出渣設置出渣道路工作面挖裝運至棄渣場。

3.2 集渣平臺的設置

集渣平臺位于出渣道路上游側起點高程2 070 m處，其上方有一天然大型沖溝，崩坡積體高程2 135 m以上的邊坡開挖土料利用沖溝溜渣至集渣平臺后，反鏟挖裝25 t自卸汽車運至棄渣場。

集渣平臺長50 m，寬20 m，結合現(xiàn)場地質條件，在平臺靠江側布置4層單個尺寸1 m×1 m×2 m的鋼筋石籠作為擋渣墻，防止溜渣下江。

3.3 出渣道路的設置

出渣道路從右岸低線繞壩交通洞上游洞口10 m左右處起點，沿崩坡積體下游側高程2 031 m到上游側高程2 070 m展線，同時在集渣平臺上游開口處接上游移民驛道，作為工程施工期右岸居民的出行通道。

出渣道路全長549.65 m，寬8.0 m，主要利用反鏟+破碎錘進行改造施工。土方邊坡利用反鏟開挖，石方邊坡利用破碎錘鑿巖開挖或松動爆破，起坡路段約80 m需進行石渣回填。根據(jù)現(xiàn)場實際地形在適當位置將道路進一步加寬設置為故障車輛備用車道，長度約為20 m。道路回填路段靠江側布置橫向1 m×1 m×2 m鋼筋石籠，其他路段靠江側采用100 m×80 m×80 cm梯形土堤進行防護。

3.4 機械、材料、人員通道的設置

從出渣道路上游側起點沿崩坡積體邊坡修建8 m寬施工道路爬坡至頂部2 465 m高程，該道路僅作為機械設備通行及材料運輸，道路總長度約4.2 km，坡度為12%～15%。在道路靠江側設置一排高1 m、厚1 m的防護土坎[2]。

為預防施工過程中崩坡積體發(fā)生變形及滑塌造成人員傷亡，在出渣道路下游側適當位置設置人員交通爬梯及便道至崩坡積體頂部2 465 m高程，爬梯用A48 mm架管搭接而成，便道采用人工開挖，用A48 mm架管搭成護欄。出渣道路、集渣平臺與機械、材料、人員通道見圖1。

3.5 高程2 135 m以上開挖出渣

施工工藝流程為：施工準備→測量放線→場地(植被)清理→反鏟挖裝，自卸汽車倒渣至集渣平臺(推土機推渣至集渣平臺)→反鏟挖裝，自卸汽車出渣→人工配合反鏟修坡成型→邊坡支護處理。

由于上游側沖溝頂部高程在2 375 m，從崩坡積體頂部高程2 465 m處沿邊坡修建一條10%縱坡、8 m寬的“之”字型施工道路至上游沖溝處。

圖1 出渣道路、集渣平臺與機械、材料、人員通道示意圖

測量人員采用全站儀精確測量放線，并打樁作好記號，核實開挖斷面。植被清理、表土清挖和邊坡清理，由人工配合反鏟進行，反鏟挖裝25 t自卸汽車倒渣至集渣平臺，集渣平臺處反鏟挖裝25 t自卸汽車運輸至棄渣場。

開挖自上而下，分層高度5 m，從上游往下游方向推進，高程2 465 ～2 375 m的開挖土方采用反鏟挖裝25 t自卸汽車通過“之”字型施工道路。高程2 375 ～2 135 m的開挖土方直接利用反鏟挖裝25 t自卸汽車運往上游側天然沖溝堆積，利用推土機配合整平、卸渣至集渣平臺，集渣平臺處反鏟挖裝25 t自卸汽車運輸至棄渣場。開挖過程中邊坡支護隨后跟進，沖溝堆渣隨邊坡開挖高度同步卸載下降?？拷吰麻_挖結構線1 m范圍時，先削坡后挖裝，每下降4～5 m高度[3]，利用坡度尺及時檢查邊坡坡度，并對異形坡面進行加密檢測。

3.6 高程2 135 m以下開挖出渣

施工工藝流程為：施工準備→測量放線→場地(植被)清理→反鏟挖裝，自卸汽車出渣→人工配合反鏟修坡成型→邊坡支護處理。

高程2 135～2 070 m的出渣通道，結合機械、材料道路，從原出渣道路上游側起點高程2 070 m處沿堆渣體及原有邊坡進行展線至高程2 135 m，道路寬8 m，縱坡坡度不大于12%。道路邊坡利用反鏟修坡至穩(wěn)定坡比，并在道路靠江側設置一排高1 m、厚1 m的防護土坎。高程2 070 m以下的出渣通道，采取降低原出渣道路坡度的方式形成。

高程2 135～2 070 m的開挖自上而下，分層高度5 m，從上游往下游方向推進，邊坡土方及沖溝的堆渣采用反鏟挖裝25 t自卸汽車運輸至棄渣場。

高程2 070 m以下的開挖自上而下，分層高度2 m，從上游往下游方向推進，開挖土方采用反鏟挖裝25 t自卸汽車運輸至棄渣場。靠江側預留寬1.5 m、高1.5 m的土坎，待下一層開挖時，用反鏟將上一層土坎翻至開挖區(qū)域內側后進行裝車運輸，并同時形成下一層土坎，以避免該區(qū)域機械開挖時石渣掉入江中。

