高海拔地區冬季邊坡開挖方法研討

姚 必 全， 劉 昕 鑫， 汪 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

?

高海拔地區冬季邊坡開挖方法研討

姚 必 全， 劉 昕 鑫， 汪 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

高海拔地區受氣候凍融影響，邊坡開挖通常存在風險大、功效低、易塌方等施工難點。通過對果多水電站右岸邊坡開挖施工方法進行研究，采取了多種科學、有效的防范措施，解決了高海拔復雜地質條件下冬季邊坡開挖的施工難題，可為其他類似工程提供借鑒。

冬季；高海拔地區；邊坡開挖；研討；果多水電站

1 工程概述

果多水電站工程位于西藏自治區昌都縣境內，為扎曲水電規劃“兩庫五級”中第二個梯級電站，總裝機容量為160 MW(4×40 MW)，工程等別為三等，工程規模為中型。電站開發任務以發電為主。筆者結合該電站右岸壩肩邊坡開挖的實際情況，對高原環境下冬季開挖施工特點進行了分析并提出了冬季施工方案，可為西藏地區其他類似工程提供借鑒。

2 水文地質情況及冬季施工特點

2.1 水文地質情況

果多水電站施工區氣候條件極其惡劣，具有氣候多變、高寒缺氧、紫外線輻射強、地質條件復雜等特點。該地區氣象統計資料顯示：極端最低氣溫為-20.7 ℃，多年平均氣溫為5.6 ℃；晝夜溫差較大，最大月平均溫差高達18.8 ℃，年平均溫差為16 ℃。空氣稀薄，氣壓低(不及海平面氣壓的一半)，水的沸點只有84 ℃～87 ℃；含氧量低，相當于海平面的70%左右。

果多水電站右岸壩肩邊坡開挖范圍為高程3 524～3 338 m，垂直開挖高差為186 m。邊坡地質條件極其復雜，巖石主要為砂巖和泥巖，產狀呈順河向條帶狀分布。兩岸坡基巖主要為三疊系上統奪蓋拉組(T3d)砂巖夾泥巖和侏羅系下統查郎嘎組(J1ch)砂巖、泥巖互層，加之工程區屬高寒地區，受地形地貌、地層巖性、氣候條件等影響，壩址區物理地質現象主要表現為卸荷崩塌、風化、泥石流和堆積體等形態。巖體卸荷主要表現在兩岸地表陡崖處，勘探資料顯示，左右岸卸荷帶水平深度為5～18 m，風化形式主要為順裂隙形成的風化深槽及泥化夾層，岸坡強風化水平深度為3～10 m，弱風化水平深度為30～45 m，微風化水平深度為40～65 m；河床強風化垂直深度為2～4 m，弱風化垂直深度為15～20 m，微風化垂直深度為30～35 m。

2.2 高海拔地區冬季開挖施工特點

(1) 凍土開挖，施工難度加大。

凍土是一種特殊的、低溫易變的自然體，具有凍脹和融沉等特性。據統計，該工程所在地冬季最冷時段為1月份，其凍土的平均深度為0.5 m，最大深度可達1.5 m，硬度基本與巖石相同，開挖只能通過大型挖掘機或采用爆破方式施工，進度緩慢，難度明顯加大，成本顯著增加。

(2)人工、機械工效明顯降低。

在高海拔地區，受極端氣侯條件、施工人員和機械設備對高原地區不適應性等因素影響，施工效率明顯降低。據統計，相比海拔1 000 m以下地區，高原地區非冬季人工平均降效34%左右，機械降效32%左右。降效主要體現在實際有效施工時間大幅縮短，施工效率明顯降低。

(3)晝夜溫差大，反復凍融破壞。

據統計，該工程在各個月份平均溫差和最大溫差整體均較為穩定，各月日平均溫差為13.8 ℃，各月日最大溫差(單日晝夜最大溫差)平均為21.4 ℃，平均溫差和最大溫差最小的時段在8月份。冬季到來，夜間氣溫降至零度以下，由于巖層間隙水的存在，邊坡巖層會發生反復凍融破壞(圖1)。凍融破壞對邊坡穩定影響很大，造成在開挖過程中時常發生塌方、滑坡現象，存在較大的安全風險。

