老撾南塔河溢洪道變形邊坡開挖支護施工方案探討

彭 沖

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 概述

1.1 工程概況

老撾南塔河1#水電站工程位于老撾湄公河左岸支流南塔河上，距與湄公河匯合處約62 km。溢洪道工程緊靠左壩肩，與大壩軸線直角相交，主要包括引渠段、閘室段、泄槽段，溢洪道中心線斜穿壩區所有的11 個巖組，其中上游端為泥巖夾鈣質砂巖；中上游段以中厚層灰巖為主，局部夾極薄層泥灰巖；中、下游段以極薄層～薄層狀泥灰巖、鈣質膠結凝灰質雜砂巖為主，局部夾極薄層泥巖。溢洪道地形坡度30°～45°，地面高程590 m～380 m，與壩軸線相交處為凸起的山脊，沿線基巖與覆蓋土層交替出現，開挖邊坡高度最高約210 m。

1.2 工程特點和施工難點

溢洪道邊坡高程為590 m～380 m，其主要技術特點及難點如下：

（1）溢洪道邊坡開挖相對高差大，局部已達210 m，溢下0+130～溢下0+225、EL455 m～EL550 m，處于左岸強烈擠壓破碎巖體的上游段，該段邊坡地形陡峭，巖層向坡外彎曲折斷變形，折斷面上部巖體整體沿著折斷面錯動變形。開挖施工時，道路布置困難，設備發生傾覆、人員踏空墜落發生的概率極高，安全控制難度大。

（2）邊坡開口線兩端為薄層開挖，土石方開挖工程量不大，但是預裂面大，加上外部巖體變形，預裂爆破控制難度大。

（3）由于外部巖體變形，已經形成滑動體，爆破出渣無法通過自卸汽車直接從工作面運輸，從而選擇從頂部往下翻渣，再從底部出渣的方式。邊坡相對高差大，施工不可預見性增加，翻渣安全管控難度大。

（4）由于本工程溢洪道、大壩、廠房等建筑物布置緊湊，500 m 范圍內全部覆蓋。溢洪道邊坡頂部高程約590 m，單次爆破影響范圍無法控制，爆破飛石安全管控風險高、難度大。

2 溢洪道邊坡開挖及支護施工

2.1 開挖方案比選

溢下0+130～溢下0+225、EL455 m～EL550 m，處于左岸強烈擠壓破碎巖體的上游段，該段邊坡地形陡峭，巖層向坡外彎曲折斷變形，折斷面上部巖體整體沿著折斷面錯動變形。巖石開挖面上出現張裂隙，裂隙外側巖體的水平向厚度為10 m～20 m。

該部位山頂高程550 m～605 m，溢洪道底板高程410 m，在高程500 m以上，邊坡坡度達50°～90°，以下地形坡度30°～50°。

結合上述實際情況分析，對于溢洪道傾倒蠕變區域的邊坡變形體，按照“上部適當削坡減載、中下部加強阻滑和錨固相結合”的原則進行處理。

方案一：15 m 一級邊坡，水平馬道梯段開挖，見圖1、圖2。方案二：頂部斜馬道，底部水平馬道開挖，見圖3、圖4。方案比選：兩種方案都遵循削坡減載的施工原則，但方案一未考慮設備撤退、行走路線及材料運輸通道，圖紙可行。實際施工時則無法實現。方案二在坡面上利用斜向馬道兼作挖機、鉆機的行走路線及材料輸送通道，既確保了挖機行走在邊坡內側穩定的基礎面上，又解決了開挖道路問題。

綜上分析，采用方案二進行頂部變形邊坡的開挖。

圖1 開挖方案一平面圖

圖2 開挖方案一剖面圖

圖3 開挖方案二平面圖

圖4 開挖方案二剖面圖

2.2 支護施工方案

溢洪道邊坡按照“上部適當削坡減載、中下部加強阻滑和錨固相結合”的原則，初步形成邊坡支護方案如下:

1）溢洪道下0+109～0+225 樁號間，開挖后頂部巖體趨于穩定，邊坡支護按掛網（φ8@200×200）+錨桿（4.5 m）+噴砼（10 cmC20）+排水孔 ?90（L=4 m）的型式進行。

2）溢洪道下0+225～0+360 樁號間未開挖切腳，未變形，巖層向坡外彎曲折斷，巖體破碎，采用預應力錨索加固：

左側邊坡溢下0+270～溢下0+360 樁號范圍邊坡底部直墻段布置2 排共計37 根預應力錨索。在高程414.3 m～585 m，溢下0+35～溢下0+310 范圍內共布置515 根。在溢下0+260.00下游范圍高程424.3 m 以上開挖邊坡布置2 排預應力錨索，高程402.00 m～415.216 m 開挖邊坡布置1 排預應力錨索，共計202 根。總共布置錨索754 根。

