沿海火電站復雜地質條件開挖施工技術探析

摘 要：沿海地區交通便利，工業和經濟發展遠超其他地區，電力供應成為其發展中重要環節。在各沿海地區建設火電廠具有周期短、成本低、對環境要求低等優點，由于沿海地區往往有著錯綜復雜的沿海地震帶，且火電站選址的地質條件不會太好，合理、有序地安排開挖施工，成為沿海火電廠施工的首要環節。目前，國內有電廠基礎設計、電廠軟土地基處理、沿海地區樁基礎設計等方面的學術研究課題，尚無沿海地震區范圍內，多種開挖施工方式并存的復雜地質情況下的開挖施工技術相關研究。文章以印尼北蘇三火電項目的開挖施工為實例，闡述了在復雜地質條件與各種影響較大的制約因素情況下選擇開挖方式、開挖設備，以及開挖施工時段規劃與施工控制要點，為類似項目建設提供借鑒。

關鍵詞：沿海火電站;復雜地質條件;開挖施工技術

中圖分類號：TV554 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.013

印尼北蘇三火電項目位于印尼北蘇拉威西省米納哈薩縣Kema村海邊，項目主要包括電站、卸煤碼頭、150 kV開關站及輸電線路。項目地處沿海地震區且地質條件復雜，開挖施工涉及清表、土方開挖、沼澤清淤、石方爆破、基坑基槽石方開挖、海底基槽開挖等多種施工方式。項目地質條件復雜，外部環境制約條件較多，工期壓力大，在滿足設計要求的情況下，結合項目實際情況，分階段選擇適合的開挖方案，最大程度縮短工期、節約成本，是整個項目成功與否的決定性因素。

1 項目基本條件

1.1 地形與地貌

北蘇三火電項目廠址場地由山丘組成，靠近海岸線一側為起伏較低的陡峭區域，西部和北部場地為大面積的海拔較高的地形，其海拔范圍從海平面以上0～46 m不等。

山丘主要由風化巖石和黃色粘土組成，地表主要覆蓋有灌木，屬于未開發的荒地。距離大海約30 m，場地區域內還有一條淺水溪。靠近海灘0～30 m的區域由沼澤和草原構成，海拔為0～1.5 m。

1.2 氣象條件

項目年平均的相對濕度：最大88.9%，平均81.6%。

項目年平均空氣溫度：最高35 ℃，平均20.8 ℃。

項目多年平均風速：最大10.5 km/hour，平均3.2 km/hour。

項目雨季：每年11月至次年2月。

項目風浪期：每年7月至9月，平均浪高0.6 m。

2 項目開挖施工技術

2.1 開挖工程量

項目開挖項目主要包括場平開挖、基坑開挖、海內基槽開挖三部分。其中，清表10萬m2，沼澤清淤4萬m3，土方及風化巖明挖75萬m3，石方爆破6萬m3，基坑開挖10萬m3（含石方開挖2萬m3），海內基槽開挖8萬m3。

2.2 開挖施工方式

2.2.1 清表施工

清表為常規施工項目，主要是清除植被及表層腐殖土，采用人工伐木，挖掘機、自卸車配合清理出渣，施工時根據進度安排分片區進行。

2.2.2 沼澤清淤施工

沼澤清淤施工需在開挖的同時進行換填，根據設計深度要求，考慮挖掘機施工平臺的高度，換填深度小于3 m的選用普通挖掘機，3 m以上的選用長臂挖掘機進行開挖，根據沼澤面積規劃施工道路，采取清淤完成一塊，立即通過換填方式逐步施工。

2.2.3 土方及風化巖開挖施工

土方及風化巖開挖采用自上而下的順序分層進行，合理規劃施工及出渣道路，結合邊坡馬道設計，采用挖掘機配合自卸車分層分塊開挖出渣。每一級馬道形成時，及時進行排水系統施工，同時，按設計要求防護開挖邊坡，避免雨季雨水沖刷破壞邊坡[1]。

