糯扎渡水電站下游河道清障清淤技術(shù)

(1.武警水電第一總隊(duì) 糯扎渡工程項(xiàng)目部，云南 普洱 665625； 2.黃淮學(xué)院， 河南 駐馬店 463000)

圖1 下游河道清淤平面布置(單位：m)

1 工程概述

糯扎渡水電站為礫石土心墻堆石壩，最大壩高 261.5 m。電站裝機(jī)容量5 850 MW，水庫(kù)具有多年調(diào)節(jié)能力，為一等大(1)型工程。擋水、泄水等永久建筑物采用1 000 a一遇洪水設(shè)計(jì)，可能最大洪水PMF校核；發(fā)電廠房按照200 a一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000 a一遇洪水校核；下游消能防沖建筑物采用100 a一遇洪水設(shè)計(jì)。

為確保糯扎渡水電站發(fā)電和泄洪運(yùn)行條件，需對(duì)電站下游河道進(jìn)行清障和清淤。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘及糯扎渡壩址下游河道狀況，清淤范圍確定為糯扎渡永久大橋——糯扎渡壩址段，河道總長(zhǎng)約1.8 km。下游河道清淤平面布置見(jiàn)圖1。

1.1 施工難點(diǎn)

(1)河床清淤工作受江水水位漲落影響大。因水位不斷變化，為保證施工安全，機(jī)械設(shè)備需頻繁進(jìn)出作業(yè)面以避免連續(xù)施工。

(2)受其他區(qū)域及上游影響，已挖區(qū)域容易形成回淤積，且反鏟水下加大了施工難度，需進(jìn)行水下多次重復(fù)墊渣、重復(fù)集渣清基。挖渣過(guò)程中淤渣摻有大量水與淤泥，需要在集中堆放和濾水后，進(jìn)行二次裝運(yùn)，降低了機(jī)械使用效率并避免發(fā)生重復(fù)施工。

(3)河床基巖高于高程 597.0 m的部位較多，需要進(jìn)行鉆爆施工，水下巖埂鉆爆施工難度較大，須在消力塘永久混凝土臨邊實(shí)行控制爆破作業(yè)。

(4)施工道路的布置合理性直接影響清挖工作的順利進(jìn)行。下游景洪電站蓄水后，水位整體抬高，施工道路墊碴工程量大。

1.2 施工要求

根據(jù)《糯扎渡水電站下游河道清淤設(shè)計(jì)專題報(bào)告》，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，主要的工作項(xiàng)目包括清除河沙淤積，挖除石渣淤積及爆破挖除河床礁石等。按照設(shè)計(jì)要求，岸坡距永久建筑物 5.0 m以外及河床的礁石挖除至 597.0 m高程，清淤坡度按1∶3控制，尾水出口護(hù)坦盡量挖除至597.0 m高程以下(1、2號(hào)尾水出口護(hù)坦平臺(tái)范圍)[1]。根據(jù)鉆爆設(shè)備特性，為加快施工進(jìn)度，岸坡距永久建筑物5.0 m以外河床需爆破的基巖部位開(kāi)挖邊坡按1：0.5控制。

2 施工方案

2.1 施工分區(qū)

根據(jù)已測(cè)量的水下地形圖，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，河床清挖工程分2個(gè)區(qū)域進(jìn)行，1、2號(hào)導(dǎo)流洞出口至原索橋?yàn)?區(qū)，樁號(hào)為K0+240～K0+520;原索橋下游段為2區(qū)，樁號(hào)為K0+520～K1+130。

(1) 1區(qū)。1區(qū)面積約 2.66萬(wàn)m2，范圍是尾水出口護(hù)坦至原索橋，施工以挖除淤積物為主，水面以下淤積物以泥沙、塊石為主。淤積高程大致在601.0 m，597.0 m高程以上清淤深度約4 m，597 m高程以下清淤深度為2 m。由于1號(hào)導(dǎo)流洞右側(cè)山體及出口圍堰丁字壩隔離水流，尾水出口護(hù)坦附近作業(yè)面水流相對(duì)平穩(wěn)，具備墊渣清淤條件。出口圍堰丁字壩以下順河道中心水流湍急，河道中心線左側(cè)20 m以右范圍采用常規(guī)手段難以清除。左岸淤積物挖除過(guò)程中，水流會(huì)將河道上游及中心部位淤積物回淤至清理作業(yè)面，清淤深度越深，回淤量越大，清除功效低，清淤難度大。尾水出口混凝土護(hù)坦與江心間出露一條基巖帶(暗礁)，寬約50 m，長(zhǎng)約60 m，頂高高程 599.0～600.0 m，爆破清除深度約4 m，爆破量約為12 000 m3。原消力塘高程635 m公路護(hù)坡下游至索橋區(qū)域?yàn)橥怀鰩r體，頂部高程約608 m，需進(jìn)行爆破清理。1區(qū)主要施工包括墊渣形成臨時(shí)開(kāi)挖道路、清淤施工、礁石爆破，由上游向下游方向進(jìn)行。

