沿海火電站復(fù)雜地質(zhì)條件開挖施工技術(shù)探析

摘 要：沿海地區(qū)交通便利，工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展遠(yuǎn)超其他地區(qū)，電力供應(yīng)成為其發(fā)展中重要環(huán)節(jié)。在各沿海地區(qū)建設(shè)火電廠具有周期短、成本低、對(duì)環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，由于沿海地區(qū)往往有著錯(cuò)綜復(fù)雜的沿海地震帶，且火電站選址的地質(zhì)條件不會(huì)太好，合理、有序地安排開挖施工，成為沿?；痣姀S施工的首要環(huán)節(jié)。目前，國(guó)內(nèi)有電廠基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、電廠軟土地基處理、沿海地區(qū)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等方面的學(xué)術(shù)研究課題，尚無沿海地震區(qū)范圍內(nèi)，多種開挖施工方式并存的復(fù)雜地質(zhì)情況下的開挖施工技術(shù)相關(guān)研究。文章以印尼北蘇三火電項(xiàng)目的開挖施工為實(shí)例，闡述了在復(fù)雜地質(zhì)條件與各種影響較大的制約因素情況下選擇開挖方式、開挖設(shè)備，以及開挖施工時(shí)段規(guī)劃與施工控制要點(diǎn)，為類似項(xiàng)目建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：沿?；痣娬?復(fù)雜地質(zhì)條件;開挖施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.013

印尼北蘇三火電項(xiàng)目位于印尼北蘇拉威西省米納哈薩縣Kema村海邊，項(xiàng)目主要包括電站、卸煤碼頭、150 kV開關(guān)站及輸電線路。項(xiàng)目地處沿海地震區(qū)且地質(zhì)條件復(fù)雜，開挖施工涉及清表、土方開挖、沼澤清淤、石方爆破、基坑基槽石方開挖、海底基槽開挖等多種施工方式。項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜，外部環(huán)境制約條件較多，工期壓力大，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，分階段選擇適合的開挖方案，最大程度縮短工期、節(jié)約成本，是整個(gè)項(xiàng)目成功與否的決定性因素。

1 項(xiàng)目基本條件

1.1 地形與地貌

北蘇三火電項(xiàng)目廠址場(chǎng)地由山丘組成，靠近海岸線一側(cè)為起伏較低的陡峭區(qū)域，西部和北部場(chǎng)地為大面積的海拔較高的地形，其海拔范圍從海平面以上0～46 m不等。

山丘主要由風(fēng)化巖石和黃色粘土組成，地表主要覆蓋有灌木，屬于未開發(fā)的荒地。距離大海約30 m，場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)還有一條淺水溪。靠近海灘0～30 m的區(qū)域由沼澤和草原構(gòu)成，海拔為0～1.5 m。

1.2 氣象條件

項(xiàng)目年平均的相對(duì)濕度：最大88.9%，平均81.6%。

項(xiàng)目年平均空氣溫度：最高35 ℃，平均20.8 ℃。

項(xiàng)目多年平均風(fēng)速：最大10.5 km/hour，平均3.2 km/hour。

項(xiàng)目雨季：每年11月至次年2月。

項(xiàng)目風(fēng)浪期：每年7月至9月，平均浪高0.6 m。

2 項(xiàng)目開挖施工技術(shù)

2.1 開挖工程量

項(xiàng)目開挖項(xiàng)目主要包括場(chǎng)平開挖、基坑開挖、海內(nèi)基槽開挖三部分。其中，清表10萬(wàn)m2，沼澤清淤4萬(wàn)m3，土方及風(fēng)化巖明挖75萬(wàn)m3，石方爆破6萬(wàn)m3，基坑開挖10萬(wàn)m3（含石方開挖2萬(wàn)m3），海內(nèi)基槽開挖8萬(wàn)m3。

2.2 開挖施工方式

2.2.1 清表施工

清表為常規(guī)施工項(xiàng)目，主要是清除植被及表層腐殖土，采用人工伐木，挖掘機(jī)、自卸車配合清理出渣，施工時(shí)根據(jù)進(jìn)度安排分片區(qū)進(jìn)行。

