狹窄空間內(nèi)陡峭坡面邊坡開挖施工技術(shù)分析

馬天昌 （中鐵建大橋工程局集團(tuán)第五工程有限公司，四川 成都 610015）

0 引言

隨著我國水利水電事業(yè)的快速發(fā)展，水電站工程的建設(shè)逐漸增多，因工程性質(zhì)的需要，多數(shù)水電站建在高山或峽谷地帶，需在高聳陡峭的邊坡開展施工，在此類特點(diǎn)的邊坡上進(jìn)行開挖等施工作業(yè)難度大、危險(xiǎn)性高，嚴(yán)重威脅施工人員安全[1]。因此，科學(xué)合理的邊坡開挖支護(hù)技術(shù)能夠在一定程度上降低施工風(fēng)險(xiǎn)，為水利水電工程的安全順利建設(shè)提供保障[2-4]。

國內(nèi)學(xué)者針對(duì)邊坡開挖施工技術(shù)進(jìn)行了較多的研究。侯明明等[5]對(duì)邊坡開挖在水利水電施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析了影響工程中邊坡開挖技術(shù)的因素，并對(duì)邊坡施工技術(shù)在水利水電施工中的運(yùn)用提出了建議。袁寶月等[6]以某高速公路工程為例，對(duì)邊坡施工技術(shù)中高速公路上下路堤的填料方式、護(hù)坡方法及優(yōu)化等方案進(jìn)行分類，并通過建立雙層決策模型選擇出最符合工程特點(diǎn)的邊坡施工方案。吳丹[7]基于邊坡開挖技術(shù)在工程中的應(yīng)用分析，提出了加強(qiáng)邊坡支護(hù)性能的措施。孫同賀[8]運(yùn)用PHASE2軟件與實(shí)際工程相結(jié)合，對(duì)邊坡開挖過程中超挖的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估與分析，研究表明，邊坡超挖導(dǎo)致的巖土層產(chǎn)生的剪切帶會(huì)降低邊坡穩(wěn)定性。王斯黎[9]對(duì)邊坡施工階段的前期準(zhǔn)備、放樣測量、開挖方案以及邊坡防護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，應(yīng)用邊坡防護(hù)技術(shù)使邊坡穩(wěn)定性得到一定的提升。

上述學(xué)者多針對(duì)邊坡開挖技術(shù)在水利水電及高速公路工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究，但針對(duì)高度較高、坡度較陡以及周圍存在建筑物的邊坡開挖施工技術(shù)研究較少。因此，本文以四川大渡河雙江口水電站工程為例，對(duì)泄洪洞出口土石方開挖、邊坡支護(hù)、排水孔施工技術(shù)進(jìn)行研究，以提出豎井泄洪洞出口洞身段開挖與泄槽施工方案。

1 工程概況

雙江口水電站泄洪系統(tǒng)3號(hào)導(dǎo)流洞與豎井泄洪洞結(jié)合分布，隧洞進(jìn)口底高程2360.0m，出口底高程2273.86m，隧洞全長1593.449m，底坡5.41%，導(dǎo)流洞與泄洪洞結(jié)合段長1002.082m。3號(hào)導(dǎo)流洞按照短有壓隧洞設(shè)計(jì)，進(jìn)口設(shè)置岸塔式閘室，閘室長 50m、寬 20.5m、高94m，多置于弱風(fēng)化下段新巖體上，閘室采用三面收縮的短有壓進(jìn)口型式，頂板采用橢圓曲線型板。進(jìn)口閘室內(nèi)設(shè)置平板封堵閘門及調(diào)洪水位發(fā)電的工作閘門，平板門孔口寬10.5m、高11m，工作門孔口寬10.5m、高9m，其間采用1：5的水流壓板，工作閘門后無壓隧洞寬12m、高16m，邊坡位于豎井泄洪洞出口與進(jìn)廠交通洞之間。

2 工程重難點(diǎn)

