300 m級高壩壩肩開挖單元工程優良率影響因素分析與研究

劉成友，李 鵬，康向文，王燕山，郭 成，楊致遠

(國電大渡河流域水電開發有限公司，四川 成都 610041)

0 引 言

雙江口水電站采用礫石土心墻堆石壩，最大壩高312 m[1]，“高水頭、大泄量、窄河谷”的泄水建筑物布置，高陡邊坡開挖支護及復雜危巖體防治，以及施工場地緊湊、施工強度高、基坑開挖深等特點，增加了現場施工控制難度；同時，大壩工程壩肩邊坡開挖過程中存在超欠挖、平整度等不滿足設計要求的現象，制約了優良單元工程的評定[1-2]。因此，系統分析雙江口水電站壩肩開挖影響因素，對提高壩肩邊坡開挖單元工程優良率具有重要的意義。

目前，國內缺乏在高山峽谷地區建設300 m級心墻壩的經驗，而國外300 m級心墻壩的實例也極少，壩肩開挖這一影響整個壩體后期填筑質量的關鍵性環節，其質量控制就顯得尤為重要[3-5]。因此，本文以雙江口水電站300 m級高壩為例，結合不平整度和超欠挖這兩個影響小洞室開挖單元工程優良率的主要因素展開討論和評估，并針對影響壩肩邊坡開挖優良率的各項因素進行檢查和統計分析，提出了基于G1-熵權組合分析方法，通過該方法的應用，達到為雙江口水電站大壩壩肩邊坡開挖質量控制要因確定及控制措施制定提供依據的目的，并為今后其他300 m級高壩壩肩開挖等類似問題提供參考。

1 雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率影響因素分析

1.1 壩肩單元工程開挖現狀調查

雙江口水電站兩岸壩肩邊坡陡峭，巖石整體較為破碎，裂隙發育(左岸堆石壩心墻沿軸線開挖高度約370～380 m，心墻及反濾區壩基邊坡開挖坡比1∶1.15～1∶1.3；右岸堆石壩心墻沿軸線開挖高度約350～360 m，心墻及反濾區壩基邊坡開挖坡比1∶0.58～1∶0.8)，加之施工管理有待提升，導致已開挖完成的邊坡存在平整度差、超欠挖過大、半孔率低等現象，嚴重影響單元工程優良率，針對這一情況，成立QC小組，通過現場調研、資料查詢等工作，統計出影響壩肩邊坡開挖優良率因素，其中，不平整度占比67.5%；超欠挖占比18.2%；底部標高占比8%；半孔率占比6.3%。雙江口水電站大壩壩肩邊坡開挖優良率影響因素統計見表1。

表1 雙江口水電站大壩壩肩邊坡開挖優良率影響因素統計

根據統計結果可知，影響雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率的主要因素是不平整度和超欠挖，兩項因素占總數的85.7%。

1.2 壩肩開挖單元工程優良率影響因素指標體系構建

根據調查結果，小組成員進行了原因分析，并繪制成關聯圖，如圖1所示。

圖1 雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率影響因素關聯

基于關聯圖分析，根據工程施工實際情況，參考并借鑒相關文獻，遵循數據可獲得性、系統性和科學性等原則，選取預裂樣架不滿足要求、預裂孔鉆孔質量差、爆破參數不合理、鉆爆人員操作不當、預裂孔孔位偏差大5個評價依據，鋼管剛度不足、樣架加固方式不合理、角度檢查頻率不夠、鉆爆設備性能差等11項末端因素構建出雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率影響因素指標體系，如圖2所示。

圖2 雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率影響因素指標體系

2 基于組合賦權的壩肩開挖單元工程優良率影響因素模型計算

2.1 基于G1-熵權組合權重的壩肩開挖單元工程優良率影響因素模型構建思路

壩肩開挖單元工程優良率影響因素模型構建思路為：①步驟1。標準化處理壩肩開挖單元工程優良率影響因素指標數據。②步驟2。分別運用G1法和熵值法對各影響因素指標賦權。③步驟3。確定上述賦權方法的權重系數，計算得到各影響因素指標的組合權重。

2.2 指標的規范化處理

指標的標準化處理如下

(1)

式中，Aj為評價原始數據矩陣；aij為第i個單元工程第j個影響因素[6]。

2.3 單一評價法賦權

分別運用G1法、熵值法等進行影響指標權重計算，選取雙江口水電站左壩肩(2 340～2 198 m高程)、右壩肩(2 340～2 198 m高程)共計74個單元工程作為獲取各影響因素指標的原始數據。

2.3.1G1法計算權重

G1法充分反映專家的主觀意見，是對影響指標的重要性排序，排序越靠前權重越大[7-9]。

(1)確定相鄰影響因素xk的理想賦值。雙江口水電站壩肩開挖相鄰影響因素的重要性程度之比xk的理性賦值為

(2)

