葉巴灘水電站邊坡開挖快速施工技術研究

吳 俊 麗，米 元 桃

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

邊坡開挖支護技術是水利水電工程建設中最常使用的一項技術，該類技術手段具備較強的普遍性，實際應用價值高，也取得了較好的實際應用成績[1]。針對不同條件的地質情況，開挖支護方式各不相同。在水利水電工程的建設和施工中，對施工造成影響的因素較多，尤其是邊坡施工的復雜性和危險性[2]。在快速施工過程中，邊坡施工的復雜性和危險性尤為突出，因此，如何有效結合開挖與支護的協同關系，達到快速施工的目的值得研究。

葉巴灘水電站原計劃于2018年10月16日至11月中旬進行左右岸纜機平臺后邊坡頂部開口線的開挖，完成左岸纜機平臺3 116 m高程以上及右岸纜機平臺3 108 m高程以上的開挖，為11月中旬截流后左右岸纜機平臺后邊坡大規模開挖創造條件。

因受金沙江白格“10·11”“11·03”兩次堰塞洪災影響，左右岸交通中斷，施工設備無法運至左右岸邊坡施工工作面，導致工期滯后。

根據甲方工程進度需求，為滿足大壩工程2022年3月首倉混凝土澆筑及2025年首臺機組發電的目標，項目部對邊坡開挖工藝進行了優化，實施快速施工，以達到工程節點目標為目的。

葉巴灘水電站位于四川與西藏界河——金沙江上游河段上，系金沙江上游13個梯級水電開發中的第7級。庫容10.8億m3，調節庫容5.37億m3，具有季調節(不完全年調節)能力，電站總裝機容量為2 240 MW。

按原設計藍圖，左岸高程3 000 m以上邊坡的開挖高度為122 m，但因開口線地質條件較差，巖體破碎，經四方現場踏勘、研究討論后決定，繼續向上削坡，將開口線調整至高程3 158 m，開挖高度為158 m。

右岸高程3 000 m以上邊坡按照原設計要求：1區開口線高程為3 108 m,2區開口線高程為3 114 m,3區開口線高程為3 098 m。由于開口線處巖體破碎，經參建四方現場踏勘研究討論后決定，繼續往上削坡，將開口線后移，調整后的1區開口線高程為3 123 m，2區開口線高程為3 118 m，3區開口線高程為3 122 m，開挖高度分別為123 m、118 m、122 m。筆者對所采取的施工技術進行了闡述。

2 邊坡快速施工研究

2.1 施工難點

(1)開口線抬高改變了原施工規劃，前期設備進入開口線作業組織難度大，工器具運輸困難根據原設計藍圖，左岸開口線高程為3 122 m，開挖設備均由30 t固定式纜機吊運至開口線處。由于左岸邊坡開口線頂高程自3 122 m上移36 m至3 158 m高程，邊坡后移約27 m。因開口線上調，受30 t固定式纜機運行工況限制，無法將大型開挖設備一次吊運到位；又因兩次堰塞湖影響及30 t固定式纜機故障率高等導致兩岸沿江道路損毀、材料吊運保障困難。

(2)自然環境惡劣。金沙江上段位于青藏高原和川西北高原，多年平均氣溫為-5.6℃～7.8℃。多年平均年降水量為213.5 mm至659.3 mm。多年平均降水日數為95～164 d，雨季為5～10月，其降水量占全年90%以上，絕大部分地區最大日降雨量在50 mm以下，多年平均年蒸發量為1 139～1 910 mm(20 cm蒸發皿，下同)，多年平均相對濕度為52%～57%。

巴塘氣象站距葉巴灘水電站壩址約84 km，臺站海拔高度為2 589.2 m。據巴塘氣象站資料統計，多年平均氣溫為12.6℃，極端最高氣溫為37.9℃，極端最低氣溫為-12.8℃，多年平均相對濕度為46%，多年平均年降水量為468.3 mm，歷年最大日降水量為42.3 mm。

距壩址約5 km處設有蓋玉簡易氣象站，海拔高度為2 937.9 m。據蓋玉氣象站2009～2016年資料統計，多年平均氣溫為9.2℃，極端最高氣溫為37.1℃，極端最低氣溫為-23.5℃，多年平均相對濕度為78%，多年平均年降水量為658 mm，歷年最大日降水量為43.3 mm。

(3)外部材料運輸受藏區特殊地理及環境影響，物資保障困難。葉巴灘水電站位于甘孜藏族自治州，受當地交通管制等因素影響，物資供應保障困難。

(4)復雜地質條件下淺、深層支護難度高根據開挖揭露的地質條件，現場高高程邊坡(開口線附近)淺表部位強卸荷松弛現象發育，邊坡卸荷強烈，卸荷裂隙發育，巖體破碎，錨桿、錨筋樁、錨索等造孔成孔困難，卡鉆嚴重。