邊坡位于豎井泄洪洞出口與進(jìn)廠交通洞之間，地處馬爾康至金川交通要道旁，具有以下重難點(diǎn)：

邊坡高度為7m～70m，高度較高，并且地形陡峭，施工作業(yè)面狹窄；

邊坡與進(jìn)場交通洞施工標(biāo)在施工過程中存在干擾行為，不便于施工；

邊坡施工范圍內(nèi)存在宗教建筑物，且有國家保護(hù)植物，施工作業(yè)困難。

3 邊坡主要施工方案

3.1 邊坡施工總體方案

根據(jù)邊坡所處地質(zhì)條件，采取分層分塊的方式進(jìn)行邊坡開挖，大致分為兩個(gè)區(qū)塊：邊坡上游開挖線至現(xiàn)有隧道出洞口為區(qū)塊1；現(xiàn)有隧道出口至下游末端為區(qū)塊2?，F(xiàn)有隧道出洞口至豎井泄洪洞出洞口分4次開挖，采用各區(qū)塊自上而下的順序進(jìn)行開挖，邊坡分區(qū)如圖1所示。

圖1 邊坡分區(qū)示意圖

3.2 豎井泄洪洞出口洞身段開挖方案

隧道出洞口至豎井泄洪洞出洞口長度為18.1m，上部邊坡開挖至2294m高程時(shí)停止繼續(xù)向下開挖，洞頂上部預(yù)留厚度8m的保護(hù)層，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分以此開挖，每部分分3步進(jìn)行，首先進(jìn)行洞頂上方預(yù)留保護(hù)層①部分開挖，再進(jìn)行預(yù)留保護(hù)層②部分開挖，最后進(jìn)行③部分的開挖，開挖分區(qū)側(cè)視圖如圖2所示。

圖2 3號(hào)導(dǎo)流洞出口至豎井泄洪洞出口部分開挖分區(qū)側(cè)視圖

3.3 泄槽主要施工方案

根據(jù)地質(zhì)條件，同樣對(duì)泄槽進(jìn)行分區(qū)塊開挖，第一階段為豎井泄洪洞下平段出洞口至交通橋下游側(cè)30m處區(qū)域內(nèi)開挖，開挖包含Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)等5個(gè)區(qū)域；第二階段為交通橋下游側(cè)30m處至泄槽末端之間，挑坎以上區(qū)域開挖，開挖包含Ⅵ區(qū)、Ⅶ區(qū)挑坎以上區(qū)域；第三階段開挖為Ⅵ區(qū)、Ⅶ區(qū)挑坎以下剩余區(qū)域及Ⅷ區(qū)域。兩階段均采用預(yù)裂爆破進(jìn)行分區(qū)、分塊、分層開挖。其中，第一階段共分4層5區(qū)11塊，第二階段共分3層2區(qū)4塊。泄槽區(qū)層開挖如圖3所示。

圖3 泄槽分層分塊立視圖

4 主要施工流程

邊坡施工前，首先對(duì)施工場地進(jìn)行測量與放樣工作，采用被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)對(duì)防護(hù)區(qū)域進(jìn)行全面防護(hù)，并做好開挖邊坡上部截水溝工作，用以預(yù)防雨水等對(duì)邊坡的沖刷。在坡腳、場地周圍以及道路坡腳等處開挖排水溝槽和設(shè)置排水設(shè)施，以便排除坡底積水，維持邊坡穩(wěn)定性。準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行土方開挖工作，開挖完成后進(jìn)行人工修整。當(dāng)遇到巖石或復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境時(shí)，需進(jìn)行石方開挖，必要時(shí)可進(jìn)行石方爆破，當(dāng)出現(xiàn)欠挖時(shí)進(jìn)行局部的石方欠挖處理。最后進(jìn)行邊坡支護(hù)與驗(yàn)收工作，邊坡施工流程如圖4所示。

圖4 邊坡施工流程

4.1 土方開挖

土方開挖順序?yàn)樽陨隙路謪^(qū)分層開挖，當(dāng)土層較薄時(shí)，采用一次性開挖至巖層外露；當(dāng)土層厚度較大時(shí)，采用分段分層施工，每層的厚度按2m控制。邊坡開挖與支護(hù)同時(shí)進(jìn)行，以保證邊坡穩(wěn)定性，土方開挖順序如圖5所示。