2.2.2 沼澤清淤施工

沼澤清淤施工需在開挖的同時(shí)進(jìn)行換填，根據(jù)設(shè)計(jì)深度要求，考慮挖掘機(jī)施工平臺(tái)的高度，換填深度小于3 m的選用普通挖掘機(jī)，3 m以上的選用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，根據(jù)沼澤面積規(guī)劃施工道路，采取清淤完成一塊，立即通過換填方式逐步施工。

2.2.3 土方及風(fēng)化巖開挖施工

土方及風(fēng)化巖開挖采用自上而下的順序分層進(jìn)行，合理規(guī)劃施工及出渣道路，結(jié)合邊坡馬道設(shè)計(jì)，采用挖掘機(jī)配合自卸車分層分塊開挖出渣。每一級(jí)馬道形成時(shí)，及時(shí)進(jìn)行排水系統(tǒng)施工，同時(shí)，按設(shè)計(jì)要求防護(hù)開挖邊坡，避免雨季雨水沖刷破壞邊坡[1]。

2.2.4 大體積石方開挖施工

挖除表層土體和風(fēng)化巖后，大體積石方采用爆破方式分塊、分層進(jìn)行。每層巖石采取深孔梯段微差爆破，由上至下分層開挖，梯段最大高度按馬道高度控制。設(shè)計(jì)邊坡采用預(yù)裂爆破，在接近馬道時(shí)底部預(yù)留保護(hù)層，采取水平預(yù)裂爆破，同時(shí)控制單響藥量，避免爆破對(duì)永久邊坡造成破壞。

2.2.5 基坑石方開挖施工

基坑石方開挖主要包括爆破時(shí)預(yù)留的基坑保護(hù)層開挖和不具備爆破作業(yè)條件的水下基礎(chǔ)石方開挖，主要采用履帶式破碎錘進(jìn)行開挖，既能保證基礎(chǔ)完整性，又能減少不必要的超挖。

水下基礎(chǔ)開挖時(shí)基坑排水和邊坡防護(hù)措施為重點(diǎn)監(jiān)控項(xiàng)目，對(duì)于基坑深度較深的泵房等部位，編制專門的安全技術(shù)方案，報(bào)公司總部進(jìn)行專家論證，方案審查通過后方可組織施工。

2.2.6 長(zhǎng)條形基槽石方開挖施工

本項(xiàng)目包括大量地下管線、溝道的開挖，基槽狹長(zhǎng)且深度較深，地下地質(zhì)情況復(fù)雜，遇到巖石地層時(shí)，采用潛孔鉆進(jìn)行等間距鉆孔，采用液壓劈裂機(jī)破碎方式開挖，操作方便，安全環(huán)保。線型溝槽可采用多區(qū)域不同工序交叉施工，在一定程度上形成流水作業(yè)，既能節(jié)約施工成本，加快施工速度，又能避免交叉作業(yè)，減輕安全壓力。

2.2.7 堅(jiān)硬的大孤石開挖施工

基坑、基槽開挖時(shí)遇到硬度較大且體型不規(guī)則的大孤石，破碎錘和劈裂機(jī)施工功效較低時(shí)，先用潛孔鉆鉆孔，采用膨脹劑進(jìn)行靜態(tài)爆破，再用破碎錘進(jìn)行局部處理。

2.2.8 海內(nèi)基槽開挖施工

本項(xiàng)目的碼頭、取排水管線需要開挖水下基槽，根據(jù)地勘資料該區(qū)域?yàn)槟嗌抽_挖，并無石方。其中海岸附近區(qū)域采用長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行開挖，海內(nèi)部分最深達(dá)海面以下13 m，采用抓斗挖泥船分段進(jìn)行開挖，開挖渣料采用運(yùn)泥駁船運(yùn)輸拋卸到指定區(qū)域。

