淺談抽水蓄能電站庫盆高邊坡開挖支護技術

趙 強，袁 祥，龍小剛，鄭成成

(陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能有限公司，西安 710003)

抽水蓄能電站是為了解決電網(wǎng)高峰、低估之間供需矛盾而建設的，是間接儲存電能的一種方式，在電網(wǎng)中削峰填谷、調(diào)頻調(diào)相，是電力系統(tǒng)中最可靠、最經(jīng)濟、壽命周期長的儲能裝置，是新能源發(fā)展重要組成部分。一般由上水庫、下水庫、引水系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)等組成，在電網(wǎng)負荷低谷時做水泵運行，利用下水庫抽水至上水庫，將電能儲存起來，在電網(wǎng)負荷高峰時做水輪機運行，利用上水庫抽水至下水庫發(fā)電，將電能釋放出來。上水庫庫盆作為抽水蓄能電站的重要組成部分，能否按期蓄水驗收，直接影響電站投產(chǎn)發(fā)電，近年來國內(nèi)多家抽水蓄能電站上水庫庫盆因雨季、冬季、上下庫連接道路、施工組織等問題影響，都已成為電站建設關鍵線路。庫盆建設過程中，庫盆高邊坡開挖與支護安全、質(zhì)量直接影響著后續(xù)水工建筑物(庫盆、大壩等)的施工進度，與常規(guī)水電站邊坡開挖不同，抽水蓄能電站庫盆及大壩部置緊促，庫周邊坡開挖經(jīng)常與大大壩填筑同時施工，邊坡開挖的質(zhì)量、強度，支護工藝，邊坡變形直接制約庫盆主體結(jié)構(gòu)工程施工，影響電站蓄水驗收投產(chǎn)發(fā)電[1]。

1 庫盆土石方平衡與邊坡開挖選擇

抽水蓄能電站與常規(guī)水電站不同，純抽水蓄能電站水庫庫容小，水位日變幅大(每日一般10-40m)，建筑物布置緊密，特別是上水庫庫工程，由庫盆+大壩+進出水口等建筑物構(gòu)成。上庫盆填壩料源常常因空間與時間不匹配，與設計原規(guī)劃發(fā)生偏差，一旦打破原有平衡將影響施工。開挖總量不變，原始測量地形與原設計發(fā)生變化，如邊坡高度不變，環(huán)庫路以上邊坡開挖量增加，環(huán)庫路以西邊坡開挖量減少，將導致邊坡變陡，施工道路布置難度增加，導致庫岸邊坡開挖效率降低；邊坡高度不變，環(huán)庫路以上邊坡開挖量減少，環(huán)庫路邊坡以下邊坡開挖量增加，將導致邊坡變緩，環(huán)庫路以上邊坡強風化料增加，前期開挖無用料增加，料源臨時轉(zhuǎn)存或棄料費用增加；若前期地質(zhì)勘探深度不足，骨料強度、碾壓試驗與設計技術要求發(fā)生差異，將導致當?shù)夭牧蠅蔚捏w型、分區(qū)被動調(diào)整[2]。電站一旦開工建設將很難再次調(diào)整料源，故上庫盆開挖前，需要施工單位仔細研究并分析設計意圖，復核地形地貌，依據(jù)設計文件編制料源開采規(guī)劃，結(jié)合地質(zhì)勘探資料對料源儲量及物理性質(zhì)進行復核，從空間、時間兩個維度提交料源復核報告。同時根據(jù)開采規(guī)劃、料源復核報告編制施工組織、施工方案，分區(qū)分段組織庫盆開挖，充分考慮雨季影響，合理配置資源設備，優(yōu)先開挖過渡料、主堆石料、混凝土骨料等料源邊坡。對于百米級庫岸陡峭山坡，盡可能早日啟動邊坡開挖，秦嶺腹地某抽水蓄能電站三區(qū)邊坡，環(huán)庫路高程EL.1396，坡頂高程EL.1490，環(huán)庫路以上邊坡高差94m，五級邊坡，一至四級邊坡坡比1∶0.3，第五級邊坡坡比1∶0.5，其中三級及以上邊坡開挖，施工便道因空間限制，無法布置輪式設備通行便道，EL.1436以上邊坡開挖支護材料均通過履帶式設備(如挖掘機、推土機等)運輸。三區(qū)邊坡主要為大壩前期填筑料排水料、過度料開采區(qū)，邊坡開挖進度直接影響大壩填筑，在安全可控的前提下快速降坡，將提高大壩填筑效率。

2 高邊坡開挖與支護方式的選擇

通常水利水電工程庫岸邊坡每20m一級，巖質(zhì)邊坡一般為1∶0.25-1∶0.75，巖石比較完整無裂隙發(fā)育，通常采用系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)片+噴射混凝土方式支護；巖石不完整裂隙發(fā)育，需加強支護，提升支護等級，通常需要加強支護如增加錨筋樁或錨索，采用錨索(或錨筋樁)+粗鋼筋網(wǎng)+混凝土板的支護方式。土質(zhì)邊坡一般在1∶1-1∶1.75，為確保邊坡穩(wěn)定，在征地范圍內(nèi)最大限度放緩邊坡。通常土質(zhì)邊坡在1∶1-1∶1.5時，需增加工程措施錨噴支護或框格梁支護，緩于1∶1.75時為穩(wěn)定自然坡比，不需增加工程措施。對于高陡峭邊坡，因輪式設備無法到達開挖支護作業(yè)面，所有開挖、支護材料均需履帶式設備進行材料倒運，如遇降雪、降雨天氣，邊坡開挖支護施工難度大，安全風險高，為確保施工期間開挖支護人員、設備安全，邊坡開挖時開挖一級支護一級，待上層邊坡支護完成后再進行下一級邊坡開挖。

