騰龍橋一級(jí)水電站大壩邊坡施工技術(shù)探討

楊建國(guó)， 楊從宏， 李君祥

(中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650041)

1 概 述

1.1 工程概況

騰龍橋一級(jí)電站位于云南省保山市龍陵縣與騰沖縣兩縣界河龍江干流下游，是以發(fā)電為主的水電樞紐工程。電站裝機(jī)容量95 MW，總庫(kù)容4 372.9萬(wàn)m3，電站保證出力13.87 MW，多年平均發(fā)電量40 597萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4 273 h。樞紐布置主要建筑物有：攔河壩、沖沙孔、右岸發(fā)電壓力管道及壩后廠房、左岸導(dǎo)流隧洞、溢洪道、消力池等。

攔河大壩為混凝土重力壩，最大壩高65.70 m，溢流表孔共2孔，沖砂孔布置在壩身，斷面為5 m×7 m，發(fā)電取水孔壩段布置于右岸，共設(shè)三孔，廠房布置于大壩右岸，為壩后式地面廠房。

大壩邊坡開挖工程包括左右岸水面以上土石方開挖及支護(hù)、錨索、截排水設(shè)施等。

1.2 工程地質(zhì)條件

壩址河段地處構(gòu)造侵蝕中山陡坡地貌區(qū)，為斜向谷，谷底為侵蝕堆積成因的河流低漫灘。壩址河道呈向西突的弧形展布，總體由北向南流，高程1 151～1 149 m，谷底寬40～55 m，從上游向下游逐漸變寬，河流縱比降1‰～2‰，河谷呈基本對(duì)稱“V”型谷；漫灘寬1～20 m不等，枯期高出河水面0.1～1.0 m。兩岸高程1 360～1 380 m，相對(duì)高差230 m，地形坡度35°～45°,右岸局部發(fā)育陡崖(高20～30 m)；受擠壓破碎帶及巖體完整性影響，兩岸侵蝕溝發(fā)育，坡面地形完整性差。

樞紐區(qū)內(nèi)出露第三系上新統(tǒng)芒棒組中段地層，左岸表層大部分被第四系松散層覆蓋，右岸基巖露頭相對(duì)較好。兩岸堆積層厚3～15 m，河床砂卵礫石、漂石層厚8～15 m。基巖為右岸基巖露頭二層(N2m2-2)灰、深灰、灰黃色巖屑、晶屑凝灰?guī)r、玄武巖夾石英巖及凝灰質(zhì)板巖。

壩址樞紐區(qū)位于區(qū)域隱伏斷裂—龍江斷裂西側(cè)，龍江斷裂于左壩肩約1.3 km處通過(guò)，控制著樞紐區(qū)地質(zhì)構(gòu)造。樞紐區(qū)巖層整體傾向SW(即傾向右岸)，傾角25°～50°，其中以30°～40°占主導(dǎo)，整體呈一單斜構(gòu)造，局部因巖相變化、巖性差異及受斷層影響，產(chǎn)狀有差異或發(fā)育規(guī)模不大的小褶曲導(dǎo)致產(chǎn)狀稍顯凌亂。壩址區(qū)無(wú)較大規(guī)模斷層通過(guò)，但受區(qū)域構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)NW向中小規(guī)模的斷層或擠壓破碎帶較為發(fā)育，組成物質(zhì)以糜棱巖、角礫巖及碎裂巖為主，膠結(jié)較差、強(qiáng)度低，屬區(qū)內(nèi)Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面，Ⅳ、Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面主要為巖石流面、卸荷裂隙及構(gòu)造裂隙。

據(jù)地質(zhì)測(cè)繪及勘探平硐節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)，壩址區(qū)節(jié)理裂隙主要特征為：①左岸優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面為傾向SW和NE、走向NW，結(jié)構(gòu)面以流面和反向剪切裂隙為主，傾角以40°～70°陡傾為主，裂隙延展性差、發(fā)育密度高；②右岸巖體節(jié)理裂隙產(chǎn)狀較亂，除NE傾向的裂隙發(fā)育相對(duì)較弱外，其余各向均有發(fā)育，其中以NW向結(jié)構(gòu)面發(fā)育相對(duì)密集，結(jié)構(gòu)面以流面為主，傾角以40°～70°陡傾角為主；裂隙延展性差。