2.3 開挖施工程序

2.3.1 土方開挖施工程序

施工道路修建→清表→坡頂截水溝修建→土方開挖、出渣→邊坡成型→馬道排水溝修建→視情況進(jìn)行邊坡支護(hù)。

2.3.2 石方爆破施工程序

爆破設(shè)計(jì)→現(xiàn)場(chǎng)放樣→鉆孔→裝藥、聯(lián)網(wǎng)→爆破→出渣→視情況進(jìn)行邊坡支護(hù)。

2.3.3 液壓劈裂機(jī)破碎施工程序

現(xiàn)場(chǎng)放樣→鉆孔施工→劈裂機(jī)破碎→出渣→視情況進(jìn)行邊坡支護(hù)。

2.3.4 膨脹劑靜態(tài)爆破施工程序

鉆孔→膨脹劑混合、裝藥→封堵→等待24小時(shí)→出渣。

2.3.5 海內(nèi)開挖施工程序

測(cè)量放樣→抓斗挖泥船拋錨就位→開挖→運(yùn)泥駁船出渣→基槽檢查→視情況進(jìn)行基槽處理。

3 開挖施工規(guī)劃

3.1 施工道路

施工道路是開挖施工的關(guān)鍵，需要考慮道路的合理性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。在保證安全的情況下，合理規(guī)劃臨時(shí)道路既能保證施工進(jìn)度，又能節(jié)約項(xiàng)目成本。前期開挖的臨時(shí)道路依地形布置，減少開挖和回填工程量，后期施工道路與永久道路相結(jié)合，施工期排水與永久排水溝道結(jié)合，減少重復(fù)施工，節(jié)約項(xiàng)目成本。

本項(xiàng)目初期結(jié)合地形及永久道路布置，形成4條互相連通的主要施工道路，施工支路根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要布置，就近接入主路，在各個(gè)路口設(shè)置醒目的交通指示標(biāo)志，盡可能將輕重車輛行走路線分開，形成循環(huán)，既能滿足高峰期的通行要求，又能最大程度保證項(xiàng)目的交通安全。

3.2 爆破施工

受項(xiàng)目當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)限制，爆破相關(guān)作業(yè)只能由當(dāng)?shù)赜匈Y質(zhì)的爆破公司完成，且爆破相關(guān)的火工產(chǎn)品需要提前3個(gè)月申請(qǐng)，現(xiàn)場(chǎng)必須建立專門的炸藥庫(kù)，由當(dāng)?shù)鼐截?fù)責(zé)保管和出入庫(kù)管理。

基于此，前期土方開挖時(shí)，項(xiàng)目先完成炸藥庫(kù)的建設(shè)和驗(yàn)收，選定具有資質(zhì)的爆破分包商，并與爆破分包商一起根據(jù)地勘資料估算火工用品的用量，提前準(zhǔn)備好相關(guān)的批文手續(xù)，提前組織爆破相關(guān)的設(shè)備、材料進(jìn)場(chǎng)。

在土方及風(fēng)化巖開挖施工安排時(shí)，優(yōu)先將需要爆破的區(qū)域挖開到巖石面，使爆破作業(yè)具備連續(xù)施工的工作條件，盡量縮短爆破分包商的工作時(shí)間。

項(xiàng)目在當(dāng)?shù)氐谋瓢踩?guī)定和中國(guó)的爆破安全規(guī)定中就高不就低，以最高的安全要求和嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)管控確保爆破安全不出問題。

在爆破作業(yè)施工前，對(duì)爆破施工中涉及的安全指示信號(hào)、溝通管理機(jī)構(gòu)、安全警戒范圍等進(jìn)行詳細(xì)交底，并組織現(xiàn)場(chǎng)模擬演練，做到爆破安全人人有責(zé)、安全意識(shí)深入人心、全員參與監(jiān)管。

現(xiàn)場(chǎng)爆破作業(yè)施工時(shí)，采用中方和當(dāng)?shù)胤职搪?lián)合監(jiān)管的模式，對(duì)火工產(chǎn)品的出入庫(kù)、爆破設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)資料等進(jìn)行雙重審核，保障爆破作業(yè)安全可控。

3.3 雨季施工

開挖施工，尤其是土方開挖和基坑開挖要盡可能避開雨季施工，爆破作業(yè)在一定程度上也受降雨的制約。

進(jìn)入雨季之后，開挖功效只能達(dá)到旱季的1/3。開挖料需考慮回填的土石方平衡，實(shí)際功效只能達(dá)到旱季的1/4。為此，項(xiàng)目在雨季前加班突擊，加快進(jìn)度，進(jìn)入雨季后，只對(duì)條件較好的區(qū)域進(jìn)行開挖，待雨季結(jié)束后再開始大面積施工。

