水利工程中高邊坡開挖質量實時控制

陳思

（四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都 610000）

0 引言

水利項目工程中高邊坡開挖受多種因素影響，若不能實時控制這些影響因素，很容易導致高邊坡開挖施工出現偏差，不符合工程設計要求，影響后續施工程序，甚至對整個工程產生不利影響。高邊坡開挖施工后，要進行嚴格細致的評定，只有在評定合格后才能進行后續施工。隨著當今技術發展，水利工程高邊坡開挖質量監測多采用三維激光掃描系統進行，主要構成部分包括三維激光掃描儀、計算機及系統配套軟件等，這種技術方式突破傳統測量檢測方法，具有高精度、高效率等優點，能快速獲取被測對象的表面空間數據，在監測高邊坡開挖面方面優勢明顯。

1 水利工程邊坡開挖支護重要性

在水利工程施工中，邊坡開挖支護就是可以對四周環境展開支護及保護的關鍵性舉措，而且也是提高施工水平的重要一環，在實際作業期間，相關的工作人員要注重科學應用邊坡支護措施，除此之外，諸多因素都會影響到項目施工的質量和安全，所以一定要系統化地解析各個影響要素，由此提升工程預案的可操作性，最大限度防止安全事故的發生。在作業過程中靈活利用邊坡支護技術，能夠有效地提升項目開挖的穩定性，防止出現嚴重的安全事故，保證水利工程項目的順利開展。

2 水利工程高邊坡穩定性影響因素

2.1 地質結構因素

高邊坡質量控制實施，需要有效參考相應的地質結構因素，根據不同地質結構特點，選用相應的高邊坡加固施工途徑，進而有效提高水利項目的總體水平。

2.2 自然環境因素

通常而言，在高邊坡的底層經常會蘊含很多地下水。如果這樣的問題得不到妥善解決，則會對高邊坡的底層結構造成相應的侵蝕，隨著侵蝕作用的不斷積累，往往會導致高邊坡結構變形的問題出現，影響水利工程的穩定性。此外，日常降水也能夠對高邊坡的結構造成影響，在較大的降水過程中，甚至會導致滑坡等危險事故的發生。因此，在高邊坡質量控制技術的應用過程中，需要充分考慮自然環境因素的影響。

2.3 施工影響因素

水利工程的施工階段，往往會對邊坡產生威脅穩定性的影響。由于施工流程的需要，水利工程中通常會采用爆破等施工手段，爆破產生的震動及沖擊波，往往會對邊坡產生直接影響，導致邊坡的穩定性降低。因此，在水利工程施工過程中，需要進行謹慎選擇施工的方法，并且嚴格按照施工標準進行施工，從而盡量減少施工階段對高邊坡穩定的影響。

2.4 人為因素

在水利工程的施工過程中，很多施工規劃人員沒有考慮到相應的高邊坡穩定因素，因此，在施工設計的過程中，忽略相應的高邊坡施工。這種人為造成的失誤，會對水利工程造成相應的高邊坡安全隱患，很容易導致在后續的施工過程中，出現各種高邊坡安全問題。

3 高邊坡開挖質量實時控制方法

3.1 工程實例

某地區水庫工程作為一座以城鄉供水為主，同時給城市供水提供源源不斷水源及電力的重要設施，工程等級為II 等工程（大（二）型）。水庫總庫容1.73 億m3，正常蓄水位763.00m，相應庫容1.65 億m3，主要建筑物包括擋水大壩、引水發電以及供水建筑物等。壩后電站利用灌溉、生態流量及水庫棄水發電，裝機容量12MW，裝機3 臺，供水電站裝機容量6.4MW，裝機2 臺。此水庫工程大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，其最大壩高123.0m，壩頂軸長373.0m。在水庫左岸高邊坡開挖區域主要集中左壩肩EL768m以上邊坡和EL768m 以下趾板邊坡，整個邊坡開挖深度達到209m，開挖共分為十四級馬道進行，總開挖方量在266000m3，工程施工工期較緊。

3.2 高邊坡開挖施工問題

高邊坡開挖施工前期主要面臨的問題有以下幾點：①高邊坡底板不平，反鏟清渣施工較為困難，開挖深度增加較為緩慢，且清渣不徹底對后續施工影響較大；②邊坡開挖爆破施工時巨石和大石塊較多，需要進行二次爆破施工，對施工連續性及出渣效率影響較大；③馬道高邊坡開挖施工不易控制，容易出現超前挖現象，導致馬道坡腳缺損嚴重；④支護規劃不合理，窩工現象嚴重，對施工進度影響較大；⑤預裂面地質層質量較差，坡面的不平整度不易控制，誤差較大。