壩址區(qū)巖石風(fēng)化強(qiáng)，巖體完整性差，加之河流侵蝕切割強(qiáng)烈，巖體卸荷變形顯著，與此相伴而生的卸荷崩塌、侵蝕及滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象較發(fā)育。對(duì)工程影響較大的主要為侵蝕沖溝；壩址巖石強(qiáng)風(fēng)化平均埋深14.0～28.6 m，最深56.3 m，左岸巖石風(fēng)化相對(duì)較強(qiáng)、強(qiáng)風(fēng)化垂直埋深較大，河床基巖為弱風(fēng)化巖體。

壩址樞紐區(qū)含(透)水層主要為第四系松散堆積層、強(qiáng)風(fēng)化巖體及弱風(fēng)化上帶巖體。巖(土)體根據(jù)勘探鉆孔壓(注)水試驗(yàn)獲得透水率，巖(土)體透水率q平均值在8.05～76.0 Lu之間，屬弱～中等透水巖(土)體。其中，Q松散堆積物、強(qiáng)風(fēng)化巖體以及部分弱風(fēng)化帶中的擠壓破碎帶巖體的透水率q均大于10.0 Lu，為含水透水巖體；弱風(fēng)化巖體的透水率q一般小于5.0 Lu，為相對(duì)隔水巖體。壩址左岸水力比降0.16～0.3，右岸水力比降0.11～0.25。

2 施工臨時(shí)設(shè)施布置

2.1 大壩左岸

大壩左岸各種臨時(shí)設(shè)施、道路等方案在實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行了較大幅度調(diào)整。

2.1.1 左岸施工交通

左岸施工通道布置分五部分：第一部分從導(dǎo)流洞出口下游跨江大橋頭開始，通過(guò)導(dǎo)流洞出口(導(dǎo)流洞出口明渠增加明拱)，布置一條坡度約11.5%上壩公路至壩頂1 203.7 m平臺(tái)；第二部分從消力池邊坡EL 1 160 m公路開始向下游至導(dǎo)流洞出口上方山脊EL 1 188 m回頭，設(shè)置一條坡度25%的便道，與上壩公路相連；第三部分利用場(chǎng)內(nèi)原EL 1 160 m公路，在開挖區(qū)下部EL 1 160 m設(shè)置臨時(shí)積渣場(chǎng)；第四部分根據(jù)開挖進(jìn)度，從消力池邊坡下游EL 1 160 m公路布置一條坡度約16%便道至開挖區(qū)EL 1 185 m用作開挖出渣；第五部分為開口線上方坡頂EL 1 325 m臨時(shí)道路。

2.1.2 左岸施工場(chǎng)地

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，左岸邊坡上部施工區(qū)域不宜設(shè)置其它道路，但邊坡開口線上方坡頂約80 m處有一條鄉(xiāng)村公路通過(guò)，且公路下方有一塊較平緩坡地。經(jīng)與建設(shè)單位協(xié)商，從該公路布置一段臨時(shí)施工道路至平緩地段，對(duì)其進(jìn)行開挖整平，邊緣部位用鋼筋石籠加固護(hù)腳，形成一塊長(zhǎng)30 m、寬20 m的場(chǎng)地。在此基礎(chǔ)上布置施工水池、砂石骨料倉(cāng)、水泥庫(kù)房和混凝土臨時(shí)拌和站以及混凝土噴機(jī)、鋼筋、套管等其他材料轉(zhuǎn)運(yùn)堆積場(chǎng)。

2.1.3 左岸施工臨時(shí)設(shè)施

考慮到空壓機(jī)等供風(fēng)機(jī)械對(duì)于電源電壓的要求和開挖區(qū)爆破的影響，供電、供風(fēng)設(shè)施及鋼筋加工廠統(tǒng)一布置于左岸導(dǎo)流洞出口右側(cè)，距離開挖區(qū)約200 m。供風(fēng)、供電管(線)路經(jīng)左岸上壩公路下邊坡→上壩公路→左岸邊坡下游沖溝→開挖區(qū)邊緣；供水管路直接用200 m揚(yáng)程潛水泵從導(dǎo)流洞出口明渠抽水至左岸EL 1 325 m平臺(tái)水池，用作混凝土拌制和施工用水。