錨索鉆孔根據設計孔深采用SKMG40 和SKMG50 兩種錨固鉆機配備中風壓沖擊器鉆孔，T=1000 kN 錨索鉆孔孔徑130 mm，T=1500 kN 錨索鉆孔孔徑160 mm。

按設計圖紙要求或監理工程師現場調整指定的位置進行鉆孔，孔位偏差不大于10 cm。鉆孔傾角為垂直溢洪道中心線且與水平面成15°的俯角，終孔孔軸偏差不得大于孔深的2%。

錨索材料：T=1000 kN 的錨索由 7 根 7?5 型 ?15.20 鋼絞線組成；T=1500 kN 的錨索由 10 根 7?5 型 ?15.20 鋼絞線組成，鋼絞線標準強度1860 MPa（1×7-15.2-1860-GB/T 5224-2014），其直徑、強度、延伸率均滿足設計規定要求。

錨索采用純水泥漿全孔灌注，水泥漿液水灰比采用0.45∶1，水泥采用泰國袋裝水泥，根據實驗室配合比，漿液中摻入0.5%的減水劑，結石強度不低于35 MPa。

錨索張拉主要按以下3 個過程控制進行：

1）預張拉

在錨索正式張拉前，對鋼絞線進行多次逐根對稱張拉，張拉力為30 kN，每根鋼絞線以前后兩次伸長差值不超過2 mm為限。

2）錨索張拉過程

T=1000 kN：預緊（210 kN→287.5 kN→575 kN→862.5 kN→1150 kN→1265 kN）共分五級，每級張拉荷載持荷5 min，最后一級穩壓15 min。

3）張拉過程控制

①采用張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法，張拉各級穩壓前后，均量測鋼絞線的伸長值，若實測值與理論值相差超過10%或小于5%時，立即停止張拉，查明原因并采取措施后，才能重新張拉。

②保持各級荷載5 min（最后一級15 min），并測量此段時間內錨索的徐變位移量，若徐變值不超過2 mm，則認為錨索合格，否則要查明原因。

③張拉加載和卸載緩慢平穩，加載速率每分鐘不超過100 kN，卸載速率每分鐘不超過200 kN。

④預應力錨索張拉過程中若出現邊坡開裂，壓力表的讀數上不去的情況，立即停止張拉并分析原因。

錨索各級伸長值及張拉鎖定力均滿足設計和規范要求。細張拉結果見表1。

表1 溢洪道邊坡治理（部分）錨索張拉結果匯總表

具體開挖過程中，可根據揭露巖石地質情況，對局部破碎區域采用加長錨桿支護或錨筋樁支護處理，確保邊坡穩定。

2.3 實施程序

（1）每層開挖面支護一般先進行錨桿施工，然后進行掛鋼筋網及噴射混凝土施工，如開挖面巖面易風化，根據實際情況可先行噴射混凝土保護；如遇破碎帶及不穩定巖體，及時采用系統錨桿（?25@2 m×2 m，L=4.5 m）進行支護。

（2）噴射混凝土在錨桿安裝完成進行，即將工作面清理后進行掛鋼筋網，最后一次噴射完畢。

（3）噴射混凝土作業緊跟開挖工作面，高邊坡滯后開挖1～2 個梯段施工，噴射混凝土終凝至下一循環放炮時間不少于4 h。

3 溢洪道邊坡施工安全保證方案

溢洪道邊坡高差大，且頂部巖層發生變形，工作空間狹窄，安全管控難度大，主要表現在以下四個方面：

（1）交叉作業

根據溢洪道變形體開挖實際情況，變形體頂部出渣全部依靠向下甩渣方式進行，變形體上游溢下0+130.00 樁號以上存在溢洪道閘室段混凝土施工；溢下0+230.00 樁號以下存在邊坡預應力錨索施工；溢下0+130.00～溢下0+230 樁號下面則對應原左岸低線路，進行廠房部位施工和大壩填筑。因此翻渣對這些部位無疑會造成重大的安全隱患。

為避免翻渣滾石對下方施工造成威脅，保證施工道路的暢通及施工安全，應對變形體下方設置擋渣坎。目前變形體下方形成了3 級平臺，根據現場實際開挖形成地形，在變形體處理開挖前布置3 道擋渣坎：

