騰龍橋一級水電站大壩邊坡施工技術探討

楊建國， 楊從宏， 李君祥

(中國水利水電第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650041)

1 概 述

1.1 工程概況

騰龍橋一級電站位于云南省保山市龍陵縣與騰沖縣兩縣界河龍江干流下游，是以發電為主的水電樞紐工程。電站裝機容量95 MW，總庫容4 372.9萬m3，電站保證出力13.87 MW，多年平均發電量40 597萬kW·h，年利用小時數4 273 h。樞紐布置主要建筑物有：攔河壩、沖沙孔、右岸發電壓力管道及壩后廠房、左岸導流隧洞、溢洪道、消力池等。

攔河大壩為混凝土重力壩，最大壩高65.70 m，溢流表孔共2孔，沖砂孔布置在壩身，斷面為5 m×7 m，發電取水孔壩段布置于右岸，共設三孔，廠房布置于大壩右岸，為壩后式地面廠房。

大壩邊坡開挖工程包括左右岸水面以上土石方開挖及支護、錨索、截排水設施等。

1.2 工程地質條件

壩址河段地處構造侵蝕中山陡坡地貌區，為斜向谷，谷底為侵蝕堆積成因的河流低漫灘。壩址河道呈向西突的弧形展布，總體由北向南流，高程1 151～1 149 m，谷底寬40～55 m，從上游向下游逐漸變寬，河流縱比降1‰～2‰，河谷呈基本對稱“V”型谷；漫灘寬1～20 m不等，枯期高出河水面0.1～1.0 m。兩岸高程1 360～1 380 m，相對高差230 m，地形坡度35°～45°,右岸局部發育陡崖(高20～30 m)；受擠壓破碎帶及巖體完整性影響，兩岸侵蝕溝發育，坡面地形完整性差。

樞紐區內出露第三系上新統芒棒組中段地層，左岸表層大部分被第四系松散層覆蓋，右岸基巖露頭相對較好。兩岸堆積層厚3～15 m，河床砂卵礫石、漂石層厚8～15 m。基巖為右岸基巖露頭二層(N2m2-2)灰、深灰、灰黃色巖屑、晶屑凝灰巖、玄武巖夾石英巖及凝灰質板巖。

壩址樞紐區位于區域隱伏斷裂—龍江斷裂西側，龍江斷裂于左壩肩約1.3 km處通過，控制著樞紐區地質構造。樞紐區巖層整體傾向SW(即傾向右岸)，傾角25°～50°，其中以30°～40°占主導，整體呈一單斜構造，局部因巖相變化、巖性差異及受斷層影響，產狀有差異或發育規模不大的小褶曲導致產狀稍顯凌亂。壩址區無較大規模斷層通過，但受區域構造的影響，區內NW向中小規模的斷層或擠壓破碎帶較為發育，組成物質以糜棱巖、角礫巖及碎裂巖為主，膠結較差、強度低，屬區內Ⅲ級結構面，Ⅳ、Ⅴ級結構面主要為巖石流面、卸荷裂隙及構造裂隙。

據地質測繪及勘探平硐節理裂隙統計，壩址區節理裂隙主要特征為：①左岸優勢結構面為傾向SW和NE、走向NW，結構面以流面和反向剪切裂隙為主，傾角以40°～70°陡傾為主，裂隙延展性差、發育密度高；②右岸巖體節理裂隙產狀較亂，除NE傾向的裂隙發育相對較弱外，其余各向均有發育，其中以NW向結構面發育相對密集，結構面以流面為主，傾角以40°～70°陡傾角為主；裂隙延展性差。

壩址區巖石風化強，巖體完整性差，加之河流侵蝕切割強烈，巖體卸荷變形顯著，與此相伴而生的卸荷崩塌、侵蝕及滑坡等不良物理地質現象較發育。對工程影響較大的主要為侵蝕沖溝；壩址巖石強風化平均埋深14.0～28.6 m，最深56.3 m，左岸巖石風化相對較強、強風化垂直埋深較大，河床基巖為弱風化巖體。

