朱昌河水库大坝高边坡开挖施工

张 亚，刘 猛

（1.贵州省水利科学研究院，贵阳 550002；2.中国水利水电第六工程局有限公司，沈阳 110179）

朱昌河水库大坝高边坡开挖施工

张 亚1，刘 猛2

（1.贵州省水利科学研究院，贵阳 550002；2.中国水利水电第六工程局有限公司，沈阳 110179）

结合朱昌河水库在进行大坝高边坡工程地质条件，分析开挖技术难题，简述高边坡开挖施工方法、技术要点。工程于2016年1月底开挖结束，没有出现任何安全和质量事故，高边坡坡面平整，施工质量好。

朱昌河水库；大坝高边坡；土石方开挖；爆破施工；支护施工

1 工程概况

朱昌河水库工程位于北盘江二级支流朱昌河上（一级支流为乌都河），工程任务是以供水为主，兼顾发电。朱昌河水库工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。工程水库正常蓄水位为1 460.0m，校核洪水位1 461.29m，总库容4 420万m3。大坝轴线为朱家桥上游约320m的上坝线，拦河修建碾压混凝土重力坝，坝长276.5m，坝顶高程为1 461.4m，防浪墙高程为1 462.6m，大坝最大坝高102.1m，由10个坝段组成。采用表孔泄洪方式，表孔宽27m，表孔溢洪道2孔，闸门尺寸（宽×高）为10m×6.03m，堰顶高程1 454m。

此外，朱昌河水库的坝基地质岩体为关岭组第一段（T2g1）：泥灰岩夹泥质粉砂岩、灰岩、泥岩等，以及三叠系永宁镇组第三岩组（T1yn3）灰岩。值得注意的是，由于朱昌河水库大坝左右岸高边坡施工位置正好处在地势非常陡峭的地段，由于其大坝的左岸开挖施工极容易受现场施工条件的限制，这就为坝肩开挖作业增加了很大的施工难度。因而，参建单位在对高边坡进行开挖施工时，一定应以安全性、可靠性以及连续性作为施工基本原则。

2 工程地质条件分析

朱昌河水库工程地处黔西高原，该地区的西部地形较为平坦，高原地貌保存完好；但地区东部地面的切割较为强烈，这就使得该流域内的可溶岩分布较为广泛。其地质情况主要表现为峰丛洼地、峰丛谷地、溶丘洼地以及岩溶槽谷等岩溶地貌。工程建设范围内，出露的地层有：石炭系、古生界泥盆系以及二叠系等。而朱昌河水库大坝高边坡所处的地质情况，大多以碳酸盐为主，其基岩呈现出裸露状态且坚硬完整。

上述地质情况使得朱昌河水库大坝高边坡的施工建设，非常容易发生塌方或滑坡等自然灾害。据参建单位对类似水利工程进行研究表明，在有地表水或地下水的软土土层进行基坑开挖时，如若没有采取相应的降水、排水措施，将使高边坡上的工程结构因重力作用影响而失稳。因此，开挖施工前，应采取截水沟、集水井等降水排水措施，来提高开挖作业的安全稳定性。

此外，由于高边坡开挖施工的梯段较高，这就使得挖方的尺寸以及放坡的空间很难得到满足。在此情况下，在开挖坡脚以及岩石节理时，施工建设人员就很难根据岩石的特性找准放成的坡度，这就造成了边坡的结构稳定性不高。如果气候条件发生变化，就非常容易导致塌方事故的发生。针对这一问题，相关建设人员要在了解高边坡所处岩性的基础上，再实施与之相对应的边坡线开挖。同时，还要严格按照施工图纸的支护施工要求，对基坑开口进行锁口锚杆的支护施工。

经勘察发现，朱昌河水库大坝工程高边坡的顶部堆载过大，这就容易受到过往车辆以及施工的机械设备影响。在此背景下，边坡坡体内部的剪切应力就会增大。当岩体或土体失去了整体的结构稳定性，就会导致塌方事故的发生。该水利工程高边坡的施工建设还存在岩石风化程度强以及土质松软的问题，如果开挖施工的方法不当或是开挖的顺序存在不合理，都会导致塌方。因而，实际施工人员要严格按照自上而下的施工顺序，来进行朱昌河水库大坝高边坡的开挖施工。