(5)邊坡開挖下降與支護進度的協調。壩區邊坡巖體受地質構造作用影響較強烈，巖體內斷層、節理裂隙發育，主要發育有f1、f2、f3、f44斷層及大量擠壓破碎帶與深部裂縫。邊坡卸荷強烈，具有卸荷深度大，卸荷裂隙張開寬，卸荷類型較復雜等特點，既有淺表常規卸荷，又有深部卸荷。因此，施工過程中如何協調好開挖和支護的關系，在保證邊坡穩定的前提下盡可能地加快進度是工程邊坡開挖施工中面臨的難題。

2.2 解決措施

為達到邊坡快速施工的目的，完成工程既定目標，項目部從管理措施、施工保障、工藝優化、物資保障等幾方面進行了調整與安排。

(1)優化管理措施。決策層前移，實行片區管理制度，施工隊實行架子隊管理模式，由項目部派專人進行管理。減少信息傳遞，縮短管理鏈條以提高執行力。實行常溫季節3班制，低溫季節4班制，充分結合高原氣候特征保證施工人員充足的休息時間，防止疲勞生產，提高施工效率。

(2)增加機械通道及材料運輸通道。由于堰塞湖影響，30 t固定纜機無法按計劃移交，當504洞移交我部后，為盡早將設備、材料轉運至坡頂并進行施工供電、供風系統的布置，經與業主、設計、監理工程師四方討論確定，在35#探洞出口經ZGK02堆積體修建人行通道至開口線，作為前期高位危巖體治理材料、架管、水泥、砂石等物資上山的通道，同時在504#公路末端新布置斷面為5 m×5 m的施工支洞穿越山體至壩2#堆積體，并沿2#堆積體修建長568 m、寬約5 m的“之”字形道路至左岸邊坡開挖開口線3 115 m高程。該通道已報專項措施并實施且在纜機移交前投用，效益明顯(圖1)。

圖1 新增履帶設備便道

在新增支洞洞口(2#沖溝內)布設0.5 t貨運索道，增加輔助吊運措施，運送工器具及材料。在左岸304#、305#隧洞出口附近增設0.5 t纜索吊，輔助右岸工器具及材料運輸，同時沿江修建人工通道，派遣突擊隊轉運材料上山。

第二次堰塞湖洪水沖毀了左右岸低線道路和4#、6#臨時橋，在臨時橋恢復通車后，低線道路未恢復，因此，至右岸邊坡只能經右岸導流洞進口上方經簡易的勘探便道上山，為確保安全，接右岸導流洞上游2 730 m高程平臺采取修建爬梯跨越邊坡陡坎，拓寬便道、局部修筑臺階、設置防護欄桿等措施全面修整原勘探便道至3 150 m高程。該道路為2019年3月至10月間的主要人行上山便道，在纜機未投運之前，還兼顧人工搬運跨江纜索吊的施工材料、前期高位危巖體治理材料、架管等物資的上山通道。

纜機移交后，對3 150 m高程施工通道進行了延長、加寬，以使其滿足人員安全同行、設備能夠在1～3區間調配行走、材料上下游運輸、局部有條件區段拓寬形成材料堆放場地(圖2)。

圖2 右岸1區至3區施工便道

為緩解材料吊運壓力，將制漿站前移。結合左右岸現場的實際情況，左岸在504#隧洞內增設了一個臥式散裝水泥制漿系統。右岸在8#路出洞口附近修建了一個臥式散裝水泥制漿系統，以滿足現場錨索灌漿需求。

(3)新增裝卸車平臺。新建的裝車平臺只能布置在左岸。纜機移交后左岸的邊坡已開挖，而右岸邊坡未開挖，纜機主索下方河床無大量積渣，此時將裝車平臺布置在基坑河床。因左岸邊坡開挖量較小，邊坡甩渣對初期河床裝車平臺未產生大的干擾。故優先將左岸高程2 756.5 m處的灌漿洞靠江側(AGL3)打通形成受料平臺，且將AGL3靠江側洞徑擴為6 m×6 m以滿足材料運輸。

由于纜機移交時左岸已開挖至3 115 m高程，故可利用開挖面做卸車平臺。而右岸在纜機移交時尚未開挖，則需新建卸車平臺。

右岸卸車平臺布置在3 150 m高程2區與3區之間的沖溝，利用沖溝清理后形成的緩坡采用鋼筋石籠堆碼形成擋墻，內填石渣料形成卸車平臺。該平臺的修建提高了纜機吊運的保證率與支護材料的運輸強度，同時亦提高了卸料的安全性。

(4)優化施工工藝/方案。

①針對淺表強卸荷松弛、裂隙發育、成孔困難、卡鉆嚴重等現象，對邊坡支護參數進行了優化。將邊坡錨桿取消，調整為跟管錨筋樁，邊坡錨索采用“跟管鉆進結合護壁灌漿相結合的措施”進行施工。