圖1 晝夜凍融破壞造成邊坡安全隱患過程示意圖

(4)強風、暴雪等惡劣天氣影響。

工程所在地氣象多變，強風最高風速為15.1 m/s，強降雨最大月降雨量為214.4 mm，冰雹主要發生在3～10月，隨機性較強，降雪在12月～2月最為厲害，約為其他月份發生次數之和的2～3倍。惡劣天氣中特別是強降雨、降雪、冰雹對施工造成的影響最大。

(5) 含氧量降低，高原反應加劇。

根據對現場統計數據及結果進行分析顯示，該地區氣壓平均為675 mbar，空氣密度平均為859.6 g/m3，含氧量平均為178.6 g/m3。施工所在地的氣壓、空氣密度、含氧量三者間存在較大聯系。在冬季，高原反應程度尤為強烈。

高原反應表現在對施工人員和施工機械兩個方面。一方面，高原反應加劇了對施工人員的生命健康、工作積極性造成的影響；另一方面，高原反應對機械設備的正常運行造成影響。由于含氧量降低、氣缸內充氣量減少，可燃混合氣過濃，燃燒不充分，排氣煙度增大，機油粘度增大，導致啟動阻力增大，進而造成發動機的功率下降，工程機械的可靠性、安全性及使用壽命等得不到保證，不僅降低了工程生產效率，而且增加了保養維護成本。

3 所采取的冬季開挖施工措施

3.1 提前儲備物資

施工所需的機械備品備件、常用的消耗、周轉性材料、冬季施工保溫材料、燃料等均需提前進行組織。應在冬季到來前2個月組織到位并做好各項冬季施工準備。

3.2 加強氣象監控和天氣預報

加強對現場氣象情況的監控和天氣預報。如果出現暴雪、強風、暴雨等惡劣天氣征兆時，應提前做好相應的防范準備。必要時，可以對施工計劃適當做出相應調整，以保證開挖施工的安全。

3.3 做好保暖、保溫措施

冬季施工應做好各項后勤保障服務，如對水管纏繞加熱帶，并在管壁外部包裹多層保溫材料；加強對供電線路的檢修和巡查力度；對施工機具的油箱及供油管路實施保溫，臨時使用時應覆蓋保溫板或保溫被等；已開挖面在氣溫過低的情況下不宜進行噴射混凝土施工；錨桿施工過程中需對攪拌用水進行加熱，經現場多次實驗得知，水溫應不低于40℃，并盡量縮短注漿時間。

3.4 加強道路維護，做好除雪和防滑措施

及時清理路面積雪、積水，對路面結冰應及時鑿除或撒鹽等。工程車輛在大雪天作業時，輪胎應掛防滑鐵鏈。

3.5 合理安排施工時段

高原地區冬季施工效率低，機械容易出現故障，因此，其開挖施工應盡量安排在稍暖和的時段進行。施工前，應做好邊坡安全隱患排查，發現問題及時組織人員排險，確保安全后再進行其下部的開挖施工。如需夜間低溫時段施工，應做好現場照明和安全警戒工作，設備不宜熄火，以免油箱或管路結冰發生機械故障。

3.6 合理選擇施工機械并加強保養維護

首先，施工前應選用適應高原環境的機械設備，通過減少供油系統油量、縮短供油提前角、調整發動機增壓、改用風冷式中冷器、優化設備的電路系統等，以提高設備機械對高原環境的適應性；其次，要加強對機械操作人員的技能訓練，建立專業維修隊伍，對機械進行及時的維修；再次，采用-20#柴油，預防油料結冰并做好機械的防凍保暖工作。在施工間歇期，對發動機、散熱器、蓄電池及電子器件進行包裹、覆蓋保溫；對停放較長時間的工程機械，每周不少于2次啟動，以消除凍結現象；在作業過程中短暫休息時，應選擇向陽、避風處停機。

4 結 語

在果多水電站壩肩開挖施工過程中，通過多種防寒抗凍施工方法的成功運用，取得了良好的效果，實現了按期向混凝土施工轉序的進度節點目標。同時積累了在冬季高原高寒冷環境下如何提高人員和機械效率的寶貴經驗，可為今后類似工程提供借鑒。

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV52

B

1001-2184(2016)06-0020-02

姚必全(1981-)，男，四川廣安人，果多項目部總質檢師，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

劉昕鑫(1987-)，男，四川成都人，果多項目部工程技術部主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

汪 明(1986-)，男，重慶云陽人，果多項目部質安部副主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與質量安全管理工作.