3 高边坡开挖施工[1-4]

3.1 开挖分区

根据左右岸的临时路布置情况及马道分布情况，大坝左坝肩开挖共划分为17个区域，右坝肩开挖共划分为4个区域，具体区域划分情况见图1。

图1 大坝左右岸开挖分区示意图

3.2 技术难点

朱昌河水库坝址区河谷呈“U”字型，岸坡十分陡峻，两岸山体雄厚，大坝坝基开挖高程1 360.5m，右岸开挖共分11级马道，马道宽度为3～18m，马道间高差为10～15m，高程1 471.4m马道以上为开口边坡，坡度为1∶1，高程1 471.4m马道以下开挖边坡为1∶0.5。左岸开挖共分4级马道，马道宽度为3.7～6m，马道间高差为4～42.9m，高程1 461.4m马道以上为开口边坡，坡度为1∶1，高程1 461.4m马道以下开挖边坡为1∶0.7。

本工程的难点在于大坝左岸高边坡开挖，高程1 461.4m马道以上高边坡开挖坡度为1∶1，技术难度相对不大，但是高程1 461.4m马道以下高边坡开挖坡度为1∶0.7，垂直开挖高度为100.9m，开挖边坡既陡且高，是本工程施工最大的难点。

3.3 施工技术控制

3.3.1 土方开挖

高边坡土方开挖，除了要按照自上而下的施工顺序，还要进行分层作业。首先，施工人员要按照施工图纸的设计要求，将高边坡做成一定的坡势，以提高排水效率；其次，实际的开挖过程中，要在开挖边线的外侧位置上设置排水沟，以排除坡内积水，这样不仅能够提高高边坡土方结构开挖的稳定性，还能够避免边坡及马道上形成积水；最后，对于高边坡施工建设中，容易受风化程度影响发生崩解的土层，除了支护施工技术，还能通过预留保护层来进行土方开挖。

按施工作业流程（见图2），在对水库大坝的主体工程进行施工前，要按照施工图纸的开挖要求，清理完边坡的风化岩块、坡积物、残积物和滑坡体，并在适当位置修筑拦碴坎，保证下部施工安全[3]。

图2 土方开挖施工的作业流程

3.3.2 石方开挖

高边坡石方开挖，要通过边坡的预裂施工，即梯段微差爆破，进行自上而下的分层施工。主要有4个阶段，分别是造孔；装药、堵塞和联网；边坡保护层开挖施工以及出渣施工。布孔：根据高边坡开挖的厚度按梅花形布置；造孔：由于工程设计的预裂孔孔径为φ90mm，采用100B潜孔钻施工造孔，但对高边坡保护层开挖施工，应采用TY-28手风钻进行造孔；装药：要在一个爆破区的梯段造孔全部完成的前提下进行，由于主爆破孔是以乳化炸药为主装药，应采用人工装药的方式来保证装药的连续性；在进行分块爆破时，应采用后退式的开挖方式，以避免保护层的建基面被除渣设备破坏；出渣：应根据左右岸坝肩所处的地质条件，采用具有针对性的出渣方式。朱昌河水库大坝进行石方开挖的全部工艺流程见图3。

图3 石方开挖的工艺流程图

3.3.3 爆破施工

根据朱昌河水库现场实际情况，结合类似水利工程爆破施工经验，对石方开挖采用典型梯段爆破及预裂爆破，梯段高度控制在10m；遇有马道及底部建基面时，则预留保护层进行浅孔爆破和人工撬挖处理。预裂孔倾角与边坡开挖坡度一致，梯段爆破孔倾角控制在55°；梯段爆破采用连续装药结构，底部加强装药（适当增加装药量）；预裂孔采用柱状分段不偶合装药，孔底同样集中加强装药。梯段爆破采用非电毫秒微差爆破网络，非电毫秒雷管采用MS1～MS15段，电雷管起爆的方式进行；预裂炮孔和梯段炮孔若在同一爆破网络中起爆，爆破顺序应先预裂，后由外（临空一侧）及里依次起爆梯段爆破孔。爆破孔应妥善封堵，以保证爆破效果。预裂孔根据岩石条件，沿设计开挖边线布孔或预留少量保护层厚度后布孔（如岩石破碎，预留少量保护层后直接利用冲击锤破碎处理即可，以控制预留爆破后形成超挖），梯段爆破孔按梅花形布孔，联网则根据爆破区域形状，采用V形联网或直线形联网结构。预裂孔施工，应严格控制钻孔角度，孔位要准确，防止形成欠挖或超挖过多的情况发生。

