腾龙桥一级水电站大坝边坡施工技术探讨

杨建国， 杨从宏， 李君祥

(中国水利水电第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650041)

1 概 述

1.1 工程概况

腾龙桥一级电站位于云南省保山市龙陵县与腾冲县两县界河龙江干流下游，是以发电为主的水电枢纽工程。电站装机容量95 MW，总库容4 372.9万m3，电站保证出力13.87 MW，多年平均发电量40 597万kW·h，年利用小时数4 273 h。枢纽布置主要建筑物有：拦河坝、冲沙孔、右岸发电压力管道及坝后厂房、左岸导流隧洞、溢洪道、消力池等。

拦河大坝为混凝土重力坝，最大坝高65.70 m，溢流表孔共2孔，冲砂孔布置在坝身，断面为5 m×7 m，发电取水孔坝段布置于右岸，共设三孔，厂房布置于大坝右岸，为坝后式地面厂房。

大坝边坡开挖工程包括左右岸水面以上土石方开挖及支护、锚索、截排水设施等。

1.2 工程地质条件

坝址河段地处构造侵蚀中山陡坡地貌区，为斜向谷，谷底为侵蚀堆积成因的河流低漫滩。坝址河道呈向西突的弧形展布，总体由北向南流，高程1 151～1 149 m，谷底宽40～55 m，从上游向下游逐渐变宽，河流纵比降1‰～2‰，河谷呈基本对称“V”型谷；漫滩宽1～20 m不等，枯期高出河水面0.1～1.0 m。两岸高程1 360～1 380 m，相对高差230 m，地形坡度35°～45°,右岸局部发育陡崖(高20～30 m)；受挤压破碎带及岩体完整性影响，两岸侵蚀沟发育，坡面地形完整性差。

枢纽区内出露第三系上新统芒棒组中段地层，左岸表层大部分被第四系松散层覆盖，右岸基岩露头相对较好。两岸堆积层厚3～15 m，河床砂卵砾石、漂石层厚8～15 m。基岩为右岸基岩露头二层(N2m2-2)灰、深灰、灰黄色岩屑、晶屑凝灰岩、玄武岩夹石英岩及凝灰质板岩。

坝址枢纽区位于区域隐伏断裂—龙江断裂西侧，龙江断裂于左坝肩约1.3 km处通过，控制着枢纽区地质构造。枢纽区岩层整体倾向SW(即倾向右岸)，倾角25°～50°，其中以30°～40°占主导，整体呈一单斜构造，局部因岩相变化、岩性差异及受断层影响，产状有差异或发育规模不大的小褶曲导致产状稍显凌乱。坝址区无较大规模断层通过，但受区域构造的影响，区内NW向中小规模的断层或挤压破碎带较为发育，组成物质以糜棱岩、角砾岩及碎裂岩为主，胶结较差、强度低，属区内Ⅲ级结构面，Ⅳ、Ⅴ级结构面主要为岩石流面、卸荷裂隙及构造裂隙。

据地质测绘及勘探平硐节理裂隙统计，坝址区节理裂隙主要特征为：①左岸优势结构面为倾向SW和NE、走向NW，结构面以流面和反向剪切裂隙为主，倾角以40°～70°陡倾为主，裂隙延展性差、发育密度高；②右岸岩体节理裂隙产状较乱，除NE倾向的裂隙发育相对较弱外，其余各向均有发育，其中以NW向结构面发育相对密集，结构面以流面为主，倾角以40°～70°陡倾角为主；裂隙延展性差。

坝址区岩石风化强，岩体完整性差，加之河流侵蚀切割强烈，岩体卸荷变形显著，与此相伴而生的卸荷崩塌、侵蚀及滑坡等不良物理地质现象较发育。对工程影响较大的主要为侵蚀冲沟；坝址岩石强风化平均埋深14.0～28.6 m，最深56.3 m，左岸岩石风化相对较强、强风化垂直埋深较大，河床基岩为弱风化岩体。

坝址枢纽区含(透)水层主要为第四系松散堆积层、强风化岩体及弱风化上带岩体。岩(土)体根据勘探钻孔压(注)水试验获得透水率，岩(土)体透水率q平均值在8.05～76.0 Lu之间，属弱～中等透水岩(土)体。其中，Q松散堆积物、强风化岩体以及部分弱风化带中的挤压破碎带岩体的透水率q均大于10.0 Lu，为含水透水岩体；弱风化岩体的透水率q一般小于5.0 Lu，为相对隔水岩体。坝址左岸水力比降0.16～0.3，右岸水力比降0.11～0.25。

2 施工临时设施布置

2.1 大坝左岸

大坝左岸各种临时设施、道路等方案在实施过程中进行了较大幅度调整。

2.1.1 左岸施工交通

左岸施工通道布置分五部分：第一部分从导流洞出口下游跨江大桥头开始，通过导流洞出口(导流洞出口明渠增加明拱)，布置一条坡度约11.5%上坝公路至坝顶1 203.7 m平台；第二部分从消力池边坡EL 1 160 m公路开始向下游至导流洞出口上方山脊EL 1 188 m回头，设置一条坡度25%的便道，与上坝公路相连；第三部分利用场内原EL 1 160 m公路，在开挖区下部EL 1 160 m设置临时积渣场；第四部分根据开挖进度，从消力池边坡下游EL 1 160 m公路布置一条坡度约16%便道至开挖区EL 1 185 m用作开挖出渣；第五部分为开口线上方坡顶EL 1 325 m临时道路。

