中国水利水电第三工程局有限公司 陕西省西安市 710000
摘要：苏洼龙水电进水口开挖边坡高度大、坡度陡、地质条件复杂，施工场地狭小、立体交叉作业影响突出，在进行高边坡开挖、支护作业过程中，保证其作业人员安全管控难度大，因此，必须从施工作业前期的安全评价，人、机、料、法、环等方面进行着手管理，只有对高边坡施工作业科学规划、有效管理，才能保障施工作业人员及生产设备安全，才能促进工程建设安全顺利进行。
关键词：边坡；开挖支护：施工技术；分析
工程概况：
苏洼龙水电站位于金沙江上游河段四川巴塘县和西藏芒康县的界河上，为金沙江上游水电规划13个梯级电站的第10级，苏洼龙水电站水库正常蓄水位2475m，库容6.38亿m3，多年平均径流量938m3/s，电站额定水头84m，设置4台水轮发电机组，总装机容量1200MW，为一等大（1）型工程，多年平均发电量为54.26亿kWh（联合），年利用小时数为4522h（联合）。枢纽建筑物主要由沥青混凝土心墙堆石坝、右岸溢洪道、右岸泄洪放空洞（兼导流洞）、左岸引水系统、左岸地面厂房等建筑组成。
进水口所处的山梁处基岩裸露，左侧为缓坡，右侧为陡峭山体；基岩岩性为印支期黑云斜长花岗岩，岩石致密坚硬，岩体以次块状为主，结构相对较完整，其间裂隙较发育。根据勘探资料分析，进水口处岩体无强卸荷发育，仅见弱卸荷，垂直深度约为10m~15m，松动变形的垂直深度一般小于10m；未见强风化岩体，弱风化垂直深度约为18m~25m，其下为微新岩体。
1施工重点、难点及对策
（1）进水口边坡呈上缓下陡状，开挖最大高差约180m，局部缓坡地带存在少量松动岩块。开挖时存在的高边坡不稳定因素和施工安全隐患。
（2）引水进水口开挖边坡高，开挖支护工程量大，施工道路布置困难，前期开挖工作面小，无法展开大规模开挖施工，开挖支护工期短。
（3）开挖区域周围环境复杂，山脊另一侧为土登尼夏林寺，该寺庙主体建筑物使用年限较久，总体抗爆破振动能力较差，对爆破控制要求高。
2施工方案和措施
依据现场实际情况，工程开工后，先自竹茨公路向上修筑施工便道，施工便道贯穿5号公路、1-1号公路至进水口开挖施工主干道至进水口EL.2480m以上；随后及时开始进行1-1号道路高位毛路的修筑，连接苏洼龙过坝交通洞进口至进水口EL.2520m马道，达到满足边坡开挖支护的条件。
进水口EL.2580m高程以上边坡开挖施工道路修筑困难，主要自施工便道修筑开挖履带设备进入施工区的便道至开挖区上开口线的位置，并在EL.2580m高程提前形成集渣平台，外侧设置两道拦渣坎，上部开挖渣料在集渣平台堆积后由装载机或液压反铲装车运往2号渣场。EL.2580m高程以下开挖直接利用施工道路出渣，采用分区分层平推下卧的开挖方法。
各层外侧土方领先开挖，保证梯段爆破临空面及上下层开挖的衔接，利用外侧土方开挖工作面修筑施工便道，保证出渣道路顺畅。边坡石方梯段开挖工作面自里向外分控制梯段爆破区与一般梯段爆破区两个部分，之间设施工预裂减震，靠近预裂坡面的15m～20m为控制梯段爆破区，在外侧一般梯段爆破区开挖完成后进行，保证预裂施工效果。若工作面较宽，可多层次同时开挖，保证开挖强度。
石方开挖主导造孔设备选择ROC D7液压钻机、460PC高风压钻机，主爆孔采用液压钻机造孔，预裂孔采用高风压钻机或YQ100B潜孔钻造孔，预裂孔依据马道高差一次钻爆到位，爆破孔依据梯段高度确定孔深。局部采用手风钻小梯段爆破。石渣采用液压反铲挖掘，装载机配和、推土机集渣，装20t自卸汽车运输至渣场。
1、开挖分区
依据地形特点及进水口开挖施工特性，将进水口土石方开挖支护依据高程分为三个大的层段进行管理施工；边坡开挖及支护遵循自上而下、分层分区跟进开挖面施工的原则，并满足边坡稳定和限制卸荷松弛的要求。支护遵循自上而下、分层分区跟进。