(2)2 區(qū)。2區(qū)面積 2.55萬(wàn)m2，河道最深處稍偏左岸，河道體型中心往左側(cè)基本為 “U”型。施工以拓寬河道為主，主要是清除距離消力塘出口及608 m護(hù)坦5m以外岸坡基巖，水面以上爆破量約5.98萬(wàn)m3，水面以下爆破量約 6.14萬(wàn)m3。該區(qū)域有3座暗礁，樁號(hào)為K0+920～0+940，靠左岸2座，頂高程分別為 602.45 m、601.7 m，面積約 491.376 m2，距離岸坡較近，應(yīng)予以爆破拆除，爆破量約4 032 m3；第三座處在河道中心偏左側(cè)，距離岸坡約40 m，頂部高程為600 m，平均面積約50 m3，由于體型較小，現(xiàn)有條件下施工難度較大，因此不建議爆破拆除。2區(qū)施工包括施工道路布置、水面以上基巖開(kāi)挖、水面以下基巖開(kāi)挖、礁石爆破，由下游向上游方向進(jìn)行。

2.2 施工道路布置

渣料進(jìn)出道路應(yīng)沿下游左岸公路、糯扎渡大橋、運(yùn)火燒寨溝壩II料存渣場(chǎng)(壩Ⅰ料存渣場(chǎng))布置。進(jìn)入河床清淤作業(yè)面后，施工道路需要回采棄碴進(jìn)行回填、壓實(shí)才可使用。施工道路布置總長(zhǎng)3 000 m，道路回填約9萬(wàn)m3。

河床施工道路布置原則有：①針對(duì)主要清挖部位進(jìn)行布置，施工道路必須到達(dá)并能覆蓋主要淤碴清理區(qū)及開(kāi)挖部位；②為滿足施工要求和保障設(shè)備運(yùn)行安全，施工道路均要滿足雙車通行，路寬10 m；③為保證清挖工作的持續(xù)性，施工道路路面高程至少高于實(shí)際水位50 cm，尾水出口施工道路頂高按高程 603.5 m控制，原索橋下游段施工道路頂高按高程602.5 m控制；④使用 2.2 m3反鏟進(jìn)行清挖，作業(yè)半徑為5 m，為最大程度清除淤碴，施工道路布設(shè)應(yīng)覆蓋主要清理區(qū)，施工道路按路間距8 m進(jìn)行布置；⑤沿江需鉆爆開(kāi)挖的河床基巖帶，頂面凹凸不平，按突出部頂面寬度進(jìn)行整體填碴覆蓋，填碴至高程602.5 m并壓實(shí)，滿足鉆爆設(shè)備和其他設(shè)備能達(dá)到工作部位并進(jìn)行作業(yè)。

1區(qū)道路均需回采棄碴進(jìn)行回填形成，采用端進(jìn)法進(jìn)料，自卸車運(yùn)輸，推土機(jī)攤鋪后，采用振動(dòng)碾進(jìn)退錯(cuò)距法碾壓，振動(dòng)碾行進(jìn)速度3～4 km/h，碾壓軌跡搭接寬度不小于50 cm，形成達(dá)到清挖部位的施工道路才能進(jìn)行河床淤碴清理及河床基巖開(kāi)挖。

2區(qū)道路依據(jù)河床實(shí)際淤碴堆積部位情況及需開(kāi)挖鉆爆的河床部位進(jìn)行布置，具體情況如下：

(1)沿消力塘護(hù)坦齒槽外側(cè)布置道路至原索道橋位置作為出渣主干線。

(2)從原索橋位置沿江岸回填道路至尾水出口形成主施工道路，在此基礎(chǔ)上布置分支道路，覆蓋所有清淤和開(kāi)挖區(qū)域。

(3)從溢洪道消力塘沿江中段向下游沿江布置一條施工道路，道路末端達(dá)到消力塘護(hù)坦末端，利用施工道路完成沿江河床清淤和突出巖體開(kāi)挖；另需從消力塘江岸布置一條到達(dá)江心突出部的施工道路，完成此部位江心清淤和開(kāi)挖施工。