對于高陡多級邊坡，開挖前應完成開口線外邊坡清理與防護，并對清表后的邊坡地形、地質(zhì)情況進行二次復核，根據(jù)復核情況編制施工方案，選擇支護設備，布置施工便道。對于高陡邊坡因空間地形限制無法布置輪式設備時，邊坡支護開挖一般采用短坡降支護法(見圖1)、腳手架支護法(見圖2)、履帶支護臺車法(見圖3)進行邊坡開挖。短坡降法指20m高的一級邊坡，一次預裂20m深，兩次主爆每次10m深，分6-8次完成開挖出渣，按每2-3m作為開挖一個循環(huán)，不需要支護平臺設備，完成開挖、出渣、清坡、驗收等降坡施工；腳手架支護法指20m高的一級邊坡，一次預裂20m深，兩次主爆每次10m深，分兩次出渣，然后搭設20m高腳手腳作為施工作業(yè)平臺，對20m邊坡進行整體支護；履帶支護臺車法指20m高的一級邊坡，一次預裂20m深，分兩次主爆，每次主爆10m深，利用履帶式支護臺車分兩次對邊坡進行噴錨支護。

圖1 段坡降支護法

圖2 腳手架支護法

3 高邊坡3種支護方式工藝特點

短坡降支護法：優(yōu)點是開挖一層支護一層，每層開挖支護控制在2-3m以內(nèi)，不用搭設腳手架、不適用支護臺車，直接對邊坡進行錨桿鉆孔、錨桿注漿、綁扎鋼筋、噴射混凝土，邊坡開挖支護一個循環(huán)周期短；缺點是不適用大面積支護，每20級一級邊坡開挖支護工序需重復六至七次倒運施工材料，開挖、測量、驗收、支護工序需要頻繁轉(zhuǎn)換，容易造成邊坡超欠挖。腳手架支護法：優(yōu)點是20m一級邊坡，一次預裂鉆爆，整體出渣，搭設腳手架施工平臺多個點同時對邊坡進行坡噴錨支護；缺點是一次預裂鉆爆，20m高腳手架搭設材料轉(zhuǎn)運任務重風險高，作業(yè)工人腳手架搭設水平層次不齊，搭設拆除作業(yè)安全風險高。履帶支護臺車法：優(yōu)點是20m一級邊坡，鉆爆支護工序轉(zhuǎn)換少，出渣與支護可以同步進行，履帶式設備可兼做材料倒運設備；缺點是對于施工便道相對要求高，履帶支護臺車平臺僅供一個鉆機施工，要提高支護速度得增加履帶式臺車，施工承包商成本增加。

3種支護法示意圖見圖1-圖3。

圖3 履帶支護臺車法

經(jīng)某電站現(xiàn)場統(tǒng)計輪式設備無法到達工作面的高邊坡，20m一級的邊坡支護，不考慮降雨影響，短坡降支護法，平均施工時長為24-28d，腳手架支護法平均施工時長2個月，履帶式支護臺車法平均施工時長1個月。對于工期不緊，巖石完整，不影響大壩填筑的高邊坡，可考慮腳手架平臺法進行開挖支護，對于高陡峭邊坡，巖石較破碎，上下存在交叉干擾的邊坡，可考慮結(jié)合機械開挖，采用短坡降法進行邊坡開挖支護；對于巖石較完整，可滿足布置履帶式支護設備行走的邊坡，優(yōu)先考慮履帶式支護臺車法。

4 結(jié) 語

對于利用庫盆邊坡開挖料作為大壩填筑料的的抽水蓄能電站，電站建設工程中，庫岸邊坡開挖進度往往制約大壩填筑進度，合理的選擇開挖支護方式尤為重要，邊坡開挖前需完成對邊坡的地形、地質(zhì)與設計單位提供的設計文件進行對比復核，并將復核報提交監(jiān)理單位、設計單位，如需調(diào)整料源，盡早報建設單位決斷。結(jié)合施工現(xiàn)場地貌確定開挖支護方式，對于高陡峭邊坡開挖前應考慮相鄰區(qū)域爆破干擾，合理布置施工便道，對于使用期超過半年以上便道，為減少降雨影響，應對便道進行硬化，便道投入前做好便道的安全防護及排水措施。設計單位在庫岸邊坡開挖施工詳圖設計階段，還應充分考慮邊坡側(cè)面邊坡的支護形式，施工通道布置。對于地質(zhì)條件差、支護形式復雜(如錨鎖+貼坡混凝土的支護形式)的庫岸邊坡，如有條件，避開重要建筑物布置，以免影響后續(xù)施工。過渡料、主堆石料源邊坡開挖應盡早啟動，避免成為關鍵線路，影響庫盆蓄水。總之在邊坡開挖時，施工單位要結(jié)合地形地貌，對比不同開挖支護工藝手段應用特點，選擇合適的支護方法，優(yōu)化施工流程，減少人員作業(yè)工序，提高機械化使用率，快速有序降坡。