壩址樞紐區含(透)水層主要為第四系松散堆積層、強風化巖體及弱風化上帶巖體。巖(土)體根據勘探鉆孔壓(注)水試驗獲得透水率，巖(土)體透水率q平均值在8.05～76.0 Lu之間，屬弱～中等透水巖(土)體。其中，Q松散堆積物、強風化巖體以及部分弱風化帶中的擠壓破碎帶巖體的透水率q均大于10.0 Lu，為含水透水巖體；弱風化巖體的透水率q一般小于5.0 Lu，為相對隔水巖體。壩址左岸水力比降0.16～0.3，右岸水力比降0.11～0.25。

2 施工臨時設施布置

2.1 大壩左岸

大壩左岸各種臨時設施、道路等方案在實施過程中進行了較大幅度調整。

2.1.1 左岸施工交通

左岸施工通道布置分五部分：第一部分從導流洞出口下游跨江大橋頭開始，通過導流洞出口(導流洞出口明渠增加明拱)，布置一條坡度約11.5%上壩公路至壩頂1 203.7 m平臺；第二部分從消力池邊坡EL 1 160 m公路開始向下游至導流洞出口上方山脊EL 1 188 m回頭，設置一條坡度25%的便道，與上壩公路相連；第三部分利用場內原EL 1 160 m公路，在開挖區下部EL 1 160 m設置臨時積渣場；第四部分根據開挖進度，從消力池邊坡下游EL 1 160 m公路布置一條坡度約16%便道至開挖區EL 1 185 m用作開挖出渣；第五部分為開口線上方坡頂EL 1 325 m臨時道路。

2.1.2 左岸施工場地

根據現場條件，左岸邊坡上部施工區域不宜設置其它道路，但邊坡開口線上方坡頂約80 m處有一條鄉村公路通過，且公路下方有一塊較平緩坡地。經與建設單位協商，從該公路布置一段臨時施工道路至平緩地段，對其進行開挖整平，邊緣部位用鋼筋石籠加固護腳，形成一塊長30 m、寬20 m的場地。在此基礎上布置施工水池、砂石骨料倉、水泥庫房和混凝土臨時拌和站以及混凝土噴機、鋼筋、套管等其他材料轉運堆積場。

2.1.3 左岸施工臨時設施

考慮到空壓機等供風機械對于電源電壓的要求和開挖區爆破的影響，供電、供風設施及鋼筋加工廠統一布置于左岸導流洞出口右側，距離開挖區約200 m。供風、供電管(線)路經左岸上壩公路下邊坡→上壩公路→左岸邊坡下游沖溝→開挖區邊緣；供水管路直接用200 m揚程潛水泵從導流洞出口明渠抽水至左岸EL 1 325 m平臺水池，用作混凝土拌制和施工用水。

2.2 大壩右岸

大壩右岸因征地導致開工滯后三個月，為搶回滯后的工期，也需要對原方案中的施工交通、臨時設施等進行較大調整。

2.2.1 右岸施工交通

首先利用穿過邊坡第一個平臺EL 1 274 m的鄉村道路作為出渣通道，并啟動跨江大橋至右岸2號渣場臨時道路、右岸上壩公路、跨江大橋至右岸廠房公路施工；其次把招投標階段方案中布置于開挖區上游的臨時道路布置于下游，從EL 1 258 m進入開挖區。根據開挖進度，當EL 1 258 m道路不再具備通行條件時，應及時斷開，根據相關要求直接用挖掘機開挖石渣填平下游沖溝。在后續施工中，分別從EL 1 248 m、EL 1 233 m、EL 1 218 m、EL 1 203.7 m、EL 1 189 m、EL 1 174 m、EL 1 163.3 m各平臺向下游修筑臨時道路，與上壩公路和進廠房永久道路連通。隨著邊坡開挖過程中不斷提前修筑道路，不僅要滿足現場土石方開挖出渣運輸需要，還要保證有一定的前瞻性，不能因通道影響開挖運輸。此時整個大壩右岸邊坡開挖所有通道全部根據施工進度提前具備通行條件，在開挖施工期間和開挖完成后依其功能適當保留和挖除。