圖5 土方開挖順序圖

4.2 石方開挖

石方開挖前，首先進(jìn)行測量放樣，根據(jù)施工圖定點(diǎn)邊坡開挖開口線，開挖測量放樣與開挖進(jìn)度相適應(yīng)。放樣時(shí)放出輪廓點(diǎn)，當(dāng)輪廓線較長時(shí)視工程情況按5m～10m加密，放樣輪廓點(diǎn)的點(diǎn)位線誤差和高程線誤差小于±15cm。每一排炮均進(jìn)行放樣，并測量上一排炮爆破后的開挖面超欠挖情況及開挖范圍，在首層預(yù)裂孔鉆孔前，標(biāo)識(shí)出每一個(gè)預(yù)裂孔的位置、孔深，以保證開挖質(zhì)量。

為控制邊坡開挖效果，在預(yù)裂孔鉆孔前先搭設(shè)樣架，樣架必須使用鋼管分段搭設(shè)并固定于基巖上，保證鉆孔時(shí)樣架不移位、不變形。使用水平尺、角度尺對(duì)樣架的位置及角度進(jìn)行復(fù)核，確保樣架搭設(shè)準(zhǔn)確無誤。

預(yù)裂爆破采用藥卷間隔綁扎在導(dǎo)爆索上的裝藥結(jié)構(gòu)形式，制作藥包時(shí)，應(yīng)合理確定炮孔內(nèi)各不同深度的裝藥量。裝藥時(shí)，將加工好的藥卷捆在竹片上，緩緩送入孔內(nèi)，在其下送過程中，應(yīng)使竹片貼緊擬保留巖壁一側(cè)。預(yù)裂爆破時(shí)，需對(duì)炮孔進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩氯匝娱L爆炸氣體在孔內(nèi)的作用時(shí)間，有利于增加裂縫的寬度，填塞長度通常取炮孔直徑的12～20倍。

主爆孔鉆孔直徑為100mm，藥卷直徑選擇70mm，抵抗線為藥卷直徑的25～35倍，多數(shù)在30倍左右。主爆孔排距2m，間距2m，緩沖孔布置在主爆孔與預(yù)裂孔之間，本段邊坡開挖布置1排緩沖孔，其與預(yù)裂孔的排距為1.5m，緩沖孔間距為2m。邊坡工程開工后，根據(jù)預(yù)裂爆破效果、爆堆及大塊石情況進(jìn)行爆破參數(shù)的調(diào)整，主爆孔和緩沖孔的最大單響裝藥量不得大于100kg，豎井泄洪洞出口開挖梯段爆破炮孔布置如圖6所示。

圖6 豎井泄洪洞出口開挖梯段爆破炮孔布置示意圖

4.3 邊坡支護(hù)

邊坡支護(hù)自上而下進(jìn)行，由于現(xiàn)有揭露坡面節(jié)理裂隙極其發(fā)育，巖體風(fēng)化嚴(yán)重、十分破碎，擬先采用人工吊噴的方式自上至下對(duì)邊坡進(jìn)行混凝土素噴封閉，再搭設(shè)鋼排架，然后進(jìn)行錨噴支護(hù)，分別進(jìn)行錨桿、鋼筋掛網(wǎng)、排水孔及錨索施工，具體施工流程如圖7所示。

圖7 邊坡支護(hù)流程

4.4 排水孔施工

排水孔施工前，首先對(duì)排水孔孔位進(jìn)行測量放樣，再進(jìn)行鉆孔，排水孔鉆孔與錨桿鉆孔同時(shí)進(jìn)行。排水孔安裝時(shí)，采用φ40mmPVC排水管，安裝至排水孔內(nèi)，外露5cm。

5 結(jié)語

為研究陡峭坡面邊坡開挖施工技術(shù)，以四川大渡河雙江口水電站工程為例，對(duì)該邊坡的施工重難點(diǎn)進(jìn)行了分析，對(duì)泄洪洞出口土石方開挖、邊坡支護(hù)、排水孔施工技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了邊坡開挖過程中豎井泄洪洞出口洞身段開挖與泄槽施工方案，研究方案可為今后陡峭坡面邊坡開挖施工提供參考。