北盤(pán)江善泥坡水電站壩肩開(kāi)挖施工技術(shù)

(中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，貴州 六盤(pán)水，553000)

1 工程概況

1.1 工程概況

善泥坡水電站位于北盤(pán)江干流中游河段貴州省六盤(pán)水市水城縣順場(chǎng)鄉(xiāng)境內(nèi)，距水城縣118km，距貴陽(yáng)市362km。電站水庫(kù)正常蓄水位885m，總庫(kù)容0.850億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容0.246億m3，是日調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站裝機(jī)容量185.5MW，保證出力20.78MW，多年平均發(fā)電量6.788億kW·h。

本工程為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型，工程樞紐主要由碾壓混凝土拱壩、壩身泄洪系統(tǒng)、右岸引水系統(tǒng)及地下廠房和小機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。

壩址處為“U”形谷，河床高程800.00m，左右岸均為高聳的陡壁。左岸陡壁頂高程1200.00m左右，相對(duì)高差400m。右岸在960.00m高程以上為緩坡，相對(duì)高差160m。壩址區(qū)為典型的溶蝕-侵蝕河谷地貌伴隨有強(qiáng)烈的溶蝕、塌陷、崩塌作用，階地殘缺不全。壩址部位卸荷裂隙、結(jié)構(gòu)裂隙以及溶隙發(fā)育。且兩岸開(kāi)挖僅左右岸壩頂交通洞可用，無(wú)中線開(kāi)挖施工道路。窯洞式開(kāi)挖，使得壩肩開(kāi)挖線順大壩結(jié)構(gòu)線設(shè)置，減少開(kāi)挖工程量。

1.2 大壩土石方開(kāi)挖主要工程量

善泥坡水電站大壩土石方開(kāi)挖主要工程量及完成情況見(jiàn)表1。

表1大壩土石方開(kāi)挖主要工程量

2 壩肩窯洞式開(kāi)挖

2.1 窯洞式開(kāi)挖背景

⑴左右岸壩頂至河床高度近百米，邊坡高陡，無(wú)條件布置機(jī)械施工道路，僅能采取人工開(kāi)挖的方式，施工作業(yè)面狹窄，難度較大；

⑵左右岸壩肩在開(kāi)挖邊界以外上下游側(cè)存在多處卸荷破碎巖體，受到擾動(dòng)后必然使支護(hù)工程量增加，而窯洞式開(kāi)挖方案則可減少開(kāi)挖工程量、減少邊坡高度和范圍、降低施工難度；

⑶按照傳統(tǒng)壩肩開(kāi)挖，壩頂以上開(kāi)挖近70m，需新建機(jī)械、人員施工道路，且頂部開(kāi)挖面邊坡陡、厚度薄、耗時(shí)長(zhǎng)，采用窯洞式開(kāi)挖，直接取消壩頂以上開(kāi)挖，大大縮短工期。

2.2 壩肩窯洞式開(kāi)挖方法與施工技術(shù)

2.2.1 開(kāi)挖方法與施工技術(shù)

由于左右岸壩肩窯洞嵌入山體內(nèi)的深度較深，按照原設(shè)計(jì)10m一層梯段爆破，周邊預(yù)裂孔半孔率僅45%，低于設(shè)計(jì)要求50%以上，且超欠挖偏離達(dá)到20cm以上，難以處理。經(jīng)多次研究調(diào)整，確定改變?cè)O(shè)計(jì)的深孔梯段爆破方式，調(diào)整為水平預(yù)裂與垂直淺孔聯(lián)合爆破方法。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際陡峻的地形，將每一層開(kāi)挖分為三個(gè)區(qū)，靠近拱端為Ⅲ區(qū)、壩肩岸坡5m內(nèi)為Ⅰ區(qū)、其余部分為Ⅱ區(qū)。

Ⅲ區(qū)采用豎向鉆孔垂直爆破；Ⅱ區(qū)采用短進(jìn)尺、多循環(huán)的洞挖方式進(jìn)行開(kāi)挖施工；Ⅰ區(qū)采用垂直梯段開(kāi)挖方式進(jìn)行。由于壩肩窯洞嵌入山體深度隨著開(kāi)挖高程的變化一直在變化，在每一層開(kāi)挖前，將Ⅰ區(qū)5m采用豎向鉆孔周邊預(yù)裂的爆破方式開(kāi)挖，扒渣后開(kāi)挖出施工掌子面后緊跟Ⅱ區(qū)的開(kāi)挖，Ⅱ區(qū)采用手風(fēng)鉆鉆孔上下游面采用光面爆破，單循環(huán)進(jìn)尺按4m～5m控制。當(dāng)Ⅱ區(qū)開(kāi)挖完成后，進(jìn)行Ⅲ區(qū)拱肩段的施工，采用手風(fēng)鉆進(jìn)行邊坡預(yù)裂爆破造孔。