2.2 大壩右岸

大壩右岸因征地導(dǎo)致開工滯后三個(gè)月，為搶回滯后的工期，也需要對(duì)原方案中的施工交通、臨時(shí)設(shè)施等進(jìn)行較大調(diào)整。

2.2.1 右岸施工交通

首先利用穿過(guò)邊坡第一個(gè)平臺(tái)EL 1 274 m的鄉(xiāng)村道路作為出渣通道，并啟動(dòng)跨江大橋至右岸2號(hào)渣場(chǎng)臨時(shí)道路、右岸上壩公路、跨江大橋至右岸廠房公路施工；其次把招投標(biāo)階段方案中布置于開挖區(qū)上游的臨時(shí)道路布置于下游，從EL 1 258 m進(jìn)入開挖區(qū)。根據(jù)開挖進(jìn)度，當(dāng)EL 1 258 m道路不再具備通行條件時(shí)，應(yīng)及時(shí)斷開，根據(jù)相關(guān)要求直接用挖掘機(jī)開挖石渣填平下游沖溝。在后續(xù)施工中，分別從EL 1 248 m、EL 1 233 m、EL 1 218 m、EL 1 203.7 m、EL 1 189 m、EL 1 174 m、EL 1 163.3 m各平臺(tái)向下游修筑臨時(shí)道路，與上壩公路和進(jìn)廠房永久道路連通。隨著邊坡開挖過(guò)程中不斷提前修筑道路，不僅要滿足現(xiàn)場(chǎng)土石方開挖出渣運(yùn)輸需要，還要保證有一定的前瞻性，不能因通道影響開挖運(yùn)輸。此時(shí)整個(gè)大壩右岸邊坡開挖所有通道全部根據(jù)施工進(jìn)度提前具備通行條件，在開挖施工期間和開挖完成后依其功能適當(dāng)保留和挖除。

2.2.2 右岸施工場(chǎng)地和臨時(shí)設(shè)施

右岸邊坡開挖支護(hù)投標(biāo)方案是把變壓器、空壓機(jī)布置于業(yè)主供電終端桿附近，右岸上壩公路下方，距離開挖區(qū)約150 m。前文提到，這一部位尚未進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)道路施工，變壓器、空壓機(jī)等設(shè)備無(wú)法運(yùn)輸至此，后續(xù)上壩公路施工還會(huì)與這些臨時(shí)設(shè)施有較大干擾。項(xiàng)目部結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，決定充分利用開挖邊坡上部(位于邊坡頂?shù)谝粋€(gè)平臺(tái)上的鄉(xiāng)道)，積極與業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理溝通，調(diào)整邊坡開口線，坡頂開挖向外擴(kuò)張6 m，把坡頂段鄉(xiāng)村道路從6 m擴(kuò)挖成12 m寬的平臺(tái)(后期成為水電站觀景平臺(tái))，變壓器、空壓機(jī)、砂石骨料、鋼筋水泥、錨索加工等設(shè)備設(shè)施全部設(shè)置于道路外側(cè)，預(yù)留安全距離，做好安全防護(hù)。啟動(dòng)邊坡開挖的同時(shí)啟動(dòng)臨時(shí)設(shè)施建設(shè)，原方案一個(gè)月才能做好的臨時(shí)設(shè)施，花5 d就完成了，做到支護(hù)緊跟邊坡開挖，且后續(xù)上壩公路施工與已做好的臨時(shí)設(shè)施沒有任何干擾，確保后續(xù)趕工順利實(shí)施。施工用水從邊坡下游沖溝直接引接山泉。