2.2.4 大體積石方開挖施工

挖除表層土體和風化巖后，大體積石方采用爆破方式分塊、分層進行。每層巖石采取深孔梯段微差爆破，由上至下分層開挖，梯段最大高度按馬道高度控制。設計邊坡采用預裂爆破，在接近馬道時底部預留保護層，采取水平預裂爆破，同時控制單響藥量，避免爆破對永久邊坡造成破壞。

2.2.5 基坑石方開挖施工

基坑石方開挖主要包括爆破時預留的基坑保護層開挖和不具備爆破作業條件的水下基礎石方開挖，主要采用履帶式破碎錘進行開挖，既能保證基礎完整性，又能減少不必要的超挖。

水下基礎開挖時基坑排水和邊坡防護措施為重點監控項目，對于基坑深度較深的泵房等部位，編制專門的安全技術方案，報公司總部進行專家論證，方案審查通過后方可組織施工。

2.2.6 長條形基槽石方開挖施工

本項目包括大量地下管線、溝道的開挖，基槽狹長且深度較深，地下地質情況復雜，遇到巖石地層時，采用潛孔鉆進行等間距鉆孔，采用液壓劈裂機破碎方式開挖，操作方便，安全環保。線型溝槽可采用多區域不同工序交叉施工，在一定程度上形成流水作業，既能節約施工成本，加快施工速度，又能避免交叉作業，減輕安全壓力。

2.2.7 堅硬的大孤石開挖施工

基坑、基槽開挖時遇到硬度較大且體型不規則的大孤石，破碎錘和劈裂機施工功效較低時，先用潛孔鉆鉆孔，采用膨脹劑進行靜態爆破，再用破碎錘進行局部處理。

2.2.8 海內基槽開挖施工

本項目的碼頭、取排水管線需要開挖水下基槽，根據地勘資料該區域為泥沙開挖，并無石方。其中海岸附近區域采用長臂挖機進行開挖，海內部分最深達海面以下13 m，采用抓斗挖泥船分段進行開挖，開挖渣料采用運泥駁船運輸拋卸到指定區域。

2.3 開挖施工程序

2.3.1 土方開挖施工程序

施工道路修建→清表→坡頂截水溝修建→土方開挖、出渣→邊坡成型→馬道排水溝修建→視情況進行邊坡支護。

2.3.2 石方爆破施工程序

爆破設計→現場放樣→鉆孔→裝藥、聯網→爆破→出渣→視情況進行邊坡支護。

2.3.3 液壓劈裂機破碎施工程序

現場放樣→鉆孔施工→劈裂機破碎→出渣→視情況進行邊坡支護。

2.3.4 膨脹劑靜態爆破施工程序

鉆孔→膨脹劑混合、裝藥→封堵→等待24小時→出渣。

2.3.5 海內開挖施工程序

測量放樣→抓斗挖泥船拋錨就位→開挖→運泥駁船出渣→基槽檢查→視情況進行基槽處理。

3 開挖施工規劃

3.1 施工道路

施工道路是開挖施工的關鍵，需要考慮道路的合理性、安全性和經濟性。在保證安全的情況下，合理規劃臨時道路既能保證施工進度，又能節約項目成本。前期開挖的臨時道路依地形布置，減少開挖和回填工程量，后期施工道路與永久道路相結合，施工期排水與永久排水溝道結合，減少重復施工，節約項目成本。

本項目初期結合地形及永久道路布置，形成4條互相連通的主要施工道路，施工支路根據現場實際需要布置，就近接入主路，在各個路口設置醒目的交通指示標志，盡可能將輕重車輛行走路線分開，形成循環，既能滿足高峰期的通行要求，又能最大程度保證項目的交通安全。

3.2 爆破施工

受項目當地法律法規限制，爆破相關作業只能由當地有資質的爆破公司完成，且爆破相關的火工產品需要提前3個月申請，現場必須建立專門的炸藥庫，由當地警方負責保管和出入庫管理。