對(duì)于雨季開挖的區(qū)域，要重點(diǎn)強(qiáng)化該區(qū)域的施工道路和排水，采用石渣硬化施工道路，安排專門人員和設(shè)備進(jìn)行道路維護(hù)，避免陷車。在基坑頂部設(shè)置擋水圍堰和排水溝，避免積水流入基坑。

對(duì)于面積較大、結(jié)構(gòu)比較重要部位的基坑施工，安排在旱季施工，抓住時(shí)機(jī)及時(shí)完成驗(yàn)槽和墊層混凝土的澆筑，規(guī)避積水對(duì)基坑基礎(chǔ)承載力的影響。

3.4 風(fēng)浪期施工

由于項(xiàng)目海域風(fēng)浪期較長(zhǎng)，且風(fēng)浪較大，海上作業(yè)的船舶在風(fēng)浪期無法安排施工，為此，海內(nèi)開挖安排在風(fēng)浪期結(jié)束后，一方面考慮施工安全，另一方面減少海浪帶來的泥沙回淤影響，合理安排施工時(shí)段，在風(fēng)浪期空檔完成開挖、水下管道安裝和回填等受風(fēng)浪影響的工作。

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 開挖施工

開挖接近基底時(shí)，預(yù)留20 cm保護(hù)層，保護(hù)原狀土不受擾動(dòng)，以便控制邊坡，避免超挖和欠挖。

爆破施工時(shí)，要根據(jù)地勘資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，避免爆破作業(yè)對(duì)邊坡和基坑的破壞。在地下水位以下開挖時(shí)，先降水保證地下水降到基坑底面50 cm以下，有利于干地作業(yè)，因地制宜地采用布置集水坑抽排或在基坑周邊采取井點(diǎn)降水的方式降低地下水位。

在開挖過程中，注意集水井的保護(hù)和出水量的觀察，當(dāng)集水井淤積量大或開挖時(shí)被破壞，要及時(shí)清洗或重新施工。對(duì)于開挖邊坡，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)坡比開挖，避免遺留坡度過陡、倒懸等安全隱患，要及時(shí)保護(hù)開挖邊坡，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，采取掛網(wǎng)、噴錨支護(hù)、防雨布覆蓋等防護(hù)措施，保證邊坡安全[2]。

4.2 海內(nèi)基槽開挖

水下基槽開挖前，根據(jù)水深圖，按確定的方法進(jìn)行分段、分條、分層開挖。為防止漏挖，分條施工時(shí)要采用搭接開挖，搭接重復(fù)寬度不小于2 m。

施工時(shí)，挖泥司機(jī)根據(jù)挖泥船上吊斗主吊的深度標(biāo)尺，控制抓斗的開挖深度。挖泥船移船時(shí)，要準(zhǔn)確定位，控制移船前進(jìn)的距離，以免造成漏挖?；鄯侄伍_挖結(jié)束后進(jìn)行分段標(biāo)高測(cè)量，發(fā)現(xiàn)淺點(diǎn)或漏挖的地方及時(shí)補(bǔ)挖，確保開挖質(zhì)量。

水下邊坡開挖時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)必須根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的設(shè)計(jì)坡比計(jì)算邊坡寬度，按矩形斷面開挖。遇到泥層較厚時(shí)，要分層按階梯斷面開挖，使挖槽自然坍塌后接近設(shè)計(jì)邊坡。

開挖完成后，根據(jù)水深采用標(biāo)尺或超聲波探測(cè)儀檢查驗(yàn)收，盡快銜接后續(xù)工序，避免海浪沖刷造成的泥沙淤積。

4.3 液壓劈裂機(jī)破碎施工

采用液壓劈裂機(jī)破碎施工時(shí)，劈裂孔位要確保在同一平面內(nèi)，且孔深要保持一致，間距要均勻分布。劈裂施工時(shí)，分裂器的劈裂頭完全插入孔中后，方能啟動(dòng)分裂器上的控制閥進(jìn)行分裂，避免劈裂頭上下受力不均而導(dǎo)致劈塊斷裂。