(4)需鉆爆開(kāi)挖的河床巖埂帶，按突出部頂面寬度進(jìn)行整體填碴覆蓋形成施工平臺(tái)，滿足鉆孔設(shè)備造孔施工條件。

3 施工方法

河道清淤主要采用回填墊路配合反鏟(長(zhǎng)臂反鏟)方式清理淤積物，采用露天爆破方式清除岸坡基巖及河道礁石。

3.1 淤積沙石清理

淤積沙石施工主要在1區(qū)進(jìn)行。填碴形成主施工道路后，在主施工道路填筑，同時(shí)探明高程597.0 m以上需要鉆爆的巖埂具體位置，特別需探明尾水出口混凝土護(hù)坦與江心間的巖埂位置。需鉆爆的巖埂帶考慮進(jìn)行整體填碴覆蓋。主施工道路形成后，按8 m路間距，按從上游向下游布設(shè)分支道路的優(yōu)先順序，分別布設(shè)向江心和尾水出口的各分支道路。由于目前水位被抬至 603.2 m，施工道路頂高按高于水位50 cm控制。上游分支道路形成后，淤碴清挖施工可由上游至下游逐步完成。清淤過(guò)程中，巖埂具體位置可逐步確定。清淤完成后，進(jìn)行巖埂帶鉆爆施工，挖除石碴，拆除主施工道路。

(1)597.0 m高程以上。主要采用 2.2 m3斗容挖掘機(jī)挖除，20 t自卸車裝運(yùn)至棄渣場(chǎng)。施工道路墊渣形成后，即可進(jìn)行河床淤碴的清挖工作。枯水期最高水位 602.0 m，最低水位 601.0 m。2.2 m3斗容全液壓挖掘機(jī)(卡特330D、小松360等)臂展11 m，下挖深度一般約6 m，基本達(dá)到高程 597.0 m。實(shí)際施工中，設(shè)備站立平臺(tái)為回填石渣道路，為確保人員、設(shè)備安全，需預(yù)留至少1 m安全寬度。由于在動(dòng)水狀態(tài)下清挖，水流紊亂且水文情況復(fù)雜，清挖作業(yè)不能形成一次挖裝，需用反鏟先進(jìn)行集碴，過(guò)濾水和稀泥，且要進(jìn)行多次清底后才能挖盡淤碴；推土機(jī)需推運(yùn)50～70 m后進(jìn)行二次挖裝，清挖作業(yè)采用后退法進(jìn)行。對(duì)于淤碴堆積高出水面較多的部位，由于淤渣多為泥沙混合堆積體，較松軟，填碴覆蓋后設(shè)備才能進(jìn)行清挖施工。但覆碴后高程抬高，必須二次填碴形成道路進(jìn)入工作面后進(jìn)行二次清挖。

(2)597.0 m高程以下。主要采用 2.2 m3斗容挖掘機(jī)挖配合長(zhǎng)臂反鏟清理、20 t自卸車出渣的方式進(jìn)行。施工分區(qū)域進(jìn)行，先選取一定區(qū)域，用長(zhǎng)臂反鏟深挖，并在水下合適位置集渣，然后再換一區(qū)域繼續(xù)深挖、集渣；同時(shí)將集渣挖除至臨時(shí)道路一側(cè)過(guò)濾水和稀泥，再用推土機(jī)沿路集渣，二次裝運(yùn)至棄渣場(chǎng)。通過(guò)設(shè)備不斷循環(huán)換區(qū)域作業(yè)，達(dá)到最大程度的下挖目的。由于清理深度低于河道中心及上游區(qū)域，其周邊淤沙經(jīng)水流逐漸堆積、淤平，需不斷重復(fù)以上工作，施工功效低、難度大。

3.2 岸坡基巖爆破

岸坡基巖主要采用液壓潛孔鉆機(jī)造孔，爆破拆除，反鏟裝載，并由20 t自卸車裝運(yùn)至棄渣場(chǎng)。

高程602.0 m以上巖體采用常規(guī)松動(dòng)爆破拆除，靠永久建筑物一側(cè)采用預(yù)裂爆破，開(kāi)挖邊線要求距江岸混凝土結(jié)構(gòu)至少5 m。爆破石渣料采用 2.2 m3反鏟挖除，25 t自卸汽車運(yùn)往棄渣場(chǎng)。高程 602.0 m以下采用液壓潛孔鉆造孔，水下爆破，石渣料主要采用2.2 m3反鏟挖除，局部采用長(zhǎng)臂反鏟挖除。所有棄碴料由25 t自卸汽車經(jīng)下游永久大橋運(yùn)往火燒寨溝棄渣場(chǎng)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石出露的情況判定，岸坡基巖性為弱微花崗巖、新鮮角礫巖，局部堰體破碎，以弱風(fēng)化的次塊狀結(jié)構(gòu)或鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)巖體為主。

爆破區(qū)域按垂直水流方向，由下游至上游分塊進(jìn)行，臨空面有河道下游及右岸方向。預(yù)裂爆破與主體爆破同期進(jìn)行，預(yù)裂爆破一次到597.0 m高程，梯段高度8～9m，主爆區(qū)至 602.5 m高程，梯段高度為5～6 m。預(yù)裂孔、緩沖孔采用100B型鉆機(jī)造孔，孔徑為90 mm；主爆孔采用351鉆機(jī)造孔，孔徑為115 mm。根據(jù)測(cè)量布設(shè)孔位，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)明每孔高程、孔深、孔號(hào)；孔內(nèi)采用國(guó)產(chǎn)1系非電雷管。