第一层段为EL.2540m以上部分（三个马道），此层段自各马道中部分区，分为左右两个区，两个区域依据开挖梯段分层依次下挖。边坡支护随开挖进度自上而下依次进行；第二层段EL.2540m~EL.2480m（三个马道），自4号机进口左边墙外部分为左右两个开挖施工区域，每个区域前后分为两个作业面，在上一层，开挖的同时先进行外侧的梯段开挖，在永久面预裂完成前，同时完成两个区域外侧的开挖，再进行内侧作业面的开挖，此层段内开挖各工作面形成 ‘台阶状’作业。开挖台阶按梯段爆破挖到控制高度；第三层段EL.2480m以下部分，此层段由4号机进口左边墙位置分为左右两个施工区域，此区域每层前后分为三个作业面，此层段在上一层开挖的同时进行外侧两个作业区的开挖施工，在外侧下一梯段后，中部作业区域梯段下挖跟进，在此同时完成永久边坡的预裂，预裂完成后，内部作业面按梯段跟进。
2、开挖分层分块
开挖分层分块以开挖地质条件与开挖体型为前提，以方便设备施工，充分发挥设备效率。在遵循开挖程序的基础上，结合开挖体型设定分层高程。
土方开挖分层高度由覆盖层厚度决定，一般不超过5m；一般岩石开挖梯段高度不大于10m，为避免爆破开挖对建基面岩体的破坏，在建基面以上预留2.0m的保护层采用手风钻进行水平光面预裂爆破。
进水口开挖共分为21块进行作业，分块梯段高度8m ~10m，以两个马道之间的高度一分为二为原则。
3、主要的施工工艺
3.1开挖方法
（1）土方开挖
土方开挖采用自上而下分层的施工方法，开挖分层高度一般3m～4m左右。采用挖掘机直接开挖；对于土方中出露的孤石采用手风钻造孔爆破解碎，永久边坡反铲辅以人工修整。
（2）石方开挖
（1）梯段高度根据设计开挖线分为8m～10m，梯段爆破以排间微差为主，周边永久边坡（坡比陡于1:1）采用光爆（或预裂）爆破法一次成型；主爆孔采用ROC D7液压钻和460PC潜孔钻等设备钻孔，预裂孔采用460PC钻机和100B潜孔钻机钻孔。石渣运输设备主要为20t自卸汽车。挖掘设备主要为PC400、CAT320反铲、柳工855装载机，并辅以少量的推土机。
（2）永久边坡采用预裂或光爆技术成型。本标段预裂面积大，预裂孔较深，造孔采用460PC钻机，以保证钻孔精度及施工进度。在460PC钻机无法达到的部位，采用100B钻机施工预裂孔。
（3）为了增加边坡开挖梯段爆破的临空面，首先开挖帽檐，然后逐步由外向里扩大开挖。
4边坡支护
4.1锚喷支护
砂浆锚杆设计形式包括φ25，L=4.5m/6m两种形式。
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（1）测量放样
采用全站仪等按设计施工图对锚杆孔孔位进行放样，并用油漆等进行标志。
（2）造孔
①严格按设计文件及设计图纸的钻孔位置、孔向和孔深进行施工，保证孔位偏差小于100mm，孔深偏差不大于50mm。
②锚杆钻孔的孔轴方向按施工图纸的要求。施工图纸未作规定时，其系统锚杆的孔轴方向垂直于开挖面；局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，与滑动面的交角大于45°。
③钻孔孔径不得小于设计施工图要求的孔径，采用液压钻、手风钻和潜孔钻等设备钻孔。
（3）锚杆制作
锚杆在钢筋加工厂内制作，锚杆如需接长，则锚杆在加工厂分段制作，在安装时现场接长，采用焊接方式进行连接。
（4）注浆及插筋
采用先注浆后插筋的施工工艺，钻孔完成验收合格后，用高压风将孔内残渣和水吹净，砂浆泵注浆，注浆管下至距孔底，然后退出50mm～100mm处，注浆压力0.4 MPa～0.6MPa，保证注浆饱满密实，注浆完毕，人工配合机械安装锚杆。
遇锚杆孔涌水时，采取在锚杆孔附近钻孔排水或对锚杆孔进行灌浆等措施，也可采取其它排水防水措施，以保证水泥砂浆不被水流冲走和稀释。
锚杆安装后，在砂浆凝固前，不敲击、碰撞、拉拔锚杆和悬挂重物。
保温材料覆盖，以防止其受冻。
3.3预应力锚索
（1）锚索孔造孔
①预应力锚索钻孔在依附边坡搭设的承重排架上进行，钻机的垂直移动采用提升架及2t～5t手动葫芦完成。
②开钻前复测钻机定位参数：孔向、孔位、孔斜、孔径、孔深，核对无误方可供风开钻。
③开孔钻进要低转速、低压推进；钻进进尺约50cm时，再次校核孔向及施工平台，如有变动，及时调整加固。
④钻进过程中，认真记录每一钻孔的尺寸、钻进速度、回风、返渣情况等数据，及时填写记录表和判定情况；每次换接钻杆前均需缓慢倒杆，往返吹洗孔道，以便充分吹排粉渣，避免卡钻及重复破碎。
⑤锚孔钻进过程中，若出现不回风、不返渣、塌孔、卡钻现象，或地质情况复杂，岩石节理裂隙发育，渗水量较大及岩石破碎等情况，应及时报告监理人，按监理人要求及施工规范的规定进行孔道固结灌浆处理。