2.2.2 右岸施工場地和臨時設施

右岸邊坡開挖支護投標方案是把變壓器、空壓機布置于業主供電終端桿附近，右岸上壩公路下方，距離開挖區約150 m。前文提到，這一部位尚未進行場內道路施工，變壓器、空壓機等設備無法運輸至此，后續上壩公路施工還會與這些臨時設施有較大干擾。項目部結合設計圖紙，決定充分利用開挖邊坡上部(位于邊坡頂第一個平臺上的鄉道)，積極與業主、設計、監理溝通，調整邊坡開口線，坡頂開挖向外擴張6 m，把坡頂段鄉村道路從6 m擴挖成12 m寬的平臺(后期成為水電站觀景平臺)，變壓器、空壓機、砂石骨料、鋼筋水泥、錨索加工等設備設施全部設置于道路外側，預留安全距離，做好安全防護。啟動邊坡開挖的同時啟動臨時設施建設，原方案一個月才能做好的臨時設施，花5 d就完成了，做到支護緊跟邊坡開挖，且后續上壩公路施工與已做好的臨時設施沒有任何干擾，確保后續趕工順利實施。施工用水從邊坡下游沖溝直接引接山泉。

3 施工程序

3.1 左岸施工程序

因大壩左、右岸邊坡地形地質條件不同，支護參數不同。左岸開挖工程量相對較小，但支護工作量大是關鍵，所以，對其邊坡采取自上而下、隨挖隨護的施工程序。壩頂平臺以上基本為土方邊坡開挖支護，其工序如下：施工準備→原始地形測量→開口線測量放樣→砍樹及清理表層植被、坡面松散體→邊坡截水溝開挖襯砌→開挖線與截水溝間坡面清理及掛網噴混凝土支護→排水孔施工→第一層平臺上邊坡開挖及修整→掛網及噴混凝土初支護→錨筋樁施工(錨索施工)→平臺及邊坡混凝土板澆筑(同時啟動第二層平臺部分邊坡開挖)→驗收。局部石方開挖利用手風鉆孔，松動爆破配合光面爆破的方式開挖。

地形測量采用南方GPS配合徠卡TCR402全站儀進行測量，用南方CASS軟件成圖；邊坡開挖分層高度3 m，邊開挖邊用全站儀檢查，確保開挖質量。開挖土方先直接用反鏟挖掘機拋擲至下方預先設置好的積渣平臺，用裝載機或者反鏟挖掘機裝車，級配良好的土石渣用自卸汽車運至導流洞出口填筑上壩公路，黏土和其他不適宜填筑路基的土方運至左岸1號渣場。開挖完成3 m后立即掛鋼筋網進行噴混凝土支護封閉后，進行排水孔施工，然后啟動第二層開挖及網噴混凝土支護，當第一個平臺以上開挖及網噴混凝土完成后，開始施工錨筋樁(錨索)。錨筋樁工序如下：搭設腳手架→鉆孔→下套管→驗孔→下錨筋樁→封孔→灌漿→檢查→驗收；錨索工序如下：搭設腳手架→鉆孔→下套管→自由段灌漿護壁→錨固段灌漿護壁→驗孔→錨索制作及安裝→安裝錨拉板及錨墩鋼筋、埋件→錨墊板及錨墩混凝土澆筑→錨固段灌漿→張拉錨索→封錨→檢查→驗收，張拉時以張拉力作為主控項目，伸長值作為校核。錨筋樁(錨索)施工完成后開始貼坡混凝土澆筑，在坡頂平臺拌制混凝土，用溜筒入倉。同時在進行變形監測，確保安全的前提下啟動下一階段平臺開挖及初期支護。