爆破體型應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求確定在距離消力塘及出口建筑物5 m以外，預(yù)裂孔垂直河道中心線，斜度為1：0.5，爆破區(qū)安全警戒范圍為400 m。

爆破孔的參數(shù)設(shè)計(jì)有：①預(yù)裂孔,炮孔間距0.9 m，線裝藥量 0.3 kg/m；②緩沖孔,炮孔間距3.5 m，線裝藥量 4.2 kg/m；③主爆孔,炸藥單耗q=0.4 kg/m3，抵抗線根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況定，一般為為2～3 m；炮孔間距a=3.5 m，炮孔排距b=3 m；④預(yù)裂孔,孔深9～10 m，裝藥長(zhǎng)度8～9 m，堵塞長(zhǎng)度1 m，采用φ25 mm乳化藥卷間隔不耦合裝藥，孔內(nèi)導(dǎo)爆索聯(lián)網(wǎng)，孔外采用非電MS3毫秒雷管延時(shí)，單段不大于23孔。

緩沖孔與預(yù)裂孔排距1.5 m，與主爆孔排距3.5 m?？咨?～9 m，裝藥長(zhǎng)度 6.5～7.5 m，封堵長(zhǎng)度 1.5 m，采用φ70 mm乳化藥卷連續(xù)耦合裝藥，單段不大于18孔。主爆孔根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況造孔，孔深5～6 m，堵塞長(zhǎng)度 1.5 m，裝藥采用φ70 mm，乳化藥卷連續(xù)耦合裝藥，單孔最大藥量25 kg，最大單響藥量不大于100 kg。緩沖孔及主爆孔孔內(nèi)采用MS15段非電雷管聯(lián)網(wǎng)，孔外采用非電MS3、MS5毫秒雷管延時(shí)。爆破振動(dòng)安全允許距離計(jì)算公式為

R=(K/V)1/αQ1/3

(1)

式中，R為爆破震動(dòng)安全允許距離，m;V為保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，cm/s；Q為炸藥量，kg;齊發(fā)爆破為總藥量、延時(shí)爆破為最大一段藥量；K為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù);根據(jù)不同巖性按規(guī)范選取，文中K值選取范圍為50～150，α值選取范圍為1.3～1.5。

根據(jù)水下地形圖并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，明確需爆破拆除的礁石位置及大小形狀后，墊渣修路(路面高程602.5 m)，并將整個(gè)需鉆爆的巖埂帶進(jìn)行填碴覆蓋，然后進(jìn)行水下鉆爆施工，施工主要參數(shù)參見(jiàn)3.2.2節(jié)，單耗采用1.86～2.2 kg/m3。裝藥采用套管法，每次鉆孔完畢，將炸藥卷沿套管裝入孔內(nèi)，然后將套管提出，將導(dǎo)線固定后引出水面。

因填碴平臺(tái)較枯水期最高水位高程602.0 m高出0.5 m，當(dāng)江水在高位頻繁變化時(shí)，導(dǎo)致施工設(shè)備頻繁撤離和進(jìn)入工作面，需及時(shí)掌握水情，適時(shí)調(diào)整施工方式，防止人員、設(shè)備發(fā)生安全事故。

因有較厚的表層浮碴和水，造孔和堵孔是最大施工難題，直接影響施工進(jìn)度，可采取以下預(yù)防措施：①造孔完成后可考慮及時(shí)在孔內(nèi)插入PVC管，保護(hù)鉆孔，防止堵孔；②工作面造孔完成20～30 m時(shí)，即時(shí)爆破，進(jìn)行清碴工序。

河床淤碴清完后，挖除下河床填筑道路，清理岸坡，恢復(fù)原狀，清挖施工全部結(jié)束。

4 結(jié) 語(yǔ)

糯扎渡水電站下游河道清淤工程共完成水下淤積物挖運(yùn)量 24.96萬(wàn)m3，回填墊渣量9萬(wàn)m3，露天爆破量 5.98萬(wàn)m3，水下爆破量 7.74萬(wàn)m3。河道清淤工作的順利完成，確保了電站樞紐工程具備正常擋水、泄洪運(yùn)行條件，滿足了電站防洪度汛安全要求。

目前，糯扎渡水電工程已全部建成，按照永久運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)防洪調(diào)度。電站在保障了工程本身防洪安全的同時(shí)，兼顧下游景洪城市和農(nóng)田防洪。在主汛期采用固定控制泄量方式調(diào)度，在后汛期維持正常蓄水位運(yùn)行。