基于此，前期土方開挖時，項目先完成炸藥庫的建設和驗收，選定具有資質的爆破分包商，并與爆破分包商一起根據地勘資料估算火工用品的用量，提前準備好相關的批文手續，提前組織爆破相關的設備、材料進場。

在土方及風化巖開挖施工安排時，優先將需要爆破的區域挖開到巖石面，使爆破作業具備連續施工的工作條件，盡量縮短爆破分包商的工作時間。

項目在當地的爆破安全規定和中國的爆破安全規定中就高不就低，以最高的安全要求和嚴格的現場管控確保爆破安全不出問題。

在爆破作業施工前，對爆破施工中涉及的安全指示信號、溝通管理機構、安全警戒范圍等進行詳細交底，并組織現場模擬演練，做到爆破安全人人有責、安全意識深入人心、全員參與監管。

現場爆破作業施工時，采用中方和當地分包商聯合監管的模式，對火工產品的出入庫、爆破設計及相關技術資料等進行雙重審核，保障爆破作業安全可控。

3.3 雨季施工

開挖施工，尤其是土方開挖和基坑開挖要盡可能避開雨季施工，爆破作業在一定程度上也受降雨的制約。

進入雨季之后，開挖功效只能達到旱季的1/3。開挖料需考慮回填的土石方平衡，實際功效只能達到旱季的1/4。為此，項目在雨季前加班突擊，加快進度，進入雨季后，只對條件較好的區域進行開挖，待雨季結束后再開始大面積施工。

對于雨季開挖的區域，要重點強化該區域的施工道路和排水，采用石渣硬化施工道路，安排專門人員和設備進行道路維護，避免陷車。在基坑頂部設置擋水圍堰和排水溝，避免積水流入基坑。

對于面積較大、結構比較重要部位的基坑施工，安排在旱季施工，抓住時機及時完成驗槽和墊層混凝土的澆筑，規避積水對基坑基礎承載力的影響。

3.4 風浪期施工

由于項目海域風浪期較長，且風浪較大，海上作業的船舶在風浪期無法安排施工，為此，海內開挖安排在風浪期結束后，一方面考慮施工安全，另一方面減少海浪帶來的泥沙回淤影響，合理安排施工時段，在風浪期空檔完成開挖、水下管道安裝和回填等受風浪影響的工作。

4 施工控制要點

4.1 開挖施工

開挖接近基底時，預留20 cm保護層，保護原狀土不受擾動，以便控制邊坡，避免超挖和欠挖。

爆破施工時，要根據地勘資料和現場實際情況，合理設計爆破參數，加強現場實際操作，避免爆破作業對邊坡和基坑的破壞。在地下水位以下開挖時，先降水保證地下水降到基坑底面50 cm以下，有利于干地作業，因地制宜地采用布置集水坑抽排或在基坑周邊采取井點降水的方式降低地下水位。

在開挖過程中，注意集水井的保護和出水量的觀察，當集水井淤積量大或開挖時被破壞，要及時清洗或重新施工。對于開挖邊坡，要嚴格按照設計坡比開挖，避免遺留坡度過陡、倒懸等安全隱患，要及時保護開挖邊坡，根據設計要求和現場實際，采取掛網、噴錨支護、防雨布覆蓋等防護措施，保證邊坡安全[2]。

4.2 海內基槽開挖

水下基槽開挖前，根據水深圖，按確定的方法進行分段、分條、分層開挖。為防止漏挖，分條施工時要采用搭接開挖，搭接重復寬度不小于2 m。

施工時，挖泥司機根據挖泥船上吊斗主吊的深度標尺，控制抓斗的開挖深度。挖泥船移船時，要準確定位，控制移船前進的距離，以免造成漏挖。基槽分段開挖結束后進行分段標高測量，發現淺點或漏挖的地方及時補挖，確保開挖質量。