3 施工程序

3.1 左岸施工程序

因大壩左、右岸邊坡地形地質(zhì)條件不同，支護(hù)參數(shù)不同。左岸開挖工程量相對(duì)較小，但支護(hù)工作量大是關(guān)鍵，所以，對(duì)其邊坡采取自上而下、隨挖隨護(hù)的施工程序。壩頂平臺(tái)以上基本為土方邊坡開挖支護(hù)，其工序如下：施工準(zhǔn)備→原始地形測(cè)量→開口線測(cè)量放樣→砍樹及清理表層植被、坡面松散體→邊坡截水溝開挖襯砌→開挖線與截水溝間坡面清理及掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)→排水孔施工→第一層平臺(tái)上邊坡開挖及修整→掛網(wǎng)及噴混凝土初支護(hù)→錨筋樁施工(錨索施工)→平臺(tái)及邊坡混凝土板澆筑(同時(shí)啟動(dòng)第二層平臺(tái)部分邊坡開挖)→驗(yàn)收。局部石方開挖利用手風(fēng)鉆孔，松動(dòng)爆破配合光面爆破的方式開挖。

地形測(cè)量采用南方GPS配合徠卡TCR402全站儀進(jìn)行測(cè)量，用南方CASS軟件成圖；邊坡開挖分層高度3 m，邊開挖邊用全站儀檢查，確保開挖質(zhì)量。開挖土方先直接用反鏟挖掘機(jī)拋擲至下方預(yù)先設(shè)置好的積渣平臺(tái)，用裝載機(jī)或者反鏟挖掘機(jī)裝車，級(jí)配良好的土石渣用自卸汽車運(yùn)至導(dǎo)流洞出口填筑上壩公路，黏土和其他不適宜填筑路基的土方運(yùn)至左岸1號(hào)渣場(chǎng)。開挖完成3 m后立即掛鋼筋網(wǎng)進(jìn)行噴混凝土支護(hù)封閉后，進(jìn)行排水孔施工，然后啟動(dòng)第二層開挖及網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)平臺(tái)以上開挖及網(wǎng)噴混凝土完成后，開始施工錨筋樁(錨索)。錨筋樁工序如下：搭設(shè)腳手架→鉆孔→下套管→驗(yàn)孔→下錨筋樁→封孔→灌漿→檢查→驗(yàn)收；錨索工序如下：搭設(shè)腳手架→鉆孔→下套管→自由段灌漿護(hù)壁→錨固段灌漿護(hù)壁→驗(yàn)孔→錨索制作及安裝→安裝錨拉板及錨墩鋼筋、埋件→錨墊板及錨墩混凝土澆筑→錨固段灌漿→張拉錨索→封錨→檢查→驗(yàn)收，張拉時(shí)以張拉力作為主控項(xiàng)目，伸長(zhǎng)值作為校核。錨筋樁(錨索)施工完成后開始貼坡混凝土澆筑，在坡頂平臺(tái)拌制混凝土，用溜筒入倉(cāng)。同時(shí)在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，確保安全的前提下啟動(dòng)下一階段平臺(tái)開挖及初期支護(hù)。

壩頂平臺(tái)以下石方開挖因成孔困難，造預(yù)裂孔爆破效果不理想，大部分采用液壓潛孔鉆造孔，預(yù)留保護(hù)層松動(dòng)爆破，手風(fēng)鉆修整規(guī)格處理欠挖，局部用挖掘機(jī)修坡的方式開挖。

3.2 右岸施工程序

右岸邊坡的特點(diǎn)是：跨江大橋不通車，開工滯后三個(gè)月；上壩及廠房公路、臨時(shí)設(shè)施不能提前施工；整體開挖量是左岸三倍多且石方開挖量的90%；爆破作業(yè)多等。因土石方開挖是關(guān)鍵線路，且支護(hù)工作應(yīng)緊跟開挖面，因此對(duì)其邊坡采取自上而下、開挖臺(tái)階超前，預(yù)留保護(hù)層作為支護(hù)工作面的方式施工。