式中,xk為相鄰影響因素rk-1與rk重要性程度之比，k=l,l-1,l-2,…,3,2，其中，l為實際影響因素指標數，l=11。

(2)計算各因素G1法權重。首先，計算壩肩開挖第i個因素的G1法權重wi，即

(3)

接下來，根據wi值，分別計算壩肩開挖的第l-1,l-2，…,3,2個影響因素的權重

wk-1=xkwk

(4)

式中，wk為第k-1個指標的G1法權重，k=l,l-1,l-2,…,3,2，l=11。

2.3.2熵值法計算權重

熵值法是通過計算同一指標的數值差客觀反映指標的重要性程度的一種方法，差值越大權重越大[10-11]。

(1)構建原始數據矩陣。雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率指標體系具有n(n=11)個影響因素，針對m(m=74)個單元工程，則其原始數據矩陣為

(5)

(2)標準化原始數據矩陣。將aij帶入式(1)，得到標準化矩陣

(6)

(3)計算影響因素熵值。根據式(6)得到的標準化矩陣，計算第j個影響因素的熵值，即

(7)

式中，d=1/lnm。

(4)計算影響因素熵權。根據熵值計算第j個影響因素的熵權φj，即

(8)

則n個影響因素的熵權值為φ=(φ1φ2…φn)。

2.4 組合權重的確定

為充分利用壩肩開挖領域的專家經驗，同時又參照實際開挖單元工程數據，通過對各影響因素的G1法主觀權重和熵權法客觀權重的線性組合，計算第j個影響因素的組合權重，即

w′j=λ×wj+(1-λ)φj

(9)

式中，λ為調節系數。

根據總誤差平方和最小化原則，建立目標函數，計算調節系數λ，即

(10)

對式(10)求導，并令其等于零，可解得調節系數λ=0.5，即

由實驗結果可以看出，二語學習者與母語者在判斷句子是否合乎語法方面沒有顯著差異，二語水平沒有影響到學習者對句子的判斷。所以推論出:中國英語學習者沒有受到母語影響，他們對非限定動詞的特征有清晰認識，了解其語法規則，擁有顯性知識。這種顯性知識也體現了學習者的元語言能力。

(11)

式(11)表明，組合權重為G1法權重和熵權權重的均值，最終可得各影響因素的組合權重為w′j=(w′1,w′2,…,w′n)T。

3 結果分析

本文選取雙江口水電站左壩肩(2 340～2 198 m高程)、右壩肩(2 340～2 198 m高程)共計74個單元工程獲取各影響因素指標的原始數據，將各指標數值規范化處理，得到第i個單元工程第j個影響因素指標標準化后的值sij，i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

3.1 G1法權重計算

QC小組專家對影響雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率的11個因素指標的主觀排序為r2>r3>r5>r7>r1>r10>r8>r6>r11>r4>r9；相鄰影響因素的重要程度之比xk的立項理想賦值為：x2=r1/r2=0.3；x3=r2/r3=1.1；x4=r3/r4=6.9；x5=r4/r5=0.15；x6=r5/r6=6.1；x7=r6/r7=0.65；x8=r7/r8=1.3；x9=r8/r9=2.6；x10=r9/r10=0.35；x11=r10/r11=1.3。

將由式(2)得到的理性賦值代入式(3)、(4)中，得到樣架鋼管剛度不足(r1)、樣架加固方式不合理(r2)、角度檢查頻率不夠(r4)、鉆爆設備性能差(r4)、梯段高度不合適(r5)、火工材料性能不滿足要求(r6)、裝藥聯網不滿足要求(r7)、預裂孔放樣精度不足(r8)、施工技術交底不到位(r9)、鉆爆人員工作經驗不足(r10)和預裂孔間距不合理(r11)等11個影響因素的G1法權重為

3.2 熵權值法權重計算

采用0～3的4級測度法對單元工作的各影響因素進行打分，構造評價的原始數據矩陣，即

根據上述得到的原始數據矩陣，運用式(1)、(6)、(7)和(8)可計算得到雙江口水電站大壩壩肩開挖單元工程優良率各影響因素的熵權權重為

3.3 基于G1-熵權值組合賦權的權重計算

將各影響因素運用G1法和熵權值法得到的權重代入式(11)，得到雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率影響因素組合權重為

綜上，可得雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率影響因素指標權重賦值，如表2所示。

表2 雙江口水電站壩肩開挖單元工程影響因素指標權重

3.4 綜合分析

影響因素指標權重的大小可直接反映該因素的關鍵程度，根據評價結果可知，樣架加固不合理、梯段高度不合理和角度檢查頻率不夠三項影響因素的組合權重值分別為0.276 81、0.218 50、0.210 95，累計權重值達到0.706 26，是影響雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率的主要因素，需重點關注。

