北盘江善泥坡水电站坝肩开挖施工技术成果综述张瑜

北盘江善泥坡水电站坝肩开挖施工技术成果综述张瑜

张瑜

中国水利水电第四工程局有限公司贵州六盘水553000

摘要：贵州北盘江善泥坡水电站碾压混凝土双曲拱坝坝体高度近120m，经地质条件分析，根据枢纽布置、坝体体形的特点，左右岸坝肩采用窑洞式开挖设计与施工方法，可减小拱坝坝肩边坡的开挖高度和范围，降低工程边坡安全风险，节省开挖工程量，节省直接投资，缩短工期，具有较好的综合经济和社会效益。

关键词：窑洞式开挖；工期；效益

1工程概况及内容、工程量

1.1工程概况及内容

善泥坡水电站位于北盘江干流中游河段贵州省六盘水市水城县顺场乡境内，距水城118km，距贵阳362km。电站水库正常蓄水位885m，总库容0.850亿m3，调节库容0.246亿m3，是日调节水库。电站装机容量185.5MW，保证出力20.78MW，多年平均发电量6.788亿kW.h。

本工程为III等工程，工程规模为中型，工程枢纽主要由碾压混凝土拱坝、坝身泄洪系统、右岸引水系统及地下厂房和小机组引水发电系统等组成。

坝址处河谷为“U”形谷，河床高程800.00m，左右岸均为高耸的陡壁。左岸陡壁顶高程1200.00m左右，相对高差400m。右岸在960.00m高程以上为一缓坡，相对高差160m。坝址区为典型的溶蚀一侵蚀河谷地貌伴随有强烈的溶蚀、塌陷、崩塌作用，阶地残缺不全。坝址部位卸荷裂隙、结构裂隙以及溶隙发育。且两岸开挖仅左右岸坝顶交通洞可用，无中线开挖施工道路。窑洞式开挖，使得坝肩开挖线顺大坝结构线设置，减少开挖工程量。

1.2主要工程量及完成工程量

善泥坡水电站大大坝土建工程主要工程量及完成工程量见下表：

2坝肩窑洞式开挖

2.1窑洞式开挖背景

⑴左右岸坝顶至河床高度近百米，边坡高陡，无条件布置机械施工道路，仅能采取人工开挖的方式，施工作业面狭窄，难度较大；

⑵左右岸坝肩在开挖边界以外上下游侧存在多处卸荷破碎岩体，受到扰动后必然使支护工程量增加，而窑洞式开挖方案则可减少开挖工程量、减少边坡高度和范围、降低施工难度。

⑶按照传统坝肩开挖，坝顶以上开挖近70m，需新建机械、人员施工道路，且顶部开挖面边坡陡、厚度薄、耗时长，采用窑洞式开挖，直接取消坝顶以上开挖，大大缩短工期。

2.2坝肩窑洞式开挖方法

⑴开挖方法

由于左右岸坝肩窑洞嵌入山体内的深度较深，按照原设计10m一层梯段爆破，周边预裂孔半孔率仅45%，低于设计要求50%以上。且超欠挖偏离达到20cm以上，难以处理。经多次研究调整，确定改变设计的深孔梯段爆方式，调整为水平预裂与垂直浅孔联合爆破方法。结合现场实际陡峻的地形，将每一层开挖分为三个区，靠近拱端为Ⅲ区、坝肩岸坡5m内为Ⅰ区、其余部分为Ⅱ区。

Ⅲ区采用竖向钻孔垂直爆破；Ⅱ区采用短进尺、多循环的洞挖方式进行开挖施工；Ⅰ区采用垂直梯段开挖方式进行。由于坝肩窑洞嵌入山体深度随着开挖高程的变化一直在变化，在每一层开挖前将Ⅰ区5m采用竖向钻孔周边预裂的爆破方式开挖，扒渣后开挖出施工掌子面后紧跟Ⅱ区的开挖，Ⅱ区采用手风钻钻孔上下游面采用光面爆破，单循环进尺按4～5m控制。当Ⅱ区开挖完成后，进行Ⅲ区拱肩段的施工，采用手风钻进行边坡预裂爆破造孔。

大坝坝肩开挖采用窑洞式水平光面与垂直钻孔相结合爆破方式开挖，短进尺小药量，坝肩上下游呈弧状，采取浅孔水平光爆+上下游预裂爆破解决了深孔梯段作业爆破上下游光爆超欠挖偏离太大的难题。

图1-1窑洞式开挖分区布置示意图（单位：mm）

⑵机械布置

坝肩开挖大部分集中在上坝交通洞范围内。在坝顶交通洞顶部设置滑轮，由卷扬机完成反铲、潜孔钻机等大型设备垂直运输，成功解决了设备避炮难题，避免了常规避炮引起的超挖与结构体型破坏；同时实现设备迅速到达与撤离现场，提高了设备利用率。

大坝左右岸888~800.00m高程以下拱肩窑洞式开挖，采用手风钻造孔，上、下游侧倒悬体及部分边坡部位光面爆破，外部梯段爆破高度控制在3.0m范围内，自上而下、分区分台爆破方式。开

由于左右岸岸边坡陡峭，布置机械施工通道难度大、费用高，结合现场左岸上坝交通连接洞条件，下部888~830m高程坝肩开挖采用40t卷扬机作机械垂直升降、小型反铲翻渣方案，利用布置于左右岸岸上坝交通洞的洞顶安装轨道梁，采用卷扬机芦将反铲由工作面垂直提升至拱肩槽开挖工作面，作为机械翻渣的主要通道。

下部830~800m高程由于距离河床仅30m，采用开挖料垫渣方式，形成作业通道。人员通行采取自顶部上坝交通洞修建之字形爬梯。材料及支护机械采用布置在上坝交通洞的卷扬机垂直运输。

图1-2坝肩上部开挖施工图图1-3坝肩下部开挖施工图

2.3爆破实测效果

采用水平光面爆破技术窑洞式开挖减小了对坝肩裂隙发育岩体爆破振动影响，开挖平整度、半孔率将得到有效控制及提高，也较好的保护了建基面的完整性和稳定性，开挖后经过初步检测，平均半孔率达到了90%以上，建基面平整度控制在了±10cm以内。

图1-4坝肩水平光面爆破图

3结语

坝肩窑洞式开挖，大大地减少了坝肩岩体的开挖量，在边坡生态环境保护和提高坝肩稳定性、降低安全投入与风险、节约了整体投资方面，也产生很好的经济效益。

本工程采取立面窑洞式开挖，仅完成结构轮廓线内土石方开挖，代替常规大面积土石方明挖施工，由原设计土石方明挖51.7万m3减为34.8万m3，并且减少了支护工程量与火工材料的耗用、后续混凝土工程中模板安装工程量。通过坝顶交通洞顶部卷扬机完成机械进出工作面及避炮、材料垂直运输，减少了施工道路修建，缩短工期。

同时对于提高边坡开挖质量、控制设计体型、减少资源投入、节约项目投资方面，为类似工程施工提供了很好的借鉴。

作者简介：

张瑜：汉族，男，助理工程师，从事水利水电工程施工技术管理工作5年，任职于中国水电四局新疆公司。