白鹤滩水电站高陡边坡开挖快速出渣方案

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

1 概 述

白鹤滩水电站坝址右岸边坡谷肩由上游(高程950m)至下游(高程1215m)逐渐增高，高程1030m以上坡度较缓，平均坡度约30～40°，局部达45°；高程1030m以下为陡崖，平均坡度约76°，局部达85°；整体坡度约56°。大寨沟是坝区规模最大的冲沟，大坝右岸被大寨沟、2号冲沟(F17断层)、神树沟(F3断层)三条冲沟切割后，分为4个相对独立的边坡。白鹤滩水电站坝址右岸边坡原始地貌见下页图1。

右岸边坡开挖高程范围1215～600m，高差615m，坝顶高程834m以上边坡出渣量 920万m3；右岸坝肩高程834～600m出渣量 510万m3，出渣量总计1430万m3。

图1 白鹤滩水电站坝址右岸边坡原始地貌

白鹤滩水电站坝址右岸边坡开挖的渣料除用于大寨沟泥石流治理，及下红岩堆积体压坡堆渣和大寨沟780m高程集中平台填筑外，其他渣料均为弃渣，弃渣均堆放于上游海子沟弃渣场。右岸坝顶1040m高程以上边坡开挖渣料主要用于下红岩堆积体堆渣压坡填筑；右岸坝顶1020～834m高程边坡开挖渣料主要运往上游海子沟弃渣场；进水口马脖子区780m高程以上边坡开挖渣料主要用于填筑形成大寨沟780m高程临时集渣平台，多余渣料运至弃渣场；右岸坝顶高程834～600m边坡开挖渣料运往上游海子沟弃渣场。

2 工程特点和难点

ⓐ边坡高且陡、交通洞形成时间滞后，出渣难度加大。右岸坝顶高程 1070m以下为陡壁地形，尤其是 980m 高程以下边坡更陡，在边坡开挖之前不能提前形成明线施工道路。右边坡规划有203号交通洞(终点：高缆平台高程980m)、204号交通洞(终点：低缆平台高程920m)、205 号右岸坝顶(终点：坝顶高程834m)、206号交通洞(终点：高程843m)及2号交通洞，开挖渣料可经过以上交通洞和2号公路运输至上游海子沟渣场。由于受2号交通洞形成时间滞后影响，以上交通洞形成时间晚，不能作为右岸边坡开挖的出渣道路，出渣难度加大。

ⓑ围堰截流时间推迟，开挖渣料不能下江，需采取控制措施防止石渣下江。该工程原设计方案采用全年挡水围堰，为满足右坝肩开挖施工进度要求，为右坝肩开挖石渣下基坑创造施工条件，右坝肩开挖区的石渣采用挖掘机集渣后再采用推土机将渣料推至基坑，基坑底部采用挖掘机装自卸汽车出渣运往上游海子沟渣场。由于围堰截流时间推迟，右坝肩开挖在河道没有实施截流前施工，开挖渣料不能下江，需采取防止石渣下江的控制措施。

ⓒ边坡陡峭、施工区范围相对孤立，出渣道路布置困难。由于右岸边坡高且陡，边坡被上游冲沟和下游断层隔离为独立的开挖施工区，出渣道路布置非常困难，无法形成高线、中线和低线出渣道路。

3 快速出渣方案

3.1 场内出渣道路规划

场内已有公路主要有上游临时交通桥、2号公路上游段(YG2～YG3段)、2号公路下游段(YG4～YG7段)、4号公路YD5～YD4段、4号公路YD4～YD1段、402号交通洞(4号至402-1号交通洞洞口段)、402-1号交通洞、大寨沟简易道路等。待修建的场内出渣道路有202号公路、203号交通洞、204号交通洞、205号交通洞、206号交通洞。场内出渣道路特性值见表1。