4 壩肩開挖單元工程優良率影響要因措施控制

針對樣架加固不合理、梯段高度不合理和角度檢查頻率不夠等影響雙江口水電站壩肩開挖單元工程優良率的要因，制訂專項技術和管理措施，并應用于實踐。

4.1 措施制定

(1)對策實施一——提高樣架搭設質量。①斜桿間距由1.5 m改為0.8 m，一孔一桿進行控制；②嚴格控制前后兩排插管深度，并用砂漿充填密實，以牢靠固定樣架；③將原獨立樣架調整為緊貼巖面搭設，盡量減小鉆機平臺寬度，以控制技術性超欠挖(采用YQ100B型鉆機造孔不可避免)，樣架應安裝牢靠，剛度滿足施工要求。

(2)對策實施二——減小梯段高度。通過綜合對比分析，將左壩肩(坡比1∶1.3)開挖梯段高度由10 m降到7.5 m，鉆孔深度由16.13 m減小到11.17 m以下，大大減小了鉆孔過深造成“飄孔”風險和飄孔偏差較大的問題。試驗段預裂孔采用采用YQ100B型鉆機造孔，孔徑90 mm；梯段高度為7.5 m，預裂孔鉆孔深度12.3 m，傾角為38°,孔間距為0.8 m，孔內采用φ32 mm乳化藥卷不耦合間隔裝藥，線裝藥密度為280 kg/m，單孔裝藥量3.92 kg，最大單響39.2 kg。

(3)對策實施三——增加角度檢查頻次。①樣架搭設前必須測量放樣，樣架搭設后對樣架角度進行測量復核，鉆機固定后再次復核角度，鉆桿安裝后對其角度和對準孔位進行校對，監理工程師對其校對情況進行復核，偏差滿足要求后方同意開鉆。②鉆孔過程中嚴格落實“五步校桿法”，即在開鉆后20、50、100、150 cm及200 cm部位均進行校桿，確保鉆桿在鉆孔過程中角度無誤。

(4)對策實施四——加強管理措施，一炮一評價。加強管理措施，實行預裂孔鉆孔責任到人(定機、定孔、定人)，采取獎罰措施，對鉆孔多次不合格人員予以辭退或調換工作崗位。

(5)嚴格爆破開挖過程工序控制，實行爆破開挖“三準證”制度；嚴格落實“一炮一設計”、“一炮一總結”，不斷提高開挖爆破水平。

4.2 爆破效果檢查

將上述措施應用于實際施工過程中，爆破后對爆破效果進行檢查，檢查情況如下：

(1)爆破裂隙。壁面基本無新生爆破裂隙。

(2)半孔率。本梯段半孔檢查總長度為479.33 m，有效半孔長度為436.8 m，半孔率91.1%，由于下游側存在3條地質裂隙，導致半孔率偏低。

(3)平整度。本梯段共計檢查30個點，最大值16 cm，最小值4 cm，平均值8.5 cm合格率96.7%。

(4)超欠挖。本梯段共檢測29個點，無欠挖情況，最大超挖34 cm，最小超挖4 cm，平均超挖16.1 cm，超欠挖合格率93.1%。

通過對比試驗得出，開挖梯段高度7.5 m時，半孔率、不平整度、超欠挖均能滿足設計及規范要求。

4.3 結果對比分析

經過對以上措施的逐步落實，左壩肩(2 340.00～2 272.5 m高程)超欠挖檢測斷面206條，測點1 268個，檢測最大超挖129 cm(地質缺陷)，平均超挖14 cm，無欠挖，超欠挖合格率93.8%；開挖綜合半孔率82.3%(局部巖石節理裂隙較發育)；開挖面不平整度檢測534個點，合格率93%，最大值20 cm，平均值8.7 cm。

右壩肩(2 360.00～2 272.5 m高程)超欠挖檢測斷面 125條，測點920個，超欠挖合格率95%，檢測最大超挖50 cm(局部巖石節理裂隙較發育)，平均超挖13 cm，無欠挖；開挖綜合半孔率90.07%；開挖面不平整度檢測300個點，合格率94%，最大值20 cm，平均值8.7 cm。

5 結 論

(1)結合雙江口水電站壩肩開挖實際，通過QC小組活動，提高了該電站壩肩開挖單元工程優良率，達到了“拱肩槽”開挖效果，減少了欠挖處理費用和后續岸坡混凝土超填費用，有利于節約投資。

(2)該工程處于高地應力地區，邊坡開挖后存在巖爆風險。通過減小開挖梯段高度，在下一梯段開挖前通過堆渣即可完成邊坡的支護施工，提高了支護施工的及時性；同時，減少了排架搭設工程量，降低了邊坡支護高排架作業風險。

(3)本文提出的方法能較好地實現對300 m級高壩壩肩開挖單元工程優良率影響因素的分析，并據此提出相應的防控措施，這不僅為雙江口水電站壩肩開挖質量控制和安全管理提供依據，還可為今后其他300 m級高壩壩肩開挖等類似問題提供借鑒。