北盤江善泥坡水電站壩肩開挖施工技術

(中國水利水電第四工程局有限公司，貴州 六盤水，553000)

1 工程概況

1.1 工程概況

善泥坡水電站位于北盤江干流中游河段貴州省六盤水市水城縣順場鄉境內，距水城縣118km，距貴陽市362km。電站水庫正常蓄水位885m，總庫容0.850億m3，調節庫容0.246億m3，是日調節水庫。電站裝機容量185.5MW，保證出力20.78MW，多年平均發電量6.788億kW·h。

本工程為Ⅲ等工程，工程規模為中型，工程樞紐主要由碾壓混凝土拱壩、壩身泄洪系統、右岸引水系統及地下廠房和小機組引水發電系統等組成。

壩址處為“U”形谷，河床高程800.00m，左右岸均為高聳的陡壁。左岸陡壁頂高程1200.00m左右，相對高差400m。右岸在960.00m高程以上為緩坡，相對高差160m。壩址區為典型的溶蝕-侵蝕河谷地貌伴隨有強烈的溶蝕、塌陷、崩塌作用，階地殘缺不全。壩址部位卸荷裂隙、結構裂隙以及溶隙發育。且兩岸開挖僅左右岸壩頂交通洞可用，無中線開挖施工道路。窯洞式開挖，使得壩肩開挖線順大壩結構線設置，減少開挖工程量。

1.2 大壩土石方開挖主要工程量

善泥坡水電站大壩土石方開挖主要工程量及完成情況見表1。

表1大壩土石方開挖主要工程量

2 壩肩窯洞式開挖

2.1 窯洞式開挖背景

⑴左右岸壩頂至河床高度近百米，邊坡高陡，無條件布置機械施工道路，僅能采取人工開挖的方式，施工作業面狹窄，難度較大；

⑵左右岸壩肩在開挖邊界以外上下游側存在多處卸荷破碎巖體，受到擾動后必然使支護工程量增加，而窯洞式開挖方案則可減少開挖工程量、減少邊坡高度和范圍、降低施工難度；

⑶按照傳統壩肩開挖，壩頂以上開挖近70m，需新建機械、人員施工道路，且頂部開挖面邊坡陡、厚度薄、耗時長，采用窯洞式開挖，直接取消壩頂以上開挖，大大縮短工期。

2.2 壩肩窯洞式開挖方法與施工技術

2.2.1 開挖方法與施工技術

由于左右岸壩肩窯洞嵌入山體內的深度較深，按照原設計10m一層梯段爆破，周邊預裂孔半孔率僅45%，低于設計要求50%以上，且超欠挖偏離達到20cm以上，難以處理。經多次研究調整，確定改變設計的深孔梯段爆破方式，調整為水平預裂與垂直淺孔聯合爆破方法。結合現場實際陡峻的地形，將每一層開挖分為三個區，靠近拱端為Ⅲ區、壩肩岸坡5m內為Ⅰ區、其余部分為Ⅱ區。

Ⅲ區采用豎向鉆孔垂直爆破；Ⅱ區采用短進尺、多循環的洞挖方式進行開挖施工；Ⅰ區采用垂直梯段開挖方式進行。由于壩肩窯洞嵌入山體深度隨著開挖高程的變化一直在變化，在每一層開挖前，將Ⅰ區5m采用豎向鉆孔周邊預裂的爆破方式開挖，扒渣后開挖出施工掌子面后緊跟Ⅱ區的開挖，Ⅱ區采用手風鉆鉆孔上下游面采用光面爆破，單循環進尺按4m～5m控制。當Ⅱ區開挖完成后，進行Ⅲ區拱肩段的施工，采用手風鉆進行邊坡預裂爆破造孔。

大壩壩肩開挖采用窯洞式水平光面與垂直鉆孔相結合的爆破方式開挖，短進尺小藥量，壩肩上下游呈弧狀，采取淺孔水平光爆+上下游預裂爆破，解決了深孔梯段作業爆破上下游光爆超欠挖偏離太大的難題。

圖1 窯洞式開挖分區布置示意(單位：mm)

2.2.2 機械布置

壩肩開挖大部分集中在上壩交通洞范圍內。在壩頂交通洞頂部設置滑輪，由卷揚機完成反鏟、潛孔鉆機等大型設備垂直運輸，成功解決了設備避炮難題，避免了常規避炮引起的超挖與結構體型破壞；同時實現設備迅速到達與撤離現場，提高了設備利用率。

大壩左右岸888m～800m高程以下拱肩窯洞式開挖，采用手風鉆造孔，上、下游側倒懸體及部分邊坡部位光面爆破，外部梯段爆破高度控制在3.0m范圍內，自上而下、分區分臺爆破施工。

由于左右岸邊坡陡峭，布置機械施工通道難度大、費用高，結合現場左岸上壩交通連接洞條件，下部888m～830m高程壩肩開挖采用40t卷揚機作機械垂直升降、小型反鏟翻渣方案，利用布置于左右岸上壩交通洞的洞頂安裝軌道梁，采用卷揚機將反鏟由工作面垂直提升至拱肩槽開挖工作面，作為機械翻渣的主要通道。

下部830m～800m高程由于距離河床僅30m，采用開挖料墊渣方式，形成作業通道。人員通行采取自頂部上壩交通洞修建之字形爬梯。材料及支護機械采用布置在上壩交通洞的卷揚機垂直運輸。

2.3 爆破實施效果

采用水平光面爆破技術窯洞式開挖，減小了對壩肩裂隙發育巖體爆破振動影響，開挖平整度、半孔率將得到有效控制及提高，也較好地保護了建基面的完整性和穩定性，開挖后經過初步檢測，平均半孔率達到了90%以上，建基面平整度控制在了±10cm以內。

3 結語

壩肩窯洞式開挖，大大地減少了壩肩巖體的開挖量，在邊坡生態環境保護和提高壩肩穩定性、降低安全投入與風險、節約整體投資方面，產生了很好的經濟效益。

本工程采取立面窯洞式開挖，僅完成結構輪廓線內土石方開挖，代替常規大面積土石方明挖施工，由原設計土石方明挖51.7萬m3減為34.8萬m3，并且減少了支護工程量、火工材料的耗用以及后續混凝土工程中模板安裝工程量。通過壩頂交通洞頂部卷揚機完成機械進出工作面及避炮、材料垂直運輸，減少了施工道路修建，縮短了工期。同時，在提高邊坡開挖質量、控制設計體型、減少資源投入、節約項目投資等方面，為類似工程施工提供了很好的借鑒。