4 開挖遇到的特殊情況及處理

4.1 汛期強降雨導致邊坡發(fā)生蠕變

楊房溝水電站工程區(qū)內主汛期為每年的5～9月，2017年6月開挖至高程2 435 m時，由于連續(xù)的強降雨導致高程2 420 ～2 335 m邊坡發(fā)生蠕變。一旦失穩(wěn)，將嚴重威脅崩坡積體施工作業(yè)人員及設備安全，且可能堵塞導流隧洞，產生次生災害。

處理方法：邊坡蠕變發(fā)生后，應緊急停止工作面的開挖支護施工，撤離施工人員和設備至安全區(qū)域，布置8個表面變形測點觀測變形發(fā)展情況，同時利用彩條布覆蓋裂縫以防止雨水持續(xù)下滲。隨后對蠕變體進行了風險分析，設置了應急撤離地點和路線，確定預警分級標準和應急處置程序與措施[4]，后續(xù)施工嚴格按照預警分級標準及相應的處置措施進行。通過上述措施的實施，確保了蠕變體開挖過程中的施工安全。

4.2 溜渣砸壞擋渣墻及渣料下江

受土質基礎和平臺寬度限制，集渣平臺外側的擋渣墻為4層高的鋼筋石籠。崩坡積體主要為混合土碎石層和碎石土層，不僅夾雜大量粒徑為3～20 cm的角礫、碎石，且在實際開挖過程中，存在體積達2～3 m3的孤石。即使利用破碎錘破碎或炸藥解爆后，石塊粒徑仍可達到30～50 cm，而沖溝溜渣高度最高可超過300 m，石塊滾至集渣平臺時的沖擊力很大，導致鋼筋石籠擋渣墻被砸壞，部分溜渣滾落入江。

利用枯期對下江石渣進行處理，從集渣平臺上游側反鏟修路下至江邊，4臺反鏟集中作業(yè)從右岸采取翻渣的方式將渣料挖至對岸上游備料場，在上游備料場修建臨時道路反鏟挖裝25 t自卸汽車出渣至棄渣場。

4.3 堆渣體底部出渣作業(yè)時形成倒懸

崩坡積體主要為混合土碎石層和碎石土層，混合土碎石層是崩坡積體組成物質的主要土層，開挖溜渣過程中，土料與角礫、碎石充分混合，形成自穩(wěn)性好的堆渣體，在堆渣體底部進行出渣挖裝作業(yè)時，易形成倒懸現(xiàn)象，直接威脅出渣設備和人員的安全。

在堆渣體底部出渣作業(yè)形成倒懸時，從機械、材料通道的回頭彎部位利用反鏟修建便道至倒懸部位頂部進行翻渣處理，處理完成后繼續(xù)出渣，形成倒懸后重復前述步驟。

5 邊坡穩(wěn)定反饋分析

(1)表面變形臨時測點中累計位移量較大測點均位于蠕變區(qū)，位移主要發(fā)生在2017年7～11月之間，臨空向累計位移量在1 189.9～1 775.1 mm(向河床變形)之間，順河向累計位移量在546.5～973.1 mm(向上游變形)之間，垂直向累計位移量在744.1～1 705 mm(下沉)之間，之后大部分測點測值變化較平緩，無明顯趨勢性或異常。蠕變區(qū)外的表面變形臨時測點，大部分測點最大測值在20 mm以內。

(2)表面永久變形測點臨空向最大累計位移量為45.4 mm，順河向最大累計位移量為14.7 mm，垂直向最大累計位移量為29.4 mm，目前測點測值變化較平緩，總體無明顯異常。

(3)僅位于高程2 450 m的測斜孔在監(jiān)測初期(2017年10月～2018年3月)順坡向位移出現(xiàn)明顯增長，目前順坡向最大位移量為268.7 mm(孔口)，順河向最大位移量為-142.7 mm(孔口)，其他測孔各深度順坡向、順河向位移量均不超過42 mm。近期各測孔深度位移變化已趨于平緩或總體較平穩(wěn)，未見明顯異常。

(4)各監(jiān)測錨索荷載變化總體較平穩(wěn)，無明顯異?；蜈厔菪宰兓?，荷載損失率在-1.98%～6.57%之間，損失不大，各監(jiān)測錨索荷載總體較穩(wěn)定、無異常。

(5)根據(jù)邊坡開挖支護后的表面變形、深部變形和支護錨索荷載監(jiān)測成果表明，變形主要發(fā)生在開挖施工期，施工完成后變形測值變化較小且平穩(wěn)，各監(jiān)測項目測值表明，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)[5]。

6 結 語

通過實踐，崩坡積體利用上游沖溝溜渣、下部集渣平臺出渣的方式開挖出渣是可行的，該方法可避免重車(自卸汽車拉渣)連續(xù)下坡，降低大型崩坡積體開挖出渣施工安全風險。夜班上部開挖施工，利用沖溝溜渣，白班上部停止施工、下部集渣平臺出渣，可有效避免上下交叉作業(yè)，對于保證施工安全是非常有利的。由于開挖施工的擾動，崩坡積體存在發(fā)生蠕變或滑移的可能，一旦發(fā)生蠕變或滑移，應采取積極的應對措施。在擋渣墻的滾石撞擊側設置適當?shù)娜嵝跃彌_措施，可減少鋼筋石籠的損壞頻率，防止石渣下江，減少成本支出。在現(xiàn)場條件許可的情況下，擋渣墻采用混凝土擋墻更有利于防止石渣下江。