1）EL455 集渣平臺，面積較大，在該平臺外側布置一道擋渣坎，防護范圍為溢下0+100.0～溢下0+240.0。

2）變形體外側部分石方開挖已經降至EL440 高程，并形成了一條形出渣平臺，所以在EL440 平臺外側也布置一道擋渣坎，防護范圍為溢下0+130.0～溢下0+225.0。

3）變形體下方因為開挖道路調整后，泄槽段外側部分成為反坡，形成自然的擋渣坎，但需要對上游反坡無法形成部位延長擋渣坎。

擋渣坎采用碼放鋼筋石籠的形式構成，鋼筋石籠擋渣坎沿平臺外側布置，每道擋渣坎碼放3 層鋼筋籠，碼放好后在外側培厚部分棄渣，增加擋渣坎的穩定性。體積較大巖體甩渣時，需要進行交通管制，確保施工安全。每天交接班時對各級擋渣坎處的堆渣進行清理，保證擋渣坎的有效性，確保安全。

（2）變形體開挖、鉆孔施工安全

變形體相對高差較大，且外部巖體已經形成滑動體，在處理過程中上方爆破松渣會覆蓋掉前期形成的裂縫，導致設備可能會在滑動體上行走或作業，容易導致操作手及設備墜落，存在重大安全隱患。

在開口線邊緣的薄層開挖時，采用手風鉆造孔，出渣時采用人工翻渣，嚴禁挖機、鉆機設備行走至沒有足夠安全操作平臺的部位。

變形體處理外側已經形成不穩定體，在處理過程中有可能再次發生塌方，所以在每層工作面施工前，由測量人員放樣標注出變形體的斜向裂縫的位置，并采用白石灰標示，造孔、翻渣設備嚴禁行走在標注線以外，并安排專人進行指揮。對外側挖機無法夠到的爆破石渣，采用人工進行出渣，或留至下層開挖爆破后一起出渣，人工出渣時，需要做好安全防護，安全帶需要綁扎牢固。

（3）雨期施工安全

因溢洪道頂部變形部分開挖全部集中在今年雨季施工，邊坡掛渣及浮渣會隨著含水量增加往下部滑動，也會存在穩定石渣夾泥由于長時間被雨水浸泡而松弛，導致人員踩踏失足或設備傾斜墜落。

雨季應安排專職安全管理人員對變形體周圍及邊坡掛渣進行清查，發現安全隱患先在現場用警示帶劃定安全警戒范圍，安排危險區域內人員、設備撤離，后期等下雨停止再協調相關部門、工區進行處理。

對于變形體頂部開挖工作面，施工員雨期內要加強巡查，確保人員、設備靠里側行走，對存在倒懸、松弛部位劃定安全警戒線，禁止人員及設備進入危險區域。

對已經開挖形成的邊坡，及時進行支護封閉，避免大雨沖刷而引起邊坡滑塌。

（4）爆破安全

變形體頂部高程為EL590 左右，邊坡巖石破碎，鉆孔成型困難，且整個臨空面施工范圍全部屬于爆破危險區域，爆破飛石存在不定向性，既有可能造成飛石傷人及砸壞設備事故；也有可能造成飛石掛在未處理的周圍邊坡上，一旦擾動失穩，墜落造成物體打擊。爆破開挖安全管控難度大。

爆破作業時，應通過網絡及對講機等通訊手段，加強內部各相關工區、部門的溝通協調工作，劃定安全警戒范圍，安排專人負責安全警戒工作，嚴格執行項目部爆破作業安全規定。

同時，加強現場開挖爆破安全管理，控制單次梯段爆破高度不超過7.5 m，預裂爆破單響藥量不超過50 kg，主爆孔、緩沖孔單響藥量不超過150 kg；鉆孔和起爆方向朝向下游，禁止進行水平孔爆破作業。

爆破后安排專人對周圍邊坡進行巡查，一旦發現邊坡掛石，在確保自身安全及下方警戒的情況下，對危石進行處理，避免留下重大安全隱患。

通過上述危險源識別及應對方案處理，確保整個高邊坡開挖安全順利實施。

4 結語

老撾南塔河溢洪道變形邊坡開挖支護施工于2017 年7 月11 日開始施工，2018 年5 月20 日全部施工完成，累計土石方開挖量851711 m3，錨桿施工13737 根，解決了實際開挖過程中遇到的難題，并通過多種支護方式相結合的方式確保了邊坡的穩定，過程中對開挖、支護技術參數進行動態調整，摸索出了一套安全快速的施工工藝，實現生產中零事故的安全目標，為水電建設的高效、快速、安全和經濟要求提供保證。