壩頂平臺以下石方開挖因成孔困難，造預裂孔爆破效果不理想，大部分采用液壓潛孔鉆造孔，預留保護層松動爆破，手風鉆修整規格處理欠挖，局部用挖掘機修坡的方式開挖。

3.2 右岸施工程序

右岸邊坡的特點是：跨江大橋不通車，開工滯后三個月；上壩及廠房公路、臨時設施不能提前施工；整體開挖量是左岸三倍多且石方開挖量的90%；爆破作業多等。因土石方開挖是關鍵線路，且支護工作應緊跟開挖面，因此對其邊坡采取自上而下、開挖臺階超前，預留保護層作為支護工作面的方式施工。

首先啟動EL 1 274 m鄉村公路以上開挖，同時開始右岸臨時設施、上壩公路、拌和樓臨時道路等施工。大壩右岸邊坡地質條件較好，且壩頂平臺以上每個平臺間高差均為15 m，開挖分層高度土方為3～4 m，工序如下：施工準備→原始地形測量→坡面植被及覆蓋層清理→測量放樣→分層開挖→邊坡修整→分層網噴混凝土→錨桿及排水孔→檢查驗收→下一層開挖支護。石方分層開挖支護高度為5 m，預裂孔造孔深度為16.8 m(兩個平臺間坡長)，主爆孔造孔深度10～15 m，工序如下：測量放線→預裂孔鉆孔→預裂爆破→主爆孔鉆孔→爆破→分層出渣→邊坡修整→網噴混凝土→錨桿及排水孔→檢查驗收→下一層出渣。開挖預裂爆破參數見表1。

表1 預裂爆破參數

預裂爆破采用Ф25或者Ф18卷狀乳化炸藥，人工裝藥，裝藥結構為空氣間隔不耦合形式，起爆網絡采用非電導爆系統、導爆索傳爆、磁電雷管起爆方式。

第二個平臺以上開挖及臨時支護完成后，啟動預應力錨索施工，工序與左岸基本相同。

4 存在問題

4.1 左 岸

(1)臨時設施如變壓器、供風站等布置前考慮不充分，位置有一定沖突，供風、供水管路布置長，安全隱患大，對工期有一定影響。

(2)上壩公路進入壩頂部位與設計邊坡沖突，未提前進行調整，影響工期且施工期存在較大安全隱患。

(3)左岸實際揭露的地質條件比招標期間提供的資料顯示更差，錨索、錨筋樁、排水孔、錨桿及爆破孔造孔和施工難度增加，質量難以控制，施工成本大幅度增加。

(4)消力池邊坡部分布置于坡積層和堆積層上，且存在上陡下緩的凸坡，部分邊坡坡度與巖層傾角夾角很小或接近平行，極不利于邊坡穩定。

4.2 右 岸

(1)合同談判期間未對右岸開工、跨江大橋通車時間，右岸鄉村道路是否滿足雨季施工運輸強度等進行評估，開工后直接進入主汛期，開工后跨江大橋遲遲不通車，鄉村道路在使用過程中損毀嚴重，對工期有較大影響。

(2)未全面系統對右岸臨時和永久道路、場地及其他臨時設施進行規劃布置，對后續工程影響較大。

(3)右岸開挖工程量與渣場規劃容量不匹配，跨江大橋通車滯后，未及時調整，因此部分棄渣造成后續圍堰施工困難。

(4)壩頂EL 1 203.7 m至EL 1 166 m平臺在大壩壩基范圍內一次開挖高度近38 m，坡長達43 m，受造孔設備尺寸限制，采用分段預裂造孔開挖，局部超挖較大，對后期大壩混凝土澆筑成本影響較大。

5 結 語

本文著重探討了中型水電工程大壩邊坡施工臨時設施布置與主體施工的相互關系。要做好前期規劃，提前長遠考慮，深入現場，結合實際情況和工期進行調整，盡量做到臨時設施一次到位，不重復布設，不與主體施工發生相互影響和矛盾，確保工程實施過程中質量、安全、進度、成本等工作不受臨時設施的影響或使影響降至最小。