3.3 高邊坡爆破質量控制

考慮到該項目高邊坡開挖爆破作業特征，相關的工作人員要采取可操作性強的方法，在控制質量期間著重強調過程控制，過程控制已經成為質量控制的核心。

依據技術要求以及國家規范編制各流程的質量控制標準。對開挖爆破環節予以嚴格劃定，劃分為23 個工序予以把控。開挖爆破主要工序：爆破設計及審批→清面→爆破區上鉆平臺找平→上鉆前驗收→測量放線→布孔→對鉆孔作業人員進行技術交底→鉆孔→清孔→鉆孔保護→鉆孔質量檢查及驗收→鉆孔合格→爆破申請→進行爆破前的技術交底→裝藥→網絡連接→網絡檢查→起爆→安全檢查→出渣→爆破效果分析→優化鉆爆參數→下一循環。

3.4 高邊坡開挖質量實時控制

本工程采用三維激光掃描系統獲取高邊坡開挖面的點云數據，建立高邊坡開挖模型，開挖面數據掃描采用徠卡HDS8800 三維激光掃描儀，依據高邊坡開挖面已知設計資料得到四個控制點坐標見表1，根據得到的控制點坐標和設計基準面平面方程，得到方程系數A、B、C、D 分別為－1.3601、-0.05275、1.0、1018.8501，根據設計基準面平面方程還能得到擬合誤差。

表1 四個控制點坐標及相應誤差分析

通過利用三維激光掃描系統獲取高邊坡開挖面的點云數據，主要數據采集流程包括地形勘探、選點架站、開挖地形掃描、獲取數據校驗等，其中掃描站點的選擇非常關鍵，應選擇安全開闊無遮擋，且對施工無干擾區域。但由于掃描數據量較大，干擾數據較多，不能直接利用，所以需要對獲取的點云數據進行預處理。數據預處理主要目的有：①刪除指定掃描區域以外的點云數據；②刪除重復、缺陷點云數據；③處理掉點云數據中的明顯噪聲。點云數據預處理后導出TXT 格式，用于后續數據的精細處理及計算。

對本工程采集的點云數據進行預處理，最后保證數據提取范圍和工程設計范圍相吻合，確保無范圍外數據。依據處理后的數據分析高邊坡開挖面質量，選取14 個分析斷面，保證斷面間隔5m 分析間距，計算出斷面的平均坡比值為1 0.731，跛腳標高值為1126.355m，顯示兩項指標均符合工程設計要求。高邊坡超前挖選取4 個分析斷面，每個分析斷面間隔15m，分析結果顯示在高邊坡坡腳附近普遍存在超挖現象，且隨著靠近跛腳位置，超挖尺寸越嚴重。根據數據采集獲取的工程實際施工點云數據，計算出高邊坡開挖施工不平整度為23.61cm，高出工程設計標準。分析高邊坡不平整度數據分布圖得出，高邊坡不平整度值較大的原因是在邊坡坡腳位置嚴重出現超挖現象。

針對上述高邊坡開挖實時質量監測結果，相關技術人員提出以下整改措施：邊坡開挖施工時要做好邊坡掛網噴混凝土支護，每開挖3m 就要建立一次支護，但容易出現窩工現象，經地質勘測后確定圍巖的自穩能力在8m 以上，所以調整支護方式，在邊坡爆破施工完成后，錨桿支護緊隨開挖面，待開挖一個臺階后再進行邊坡掛網噴混凝土支護，同時為保證施工安全，在高邊坡開挖面周圍布設監測點，進行邊坡穩定實時監測；依據工程設計要求及實際邊坡超挖數據調整施工方案，進行超挖回填，若超挖部分為巖層，應采用混凝土回填。

4 結語

綜上所述，水利工程微觀上關系人們日常生產生活，在很大程度上影響社會經濟水平發展。水利工程在實際施工時，高邊坡開挖質量在很大程度上影響水利工程的質量與施工進度，所以開展高邊坡開挖面實時控制質量非常關鍵。本文在概述高邊坡穩定性影響因素基礎上，結合實際案例分析高邊坡開挖質量實施控制措施，希望能夠由此提高水利工程施工質量水平。