大壩壩肩開(kāi)挖采用窯洞式水平光面與垂直鉆孔相結(jié)合的爆破方式開(kāi)挖，短進(jìn)尺小藥量，壩肩上下游呈弧狀，采取淺孔水平光爆+上下游預(yù)裂爆破，解決了深孔梯段作業(yè)爆破上下游光爆超欠挖偏離太大的難題。

圖1 窯洞式開(kāi)挖分區(qū)布置示意(單位：mm)

2.2.2 機(jī)械布置

壩肩開(kāi)挖大部分集中在上壩交通洞范圍內(nèi)。在壩頂交通洞頂部設(shè)置滑輪，由卷?yè)P(yáng)機(jī)完成反鏟、潛孔鉆機(jī)等大型設(shè)備垂直運(yùn)輸，成功解決了設(shè)備避炮難題，避免了常規(guī)避炮引起的超挖與結(jié)構(gòu)體型破壞；同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備迅速到達(dá)與撤離現(xiàn)場(chǎng)，提高了設(shè)備利用率。

大壩左右岸888m～800m高程以下拱肩窯洞式開(kāi)挖，采用手風(fēng)鉆造孔，上、下游側(cè)倒懸體及部分邊坡部位光面爆破，外部梯段爆破高度控制在3.0m范圍內(nèi)，自上而下、分區(qū)分臺(tái)爆破施工。

由于左右岸邊坡陡峭，布置機(jī)械施工通道難度大、費(fèi)用高，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)左岸上壩交通連接洞條件，下部888m～830m高程壩肩開(kāi)挖采用40t卷?yè)P(yáng)機(jī)作機(jī)械垂直升降、小型反鏟翻渣方案，利用布置于左右岸上壩交通洞的洞頂安裝軌道梁，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)將反鏟由工作面垂直提升至拱肩槽開(kāi)挖工作面，作為機(jī)械翻渣的主要通道。

下部830m～800m高程由于距離河床僅30m，采用開(kāi)挖料墊渣方式，形成作業(yè)通道。人員通行采取自頂部上壩交通洞修建之字形爬梯。材料及支護(hù)機(jī)械采用布置在上壩交通洞的卷?yè)P(yáng)機(jī)垂直運(yùn)輸。

2.3 爆破實(shí)施效果

采用水平光面爆破技術(shù)窯洞式開(kāi)挖，減小了對(duì)壩肩裂隙發(fā)育巖體爆破振動(dòng)影響，開(kāi)挖平整度、半孔率將得到有效控制及提高，也較好地保護(hù)了建基面的完整性和穩(wěn)定性，開(kāi)挖后經(jīng)過(guò)初步檢測(cè)，平均半孔率達(dá)到了90%以上，建基面平整度控制在了±10cm以內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

壩肩窯洞式開(kāi)挖，大大地減少了壩肩巖體的開(kāi)挖量，在邊坡生態(tài)環(huán)境保護(hù)和提高壩肩穩(wěn)定性、降低安全投入與風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約整體投資方面，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

本工程采取立面窯洞式開(kāi)挖，僅完成結(jié)構(gòu)輪廓線內(nèi)土石方開(kāi)挖，代替常規(guī)大面積土石方明挖施工，由原設(shè)計(jì)土石方明挖51.7萬(wàn)m3減為34.8萬(wàn)m3，并且減少了支護(hù)工程量、火工材料的耗用以及后續(xù)混凝土工程中模板安裝工程量。通過(guò)壩頂交通洞頂部卷?yè)P(yáng)機(jī)完成機(jī)械進(jìn)出工作面及避炮、材料垂直運(yùn)輸，減少了施工道路修建，縮短了工期。同時(shí)，在提高邊坡開(kāi)挖質(zhì)量、控制設(shè)計(jì)體型、減少資源投入、節(jié)約項(xiàng)目投資等方面，為類似工程施工提供了很好的借鑒。