首先啟動(dòng)EL 1 274 m鄉(xiāng)村公路以上開挖，同時(shí)開始右岸臨時(shí)設(shè)施、上壩公路、拌和樓臨時(shí)道路等施工。大壩右岸邊坡地質(zhì)條件較好，且壩頂平臺(tái)以上每個(gè)平臺(tái)間高差均為15 m，開挖分層高度土方為3～4 m，工序如下：施工準(zhǔn)備→原始地形測(cè)量→坡面植被及覆蓋層清理→測(cè)量放樣→分層開挖→邊坡修整→分層網(wǎng)噴混凝土→錨桿及排水孔→檢查驗(yàn)收→下一層開挖支護(hù)。石方分層開挖支護(hù)高度為5 m，預(yù)裂孔造孔深度為16.8 m(兩個(gè)平臺(tái)間坡長(zhǎng))，主爆孔造孔深度10～15 m，工序如下：測(cè)量放線→預(yù)裂孔鉆孔→預(yù)裂爆破→主爆孔鉆孔→爆破→分層出渣→邊坡修整→網(wǎng)噴混凝土→錨桿及排水孔→檢查驗(yàn)收→下一層出渣。開挖預(yù)裂爆破參數(shù)見表1。

表1 預(yù)裂爆破參數(shù)

預(yù)裂爆破采用Ф25或者Ф18卷狀乳化炸藥，人工裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)為空氣間隔不耦合形式，起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電導(dǎo)爆系統(tǒng)、導(dǎo)爆索傳爆、磁電雷管起爆方式。

第二個(gè)平臺(tái)以上開挖及臨時(shí)支護(hù)完成后，啟動(dòng)預(yù)應(yīng)力錨索施工，工序與左岸基本相同。

4 存在問(wèn)題

4.1 左 岸

(1)臨時(shí)設(shè)施如變壓器、供風(fēng)站等布置前考慮不充分，位置有一定沖突，供風(fēng)、供水管路布置長(zhǎng)，安全隱患大，對(duì)工期有一定影響。

(2)上壩公路進(jìn)入壩頂部位與設(shè)計(jì)邊坡沖突，未提前進(jìn)行調(diào)整，影響工期且施工期存在較大安全隱患。

(3)左岸實(shí)際揭露的地質(zhì)條件比招標(biāo)期間提供的資料顯示更差，錨索、錨筋樁、排水孔、錨桿及爆破孔造孔和施工難度增加，質(zhì)量難以控制，施工成本大幅度增加。

(4)消力池邊坡部分布置于坡積層和堆積層上，且存在上陡下緩的凸坡，部分邊坡坡度與巖層傾角夾角很小或接近平行，極不利于邊坡穩(wěn)定。

4.2 右 岸

(1)合同談判期間未對(duì)右岸開工、跨江大橋通車時(shí)間，右岸鄉(xiāng)村道路是否滿足雨季施工運(yùn)輸強(qiáng)度等進(jìn)行評(píng)估，開工后直接進(jìn)入主汛期，開工后跨江大橋遲遲不通車，鄉(xiāng)村道路在使用過(guò)程中損毀嚴(yán)重，對(duì)工期有較大影響。

(2)未全面系統(tǒng)對(duì)右岸臨時(shí)和永久道路、場(chǎng)地及其他臨時(shí)設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃布置，對(duì)后續(xù)工程影響較大。

(3)右岸開挖工程量與渣場(chǎng)規(guī)劃容量不匹配，跨江大橋通車滯后，未及時(shí)調(diào)整，因此部分棄渣造成后續(xù)圍堰施工困難。

(4)壩頂EL 1 203.7 m至EL 1 166 m平臺(tái)在大壩壩基范圍內(nèi)一次開挖高度近38 m，坡長(zhǎng)達(dá)43 m，受造孔設(shè)備尺寸限制，采用分段預(yù)裂造孔開挖，局部超挖較大，對(duì)后期大壩混凝土澆筑成本影響較大。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文著重探討了中型水電工程大壩邊坡施工臨時(shí)設(shè)施布置與主體施工的相互關(guān)系。要做好前期規(guī)劃，提前長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，深入現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合實(shí)際情況和工期進(jìn)行調(diào)整，盡量做到臨時(shí)設(shè)施一次到位，不重復(fù)布設(shè)，不與主體施工發(fā)生相互影響和矛盾，確保工程實(shí)施過(guò)程中質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本等工作不受臨時(shí)設(shè)施的影響或使影響降至最小。