表1 场内出渣道路特性值

3.2 快速出渣方案

白鹤滩水电站右岸边坡开挖快速出渣方案从开挖分区及渣料分流出渣方式、出渣道路布置体系、防止石渣下江措施和出渣设备配置等4个方面进行研究。

3.2.1 分区作业、集渣翻渣和渣料分流方案

根据开挖区工程量分布和集渣平台布置条件，研究采用分区作业、集渣翻渣和渣料分流的快速出渣方案，将整个施工区分为三部分：上游进水口开挖区利用大寨沟780m集渣平台集渣实施翻渣作业(高峰强度24万m3/月)、下游水垫塘开挖区利用F17沟底集渣平台集渣实施翻渣作业(高峰强度14万m3/月)，而中部坝顶边坡开挖区在工作面直接出渣和转运渣料相结合的方式运输渣料(高峰强度39万m3/月)，渣料分流，减轻单条施工道路的出渣强度。

3.2.2 出渣道路布置

根据国内外工程成功案例并结合本工程的特点，自然坡比大于60°时采用修建隧洞作为出渣道路，简称暗线；自然坡比在60～45°之间采用修建隧洞作为出渣道路或利用边坡开挖工作面修建出渣道路，简称斜坡道；自然坡比小于45°时沿岸坡修建施工道路作为出渣道路，简称明线。

右岸边坡上、下游方向分别为大寨沟大型冲沟和F17大断层，形成独立的高陡岸坡区域。根据现场地形上缓下陡的特点，按不同的高程段规划出渣道路，采用明线、洞线、斜坡道综合出渣运输方案，解决陡峭边坡开挖出渣道路难题。

ⓐ根据右岸 1020m 高程以上边坡上游坡缓、下游坡陡的地形特点，自上游向下游布置多层明线施工道路进入开挖区，主要明线施工道路有202号公路、大寨沟1号道路、大寨沟2号道路，解决高程1020m以上边坡开挖设备进场及出渣问题。右岸边坡多层明线施工道路布置见图2。

图2 右岸边坡多层明线施工道路布置

ⓑ从大寨沟沟口挡渣坝上游斜坡道布置道路进入开挖区工作面，并沿上游缓坡向下游抬高延伸，至坝顶高程1020m以上陡坡处。利用进水口上游大寨沟沟口边坡开挖区作为出渣道路，在每级边坡开挖后通过快速翻渣形成临时出渣道路，通过科学组织施工，把出渣道路布置对开挖钻爆的影响降到最低，解决高程 1020～920m开挖出渣道路问题。在大寨沟上游沿红岩坡自上而下布置3条出渣道路，解决高程1020～980m出渣问题；该道路再向进水口方向降坡至高程950m，解决高程 980～950m出渣问题；利用上游边坡开挖区，在沟口挡渣坝下游形成高程950m出渣通道，解决高程 980～950m开挖出渣问题；新增高程935m辅助交通洞，解决高程 950～935m出渣问题；利用大寨沟边坡开挖区形成出渣道路，向进水口方向降坡至高程920m，解决高程 935～920m出渣问题。

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ⓒ在2号公路交通洞内新增高程894m交通洞、高程879m交通洞 、高程864m交通洞，进入边坡陡崖地形开挖区，同时使每层边坡(高程907～894m、高程894～879m、高程879～864m)开挖工作面都有出渣道路，与2号公路形成开挖面至渣场的施工道路，解决高程 920～864m出渣问题。新增辅助交通洞特性见表2。

表2 新增辅助交通洞特性

ⓓ对C6挡渣平台进行开挖降坡，形成斜坡道，利用 C6集渣平台提前开挖形成明线出渣道路，解决高程 864～834m各级梯段开挖出渣问题。

ⓔ结合右岸坝顶以上边坡开挖形成的C6拦渣平台进行扩宽改建，形成 C6 道路，将坡度降至10%左右形成出渣道路。利用 402-1号交通洞和新增的高程780m辅助交通洞作为出渣通道，C6 道路始于402-1号交通洞高程780m，终于坝肩高程834m，C6道路用于坝肩高程834～774m开挖出渣。

ⓕ利用 402号交通洞洞口高程734m，随着边坡开挖面向上形成至右坝肩高程774m的出渣道路，随着边坡开挖面向下形成至右坝肩高程699m的出渣道路。解决高程774～699m 各级梯段开挖出渣问题。