圖3 開挖分區分塊示意圖

②為保證開挖與支護協同進行，將邊坡開挖梯段高度由30 m調整為15 m且進行內外分區(圖3)，內區為20 m寬；外區優先內區下降1個梯段，內區按20 m劃分一個標準單元，自上下游方向向中間施工。邊坡開挖、支護作業面分區段平行流水施工。在進行該層上游區支護時，下層開挖鉆爆作業在下游區進行；反之，進行該層下游區支護時，下層開挖鉆爆作業在上游區進行。

③采用在邊坡內側預留10 m寬爆渣平臺并按支護間距分臺階下降的方式，為深淺層支護鉆機提供作業面，做到開挖與深層錨索、淺層錨桿支護之間的科學銜接，同時，采用先進的錨索鉆機、錨桿鉆機快速造孔與排架上多個工作面跟進支護，最大程度地縮短了支護直線工期，保證了深淺層支護快速施工和緊跟開挖作業面不因支護滯后而影響到邊坡下挖。在登渣支護作業影響梯段下臥的情況下，優先保證梯段開挖，剩余的支護采用排架作業方式進行。快速支護關鍵技術在時間上采取分期支護[3]，形成了以“一次預裂、兩次爆破、分層出渣、隨層支護、系統跟進”為核心的邊坡快速開挖支護工藝[4]。

④優化錨墩混凝土配合比，使混凝土在第4 d即可滿足張拉作業強度要求，減少了錨索施工的循環時間。

⑤對于外側瘦身區域，采用拋擲爆破，盡可能地將爆破石渣推向基坑，減少翻渣，通過優化參數，拋擲參數均能保證在40%左右。內側采用“硬巖基礎復合消能爆破技術”，實現了馬道、平臺水平保護層與梯段爆破同步進行的目標，省去了預留保護層的施工程序，提高了效率，加快了工期。

⑥嚴格控制爆破單響藥量，將主爆區(常規爆破區)單響藥量控制在300 kg以內。距離設計邊坡20 m范圍內采用控制爆破，爆破單響藥量不大于100～150 kg，邊坡預裂爆破單響藥量不大于50 kg，以確保邊坡穩定及開挖質量[5]。邊坡穩定及好的開挖質量為邊坡快速下降提供了保障。

(5)增設右岸高高程施工臨時營地。右岸在臨時橋恢復交通后，由于自江邊2#路至6#路支洞的便道沖毀未修復完成，8#路未貫通，經6#路、8#路至3 000 m高程不具備通行條件，作業人員只能經4#橋便道上山，僅途中就需耗費2 h左右，每天凈工作時間僅余4～5 h，且上山消耗作業人員大量的體力，導致施工效率低下。為有效利用工作時間、保證現場生產的連續、減輕作業人員每天上下班跋涉之累、提高勞動效率，經現場踏勘，在右岸邊坡3 150 m高程左右的1區上游、3區下游山脊緩坡地帶布置了兩處臨時營地作為現場生產指揮、值班之用。

臨時營地在使用期間，為右岸施工提供了極大的便利，不但有效提高了勞動效率，亦為建設各方巡查工地提供了簡易的休息、餐飲場所。

(6)加強場內物資儲存。根據現場施工計劃，提前進行了物資儲備。在施工現場新增了水泥儲存平臺，新建了水泥倉庫，利用未施工的隧洞進行物資儲存等方式，有效緩解了物資供應壓力，保障了現場施工。

3 施工進度

通過采取上述技術措施，左岸邊坡高程3 000 m以上的開挖月平均下降高度為17.56 m，超過投標書中的開挖下降強度12.84 m/月。右岸邊坡高程3 000 m以上的開挖月平均下降高度為14 m，超過投標書中的開挖下降強度12.6 m/月(表1，2，3)。

表1 左岸高程3 000 m以上開挖進度指標表

表2 右岸高程3 000 m以上開挖進度指標表

表3 國內類似工程開挖指標對比表

從表1～3可知，葉巴灘水電站的開挖速度處于國內同類型工程領先水平。

4 結 語

水利水電工程對于我國的整體發展來說十分重要，國家也在大力發展、積極扶持該類工程。在工程的實際施工過程中，不可避免地會因某些不確定因素導致工程進度滯后。為達到工程預期的目標而存在趕工、搶工的情況。葉巴灘水電站邊坡開挖快速施工技術研究創造了月平均下降高度為19.79 m的記錄，在滿足環水保要求的前提下有效地協調了邊坡支護與開挖之間的關系，保證了施工進度且確保了施工期邊坡安全穩定，所取得的經驗為其他類似工程邊坡開挖快速施工提供了參考。