水下邊坡開挖時，施工現場必須根據設計圖紙的設計坡比計算邊坡寬度，按矩形斷面開挖。遇到泥層較厚時，要分層按階梯斷面開挖，使挖槽自然坍塌后接近設計邊坡。

開挖完成后，根據水深采用標尺或超聲波探測儀檢查驗收，盡快銜接后續工序，避免海浪沖刷造成的泥沙淤積。

4.3 液壓劈裂機破碎施工

采用液壓劈裂機破碎施工時，劈裂孔位要確保在同一平面內，且孔深要保持一致，間距要均勻分布。劈裂施工時，分裂器的劈裂頭完全插入孔中后，方能啟動分裂器上的控制閥進行分裂，避免劈裂頭上下受力不均而導致劈塊斷裂。

如果巖石上表層有土層或其他與巖石硬度相差很大的介質，則要將上表層土層或介質清除后再在巖石上布孔。不能在沒有凌空面的巖體平面中直接進行分裂作業，這樣不但劈裂不開巖石，而且很有可能導致劈塊斷裂。施工前聯系廠家技術人員進行指導，培訓專門的操作人員，在保證施工進度的情況下規范設備的實際操作，延長設備的使用壽命。

4.4 膨脹劑靜態爆破施工

膨脹劑要貯存于干燥處，避免受潮、變質、失效。膨脹劑要隨配隨用，配制后立即裝入干凈的炮孔，并在10分鐘內使用完畢，垂直孔可直接灌入。對于水平孔或斜孔，可用干稠的膨脹劑膠泥搓條塞入，或用炮棍送入孔中并搗實，裝藥需填滿炮孔。如果遇炮孔中有水，可將靜態膨脹劑裝入塑料袋進行保護。孔壁過干時，要適當灑水濕潤孔壁，以保證水化反應。

在施工前根據膨脹劑的廠家說明，選擇對應參數，選取具有代表性的工作部位進行操作性試驗，驗證并選擇最終的使用配比。操作過程中，操作人員按規定佩戴安全防護用具，在施工區域周邊布置安全警示帶，確保施工安全。

4.5 雨季施工

對于無法避開雨季進行的開挖施工，提前做好雨季施工措施和應急預案，組織逐級交底，確保施工安全和施工質量。雨季施工時注意天氣變化和及時收集天氣預報信息，提前做好防范措施。做好雨季施工的物資、設施的準備工作，大雨過后做好現場檢查，減少雨后損失。

開挖前要在工作區域四周做好擋水堰、排水溝等截水排水設施，防止地表水流入基坑內或大量滲入坑邊土體影響邊坡的穩定。提前備好水泵等排水設備，從上到下分層分段依次開挖，做好集水井等抽排系統，下雨時及時排除落雨，防止雨水浸泡。及時對開挖邊坡進行清理，排除浮渣和松散體，清理完成后采用防雨布進行整體覆蓋，減輕降雨對邊坡的影響。雨季施工期間，加強對基坑邊坡的巡查，確保邊坡穩定，防止滑坡及塌方事故。

施工完成后要迅速協調組織好驗收等工作時間，及時進行混凝土施工，減少土層暴露時間。

5 結語

文章結合北蘇三火電項目開挖施工項目較多、地質條件復雜、受制約情況較為突出的特點，分析不同部位、不同時段需要采取的不同開挖施工方式，分析各種開挖方式的重要注意事項，歸納總結重大影響因素的處理方案。只有因地制宜將各種開挖方式的優點有機結合在一起，才能最大限度縮短工期、節約成本。文章基于印尼北蘇三項目的特殊環境進行的探析，多有不足之處，以期為類似項目的建設提供借鑒。

參考文獻

[1] 劉昊.淺析某火電站土建施工方案[J].科技風，2013（23）：130.

[2] 王剛.火電廠地下管網模塊化整區域開挖施工技術[J].工業B，2015（29）：272-273.

作者簡介：朱永泉（1981—），男，本科，高級工程師，研究方向：火電工程技術管理。