ⓖ对于高程 699m 以下边坡开挖实施翻渣，在沿江低线提前形成较宽的拦渣和集渣平台，形成出渣道路，及时对沿江集渣平台进行出渣清理，避免堆渣过多后石渣下江。修建坝肩高程634～600m开挖施工道路，在工作面直接采用挖掘机装自卸汽车运往上游海子沟渣场。

3.2.3 开挖期间防止石渣下江的控制措施

ⓐ尽量采用明线道路进入工作面，开挖渣料在工作面直接挖装，避免翻渣作业，防止滚石下江。

ⓒ利用开挖形成的 C6 平台、F17 断层冲沟底部及低线 610m 集渣平台，在平台外侧堆码钢筋石笼挡渣墙，对边坡开挖时产生的溜渣进行拦截。

ⓓ配置足够的挖、装、运输设备，实施集渣平台常态化出渣，及时对集渣平台进行出渣清理。

以上措施的实施可在右岸边坡下部形成了一道封闭的拦渣和集渣系统，有效地控制了石渣下江，解决右岸高陡边坡防止石渣下江的难题。

3.2.4 出渣设备配置

a.出渣设备选型

选用的设备与施工方案和工艺流程相适应，设备生产能力满足施工进度、质量、安全和环保的要求；选用的设备满足道路、桥梁、隧洞、作业面等环境要求；挖装设备、运输设备、平整设备的生产能力及性能参数要相匹配，机械设备的数量需满足生产强度的需求；挖运配套设备方案进行技术经济比较，选择经济效益好的方案，设备品牌及型号不宜过多，便于设备维修保养和管理；根据施工强度和具体施工条件，计算各种配套机械的生产效率和需求数量，并考虑各工序之间和各工作面之间的综合平衡。

b.出渣设备配置

依据施工道路和交通洞的运输条件，出渣车辆选型主要以32t、25t、20t自卸车为主；在挖装设备的配置上，选择与运输设备配套的大中型挖装设备(斗容 4.3～2m3)为主；推、集渣设备选择大功率推土机，以CATD9R推土机、CATD8T推土机和TY320推土机为主。

右岸边坡开挖高峰月最大开挖强度 77万m3，通过计算分析，在充分考虑设备生产效率、完好率、利用率及施工过程中不可预见因数考虑一定的富余系数，总投入挖掘机 38 台(总斗容 72m3)、自卸汽车 172 辆、大功率推土机 9台。

4 工程实施情况

按照白鹤滩工程建设筹备组要求，对右岸坝顶边坡开挖进度进行调整,调整后缩短施工工期11个月。经过该工程开挖快速出渣技术研究和实施，右岸边坡开挖实现了调整后的工期目标。

右岸坝顶以上边坡调整后的开挖进度为右岸坝顶 834m高程以上边坡开挖自 2013 年3月中旬开始施工，至 2014 年 8月底完成，完成工程量 920万m3，高峰月最大开挖出渣强度 77万m3。

原定围堰截流时间为2014年5月上旬，分流挡渣堤完工时间为2014年6月20日。实际围堰截流时间为2015年11月中旬，分流挡渣堤完工时间为2015年12月下旬。截流时间推迟1年6个。

右岸坝肩边坡调整后的开挖进度为坝肩边坡(高程834～600m)于2014年9月底开始开挖，2015 年6月底完成右岸坝肩高程 654m以上边坡开挖施工，2015 年7月—10月坝肩边坡开挖暂停施工，待11月份完成截流后再进行高程 654m 以下开挖，至 2015 年 12 月底完成开挖，完成工程量 510万m3，高峰月最大开挖出渣强度 60万m3。右岸边坡高程600m以上完工形象见图3。

图3 右岸边坡高程600m以上完工形象

5 结 语

通过对白鹤滩工程右岸边坡开挖快速出渣方案的优化和实施，形成了水电站高陡边坡高效安全快速出渣技术，实现了缩短工期11个月的控制性进度目标，为电站如期发电提供了工期保障，创造了良好的经济效益和社会效益。对其他类似工程边坡开挖快速出渣具有借鉴意义。