2.1.2 左岸施工场地

根据现场条件，左岸边坡上部施工区域不宜设置其它道路，但边坡开口线上方坡顶约80 m处有一条乡村公路通过，且公路下方有一块较平缓坡地。经与建设单位协商，从该公路布置一段临时施工道路至平缓地段，对其进行开挖整平，边缘部位用钢筋石笼加固护脚，形成一块长30 m、宽20 m的场地。在此基础上布置施工水池、砂石骨料仓、水泥库房和混凝土临时拌和站以及混凝土喷机、钢筋、套管等其他材料转运堆积场。

2.1.3 左岸施工临时设施

考虑到空压机等供风机械对于电源电压的要求和开挖区爆破的影响，供电、供风设施及钢筋加工厂统一布置于左岸导流洞出口右侧，距离开挖区约200 m。供风、供电管(线)路经左岸上坝公路下边坡→上坝公路→左岸边坡下游冲沟→开挖区边缘；供水管路直接用200 m扬程潜水泵从导流洞出口明渠抽水至左岸EL 1 325 m平台水池，用作混凝土拌制和施工用水。

2.2 大坝右岸

大坝右岸因征地导致开工滞后三个月，为抢回滞后的工期，也需要对原方案中的施工交通、临时设施等进行较大调整。

2.2.1 右岸施工交通

首先利用穿过边坡第一个平台EL 1 274 m的乡村道路作为出渣通道，并启动跨江大桥至右岸2号渣场临时道路、右岸上坝公路、跨江大桥至右岸厂房公路施工；其次把招投标阶段方案中布置于开挖区上游的临时道路布置于下游，从EL 1 258 m进入开挖区。根据开挖进度，当EL 1 258 m道路不再具备通行条件时，应及时断开，根据相关要求直接用挖掘机开挖石渣填平下游冲沟。在后续施工中，分别从EL 1 248 m、EL 1 233 m、EL 1 218 m、EL 1 203.7 m、EL 1 189 m、EL 1 174 m、EL 1 163.3 m各平台向下游修筑临时道路，与上坝公路和进厂房永久道路连通。随着边坡开挖过程中不断提前修筑道路，不仅要满足现场土石方开挖出渣运输需要，还要保证有一定的前瞻性，不能因通道影响开挖运输。此时整个大坝右岸边坡开挖所有通道全部根据施工进度提前具备通行条件，在开挖施工期间和开挖完成后依其功能适当保留和挖除。

2.2.2 右岸施工场地和临时设施

右岸边坡开挖支护投标方案是把变压器、空压机布置于业主供电终端杆附近，右岸上坝公路下方，距离开挖区约150 m。前文提到，这一部位尚未进行场内道路施工，变压器、空压机等设备无法运输至此，后续上坝公路施工还会与这些临时设施有较大干扰。项目部结合设计图纸，决定充分利用开挖边坡上部(位于边坡顶第一个平台上的乡道)，积极与业主、设计、监理沟通，调整边坡开口线，坡顶开挖向外扩张6 m，把坡顶段乡村道路从6 m扩挖成12 m宽的平台(后期成为水电站观景平台)，变压器、空压机、砂石骨料、钢筋水泥、锚索加工等设备设施全部设置于道路外侧，预留安全距离，做好安全防护。启动边坡开挖的同时启动临时设施建设，原方案一个月才能做好的临时设施，花5 d就完成了，做到支护紧跟边坡开挖，且后续上坝公路施工与已做好的临时设施没有任何干扰，确保后续赶工顺利实施。施工用水从边坡下游冲沟直接引接山泉。

3 施工程序

3.1 左岸施工程序

因大坝左、右岸边坡地形地质条件不同，支护参数不同。左岸开挖工程量相对较小，但支护工作量大是关键，所以，对其边坡采取自上而下、随挖随护的施工程序。坝顶平台以上基本为土方边坡开挖支护，其工序如下：施工准备→原始地形测量→开口线测量放样→砍树及清理表层植被、坡面松散体→边坡截水沟开挖衬砌→开挖线与截水沟间坡面清理及挂网喷混凝土支护→排水孔施工→第一层平台上边坡开挖及修整→挂网及喷混凝土初支护→锚筋桩施工(锚索施工)→平台及边坡混凝土板浇筑(同时启动第二层平台部分边坡开挖)→验收。局部石方开挖利用手风钻孔，松动爆破配合光面爆破的方式开挖。