如果巖石上表層有土層或其他與巖石硬度相差很大的介質(zhì)，則要將上表層土層或介質(zhì)清除后再在巖石上布孔。不能在沒有凌空面的巖體平面中直接進(jìn)行分裂作業(yè)，這樣不但劈裂不開巖石，而且很有可能導(dǎo)致劈塊斷裂。施工前聯(lián)系廠家技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，培訓(xùn)專門的操作人員，在保證施工進(jìn)度的情況下規(guī)范設(shè)備的實(shí)際操作，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

4.4 膨脹劑靜態(tài)爆破施工

膨脹劑要貯存于干燥處，避免受潮、變質(zhì)、失效。膨脹劑要隨配隨用，配制后立即裝入干凈的炮孔，并在10分鐘內(nèi)使用完畢，垂直孔可直接灌入。對(duì)于水平孔或斜孔，可用干稠的膨脹劑膠泥搓條塞入，或用炮棍送入孔中并搗實(shí)，裝藥需填滿炮孔。如果遇炮孔中有水，可將靜態(tài)膨脹劑裝入塑料袋進(jìn)行保護(hù)?？妆谶^干時(shí)，要適當(dāng)灑水濕潤(rùn)孔壁，以保證水化反應(yīng)。

在施工前根據(jù)膨脹劑的廠家說明，選擇對(duì)應(yīng)參數(shù)，選取具有代表性的工作部位進(jìn)行操作性試驗(yàn)，驗(yàn)證并選擇最終的使用配比。操作過程中，操作人員按規(guī)定佩戴安全防護(hù)用具，在施工區(qū)域周邊布置安全警示帶，確保施工安全。

4.5 雨季施工

對(duì)于無法避開雨季進(jìn)行的開挖施工，提前做好雨季施工措施和應(yīng)急預(yù)案，組織逐級(jí)交底，確保施工安全和施工質(zhì)量。雨季施工時(shí)注意天氣變化和及時(shí)收集天氣預(yù)報(bào)信息，提前做好防范措施。做好雨季施工的物資、設(shè)施的準(zhǔn)備工作，大雨過后做好現(xiàn)場(chǎng)檢查，減少雨后損失。

開挖前要在工作區(qū)域四周做好擋水堰、排水溝等截水排水設(shè)施，防止地表水流入基坑內(nèi)或大量滲入坑邊土體影響邊坡的穩(wěn)定。提前備好水泵等排水設(shè)備，從上到下分層分段依次開挖，做好集水井等抽排系統(tǒng)，下雨時(shí)及時(shí)排除落雨，防止雨水浸泡。及時(shí)對(duì)開挖邊坡進(jìn)行清理，排除浮渣和松散體，清理完成后采用防雨布進(jìn)行整體覆蓋，減輕降雨對(duì)邊坡的影響。雨季施工期間，加強(qiáng)對(duì)基坑邊坡的巡查，確保邊坡穩(wěn)定，防止滑坡及塌方事故。

施工完成后要迅速協(xié)調(diào)組織好驗(yàn)收等工作時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行混凝土施工，減少土層暴露時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合北蘇三火電項(xiàng)目開挖施工項(xiàng)目較多、地質(zhì)條件復(fù)雜、受制約情況較為突出的特點(diǎn)，分析不同部位、不同時(shí)段需要采取的不同開挖施工方式，分析各種開挖方式的重要注意事項(xiàng)，歸納總結(jié)重大影響因素的處理方案。只有因地制宜將各種開挖方式的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合在一起，才能最大限度縮短工期、節(jié)約成本。文章基于印尼北蘇三項(xiàng)目的特殊環(huán)境進(jìn)行的探析，多有不足之處，以期為類似項(xiàng)目的建設(shè)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉昊.淺析某火電站土建施工方案[J].科技風(fēng)，2013（23）：130.

[2] 王剛.火電廠地下管網(wǎng)模塊化整區(qū)域開挖施工技術(shù)[J].工業(yè)B，2015（29）：272-273.

作者簡(jiǎn)介：朱永泉（1981—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：火電工程技術(shù)管理。