为提高爆破效果，应安排进行爆破试验，验证和调整拟定的爆破参数，并在实际施工中根据岩石条件进一步调整，以取得最佳爆破效果；同时，可考虑沿预裂孔与相邻主爆孔间设置1～2排缓冲孔，以保护设计边坡面。缓冲孔与预裂孔平行，并在与预裂孔相邻的梯段孔之后起爆，以爆开预裂孔和梯段孔之间的岩石，且不损坏预裂坡面；缓冲孔装药量较前排梯段爆破孔减少1/2～1/3，其排距或孔距可适当小于主爆孔布置的距离。

3.3.4 支护施工

支护施工采用的机械设备有：全自动液压钻机、KQL-100B潜孔钻机、YT-28手风钻钻机以及CM351钻机。朱昌河水库大坝高边坡的支护施工主要有3部分，分别是锚杆施工、挂网施工以及喷混施工。其中锚杆施工采用全站仪进行锚杆孔位放线。对于下倾孔的支护，相关建设人员采用了先注浆、后插杆的施工方法来保证边坡结构的稳定性。而在永久边坡位置，挂网施人员采用φ8钢筋进行施工建设。值得注意的是，挂网施工前要按照图纸的设计要求，来进行网片的制作。此外，由于工程所处地形条件的限制，本工程进行喷混凝土施工，采用干喷法。为保证喷层的稳定性，应在喷混凝土2h后进行喷水养护，以保证挂网的实际作用效果。

4 结语

朱昌河水库左岸高边坡开挖从2015年5月13日开始，右岸高边坡开挖从2015年3月16日开始，至2016年1月底开挖结束，合计开挖量约50万m3。通过开挖方案的合理规划，优化爆破设计，克服了该高边坡开挖质量和安全控制的难点，保证了较好的开挖质量，坡面平整，达到设计要求。工程从开挖至结束自始至终没有出现任何安全和质量事故，说明本工程高边坡开挖技术方案可行。

[1] 张文斌，龙永平.静态爆破技术在临近水库大坝高边坡开挖工程中的应用[J].湖南水利水电，2012（1）：17-19.

[2] 文 军，龚建新，廖建忠.五一水库联合进水口高边坡抗滑稳定分析[J].地下空间与工程学报，2013（2）：430-436.

[3] 周创兵.水电工程高陡边坡全生命周期安全控制研究综述[J].岩石力学与工程学报，2013（6）：1081-1093.

[4] 张涌泉，李朝华.自由式单孔多锚头预应力锚索在边坡加固中的应用[J].科技资讯，2010（9）：32-33.

（责任编辑：周 群）

High dam slope excavation construction of Zhuchanghe Reservoir

ZHANG Ya1,LIU Meng2
（1.Guizhou Hydraulic Research Institute,Guiyang 550002,China;2.SINOHYDRO Breau 6 Co.,Ltd.,Shenyang 110179,China）

Combined with the engineering geological conditions,analysis was made on the excavation problems of high dam slope construction for Zhuchanghe Reservoir.A brief introduction was made on the construction method and technical key points.Excavation was completed in January of 2016 without any safety or quality failure,and with smooth slope surface and good construction quality.

Zhuchanghe Reservoir;high dam slope;earth-rock excavation;blasting construction;supporting construction

TV542；TV551.42

B

1003-1510（2016）04-0050-03

2016-05-19

张 亚（1977-）男，贵州思南人，贵州省水利科学研究院高级工程师，学士，从事水利水电工程质量与安全监督及工程质量检测工作。