地形测量采用南方GPS配合徕卡TCR402全站仪进行测量，用南方CASS软件成图；边坡开挖分层高度3 m，边开挖边用全站仪检查，确保开挖质量。开挖土方先直接用反铲挖掘机抛掷至下方预先设置好的积渣平台，用装载机或者反铲挖掘机装车，级配良好的土石渣用自卸汽车运至导流洞出口填筑上坝公路，黏土和其他不适宜填筑路基的土方运至左岸1号渣场。开挖完成3 m后立即挂钢筋网进行喷混凝土支护封闭后，进行排水孔施工，然后启动第二层开挖及网喷混凝土支护，当第一个平台以上开挖及网喷混凝土完成后，开始施工锚筋桩(锚索)。锚筋桩工序如下：搭设脚手架→钻孔→下套管→验孔→下锚筋桩→封孔→灌浆→检查→验收；锚索工序如下：搭设脚手架→钻孔→下套管→自由段灌浆护壁→锚固段灌浆护壁→验孔→锚索制作及安装→安装锚拉板及锚墩钢筋、埋件→锚垫板及锚墩混凝土浇筑→锚固段灌浆→张拉锚索→封锚→检查→验收，张拉时以张拉力作为主控项目，伸长值作为校核。锚筋桩(锚索)施工完成后开始贴坡混凝土浇筑，在坡顶平台拌制混凝土，用溜筒入仓。同时在进行变形监测，确保安全的前提下启动下一阶段平台开挖及初期支护。

坝顶平台以下石方开挖因成孔困难，造预裂孔爆破效果不理想，大部分采用液压潜孔钻造孔，预留保护层松动爆破，手风钻修整规格处理欠挖，局部用挖掘机修坡的方式开挖。

3.2 右岸施工程序

右岸边坡的特点是：跨江大桥不通车，开工滞后三个月；上坝及厂房公路、临时设施不能提前施工；整体开挖量是左岸三倍多且石方开挖量的90%；爆破作业多等。因土石方开挖是关键线路，且支护工作应紧跟开挖面，因此对其边坡采取自上而下、开挖台阶超前，预留保护层作为支护工作面的方式施工。

首先启动EL 1 274 m乡村公路以上开挖，同时开始右岸临时设施、上坝公路、拌和楼临时道路等施工。大坝右岸边坡地质条件较好，且坝顶平台以上每个平台间高差均为15 m，开挖分层高度土方为3～4 m，工序如下：施工准备→原始地形测量→坡面植被及覆盖层清理→测量放样→分层开挖→边坡修整→分层网喷混凝土→锚杆及排水孔→检查验收→下一层开挖支护。石方分层开挖支护高度为5 m，预裂孔造孔深度为16.8 m(两个平台间坡长)，主爆孔造孔深度10～15 m，工序如下：测量放线→预裂孔钻孔→预裂爆破→主爆孔钻孔→爆破→分层出渣→边坡修整→网喷混凝土→锚杆及排水孔→检查验收→下一层出渣。开挖预裂爆破参数见表1。

表1 预裂爆破参数

预裂爆破采用Ф25或者Ф18卷状乳化炸药，人工装药，装药结构为空气间隔不耦合形式，起爆网络采用非电导爆系统、导爆索传爆、磁电雷管起爆方式。

第二个平台以上开挖及临时支护完成后，启动预应力锚索施工，工序与左岸基本相同。

4 存在问题

4.1 左 岸

(1)临时设施如变压器、供风站等布置前考虑不充分，位置有一定冲突，供风、供水管路布置长，安全隐患大，对工期有一定影响。

(2)上坝公路进入坝顶部位与设计边坡冲突，未提前进行调整，影响工期且施工期存在较大安全隐患。

(3)左岸实际揭露的地质条件比招标期间提供的资料显示更差，锚索、锚筋桩、排水孔、锚杆及爆破孔造孔和施工难度增加，质量难以控制，施工成本大幅度增加。

(4)消力池边坡部分布置于坡积层和堆积层上，且存在上陡下缓的凸坡，部分边坡坡度与岩层倾角夹角很小或接近平行，极不利于边坡稳定。

4.2 右 岸

(1)合同谈判期间未对右岸开工、跨江大桥通车时间，右岸乡村道路是否满足雨季施工运输强度等进行评估，开工后直接进入主汛期，开工后跨江大桥迟迟不通车，乡村道路在使用过程中损毁严重，对工期有较大影响。

(2)未全面系统对右岸临时和永久道路、场地及其他临时设施进行规划布置，对后续工程影响较大。

(3)右岸开挖工程量与渣场规划容量不匹配，跨江大桥通车滞后，未及时调整，因此部分弃渣造成后续围堰施工困难。

(4)坝顶EL 1 203.7 m至EL 1 166 m平台在大坝坝基范围内一次开挖高度近38 m，坡长达43 m，受造孔设备尺寸限制，采用分段预裂造孔开挖，局部超挖较大，对后期大坝混凝土浇筑成本影响较大。

5 结 语

本文着重探讨了中型水电工程大坝边坡施工临时设施布置与主体施工的相互关系。要做好前期规划，提前长远考虑，深入现场，结合实际情况和工期进行调整，尽量做到临时设施一次到位，不重复布设，不与主体施工发生相互影响和矛盾，确保工程实施过程中质量、安全、进度、成本等工作不受临时设施的影响或使影响降至最小。