⑥锚孔围岩固结灌浆完毕，达到待凝时间后即可进行固结灌浆孔扫孔。扫孔结束后，采用高压风、水冲洗孔道，确保孔内清洁干净。
（2）锚索穿索
①预应力造孔完毕，孔道经检查合格后，做好孔口临时封闭保护。
②锚索穿索采用人工作业。索体运输到现场后，经支护排架的提升装置提升到施工层面，人工抬运至锚索孔处，用手动葫芦等器具配合，将索体徐徐穿入锚孔内。
③穿索过程中，锚索转弯半径应不小于4m。穿索结束后，及时将锚索外露部份包裹起来，以防污损。
（3）垫座混凝土浇筑
①垫座混凝土拌和采用拌合站集中拌制，混凝土搅拌运输车水平运输。
②在混凝土浇筑前先清理岩面，使外露岩面清洁，然后安装孔口垫板套管及网片钢筋等，锚头部分的空隙需进行灌浆处理。灌浆管留置于混凝土垫座顶面，并预埋D25塑料管作为回浆排气管，斜插与锚孔相通。待支好模板并润湿混凝土接触面后即可浇筑垫座混凝土。
③锚垫板安装时要保证与孔道轴线垂直，套管与孔道轴线对中。并将套管与孔道间的孔隙加以密封。
④垫座混凝土用提升架吊运至工作层面，人工入仓，插入式振捣器振捣。混凝土必须振捣密实，混凝土浇筑完毕后及时养护。
（4）锚索灌浆
粘结锚索灌浆在外锚墩混凝土浇筑并有一定强度后进行内锚段注浆。
①锚索灌浆之前，分序沿灌浆管用压力风水冲洗孔内渗水，并检查管道是否通畅和阻浆系统的密封性。
②灌浆的浆液由简易制浆站集中供浆提供，输送至JJS-2B搅拌桶由2SNS型灌浆机灌浆。灌浆记录采用三参数灌浆自动记录仪。
③灌浆结束标准为：灌浆量大于理论吸浆量；回浆量比重不小于进浆量，且稳压30min，孔内不再吸浆，即进、排浆量一致。
（5）锚索张拉锁定
锚索张拉在锚固注浆结石体抗压强度达到C35以上后进行。
①锚索张拉按分级加载程序进行，即由零逐级加载到超张拉力，经稳压后卸荷到设计张拉力进行安装，0→mδ（稳压3min）→δ（m为超张拉系数，最大值为1.05～1.1，δ为设计张拉力）。张拉工艺流程为：穿锚→初始荷载（钢绞线调直）→分级循环张拉至设计荷载→超张拉。
②锚索张拉方法：采用先单根预紧、再整体张拉。张拉时注意加载速率每分钟不宜超过设计应力的10%，卸荷速率每分钟不宜超过设计应力的20%。
1）穿锚：清理干净锚具、工作夹片及钢绞线表面，夹片及锚具锥孔无泥砂等杂物；然后将钢绞线按周边序和中心序顺序理出，穿入锚具；推锚具与钢垫板平面接触。用尖嘴钳、改刀及榔头调整夹片间隙，使其对称。
2）初始荷载（钢绞线调直）：初始荷载为设计工作荷载的δ/10，按照先中间后周边对称分序张拉的原则，用单根张拉千斤顶将钢绞线逐根拉直预紧0→δ/10（稳定2min）。
3）分级循环张拉至设计荷载，分级加载等级分别为0.25、0.5、0.75、1.0倍设计工作荷载δ。第一循环张拉δ/10→δ/4（稳定2min），第二循环张拉δ/4→δ/2（稳定3min），第三循环张拉δ/2→3δ/4（稳定3min），第四循环张拉3δ/4→δ（稳定3min）。
4）超张拉：第四循环张拉结束后，在设计工作荷载δ的基础上继续加载至1.05δ～1.1δ锁定，δ→1.05δ～1.1δ稳定（10min）。
5）补偿张拉：锚索应力损失基本稳定后，若锚索锁定的张拉力低于规定的设计值，对锚索进行补偿张拉，以满足设计永久赋存力的要求。补偿张拉实际张拉力→δ（稳定2min）。
（6）封锚混凝土浇筑
①首先切除距锚板15cm外多余的钢绞线。
②清理钢绞线及锚头，将垫座混凝土端面凿毛，并涂刷一层环氧基液，然后浇筑封锚混凝土。
③外锚具或钢绞线端头混凝土保护层厚度不小于20cm。
结束语：
苏洼龙水电站进水口边坡开挖与支护工程技术难度大及诸多施工安全风险，施工过程中根据边坡临时及永久监测情况分析，边坡未出现较大变形，而且开挖结构面成型良好，开挖结束后，开挖质量及方法取得业主、设计和监理一致好评，为以后在高边坡开挖支护施工积累了新的施工经验。
论文作者:王红伟,杨志伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/24
标签：作业论文; 混凝土论文; 钻机论文; 钻孔论文; 荷载论文; 孔道论文; 锚杆论文; 《防护工程》2018年第27期论文;