浅谈抽水蓄能电站库盆高边坡开挖支护技术

赵 强，袁 祥，龙小刚，郑成成

(陕西镇安抽水蓄能有限公司，西安 710003)

抽水蓄能电站是为了解决电网高峰、低估之间供需矛盾而建设的，是间接储存电能的一种方式，在电网中削峰填谷、调频调相，是电力系统中最可靠、最经济、寿命周期长的储能装置，是新能源发展重要组成部分。一般由上水库、下水库、引水系统、尾水系统、地下厂房系统、地面控制系统等组成，在电网负荷低谷时做水泵运行，利用下水库抽水至上水库，将电能储存起来，在电网负荷高峰时做水轮机运行，利用上水库抽水至下水库发电，将电能释放出来。上水库库盆作为抽水蓄能电站的重要组成部分，能否按期蓄水验收，直接影响电站投产发电，近年来国内多家抽水蓄能电站上水库库盆因雨季、冬季、上下库连接道路、施工组织等问题影响，都已成为电站建设关键线路。库盆建设过程中，库盆高边坡开挖与支护安全、质量直接影响着后续水工建筑物(库盆、大坝等)的施工进度，与常规水电站边坡开挖不同，抽水蓄能电站库盆及大坝部置紧促，库周边坡开挖经常与大大坝填筑同时施工，边坡开挖的质量、强度，支护工艺，边坡变形直接制约库盆主体结构工程施工，影响电站蓄水验收投产发电[1]。

1 库盆土石方平衡与边坡开挖选择

抽水蓄能电站与常规水电站不同，纯抽水蓄能电站水库库容小，水位日变幅大(每日一般10-40m)，建筑物布置紧密，特别是上水库库工程，由库盆+大坝+进出水口等建筑物构成。上库盆填坝料源常常因空间与时间不匹配，与设计原规划发生偏差，一旦打破原有平衡将影响施工。开挖总量不变，原始测量地形与原设计发生变化，如边坡高度不变，环库路以上边坡开挖量增加，环库路以西边坡开挖量减少，将导致边坡变陡，施工道路布置难度增加，导致库岸边坡开挖效率降低；边坡高度不变，环库路以上边坡开挖量减少，环库路边坡以下边坡开挖量增加，将导致边坡变缓，环库路以上边坡强风化料增加，前期开挖无用料增加，料源临时转存或弃料费用增加；若前期地质勘探深度不足，骨料强度、碾压试验与设计技术要求发生差异，将导致当地材料坝的体型、分区被动调整[2]。电站一旦开工建设将很难再次调整料源，故上库盆开挖前，需要施工单位仔细研究并分析设计意图，复核地形地貌，依据设计文件编制料源开采规划，结合地质勘探资料对料源储量及物理性质进行复核，从空间、时间两个维度提交料源复核报告。同时根据开采规划、料源复核报告编制施工组织、施工方案，分区分段组织库盆开挖，充分考虑雨季影响，合理配置资源设备，优先开挖过渡料、主堆石料、混凝土骨料等料源边坡。对于百米级库岸陡峭山坡，尽可能早日启动边坡开挖，秦岭腹地某抽水蓄能电站三区边坡，环库路高程EL.1396，坡顶高程EL.1490，环库路以上边坡高差94m，五级边坡，一至四级边坡坡比1∶0.3，第五级边坡坡比1∶0.5，其中三级及以上边坡开挖，施工便道因空间限制，无法布置轮式设备通行便道，EL.1436以上边坡开挖支护材料均通过履带式设备(如挖掘机、推土机等)运输。三区边坡主要为大坝前期填筑料排水料、过度料开采区，边坡开挖进度直接影响大坝填筑，在安全可控的前提下快速降坡，将提高大坝填筑效率。

2 高边坡开挖与支护方式的选择

通常水利水电工程库岸边坡每20m一级，岩质边坡一般为1∶0.25-1∶0.75，岩石比较完整无裂隙发育，通常采用系统锚杆+钢筋网片+喷射混凝土方式支护；岩石不完整裂隙发育，需加强支护，提升支护等级，通常需要加强支护如增加锚筋桩或锚索，采用锚索(或锚筋桩)+粗钢筋网+混凝土板的支护方式。土质边坡一般在1∶1-1∶1.75，为确保边坡稳定，在征地范围内最大限度放缓边坡。通常土质边坡在1∶1-1∶1.5时，需增加工程措施锚喷支护或框格梁支护，缓于1∶1.75时为稳定自然坡比，不需增加工程措施。对于高陡峭边坡，因轮式设备无法到达开挖支护作业面，所有开挖、支护材料均需履带式设备进行材料倒运，如遇降雪、降雨天气，边坡开挖支护施工难度大，安全风险高，为确保施工期间开挖支护人员、设备安全，边坡开挖时开挖一级支护一级，待上层边坡支护完成后再进行下一级边坡开挖。

对于高陡多级边坡，开挖前应完成开口线外边坡清理与防护，并对清表后的边坡地形、地质情况进行二次复核，根据复核情况编制施工方案，选择支护设备，布置施工便道。对于高陡边坡因空间地形限制无法布置轮式设备时，边坡支护开挖一般采用短坡降支护法(见图1)、脚手架支护法(见图2)、履带支护台车法(见图3)进行边坡开挖。短坡降法指20m高的一级边坡，一次预裂20m深，两次主爆每次10m深，分6-8次完成开挖出渣，按每2-3m作为开挖一个循环，不需要支护平台设备，完成开挖、出渣、清坡、验收等降坡施工；脚手架支护法指20m高的一级边坡，一次预裂20m深，两次主爆每次10m深，分两次出渣，然后搭设20m高脚手脚作为施工作业平台，对20m边坡进行整体支护；履带支护台车法指20m高的一级边坡，一次预裂20m深，分两次主爆，每次主爆10m深，利用履带式支护台车分两次对边坡进行喷锚支护。

图1 段坡降支护法

图2 脚手架支护法

3 高边坡3种支护方式工艺特点

短坡降支护法：优点是开挖一层支护一层，每层开挖支护控制在2-3m以内，不用搭设脚手架、不适用支护台车，直接对边坡进行锚杆钻孔、锚杆注浆、绑扎钢筋、喷射混凝土，边坡开挖支护一个循环周期短；缺点是不适用大面积支护，每20级一级边坡开挖支护工序需重复六至七次倒运施工材料，开挖、测量、验收、支护工序需要频繁转换，容易造成边坡超欠挖。脚手架支护法：优点是20m一级边坡，一次预裂钻爆，整体出渣，搭设脚手架施工平台多个点同时对边坡进行坡喷锚支护；缺点是一次预裂钻爆，20m高脚手架搭设材料转运任务重风险高，作业工人脚手架搭设水平层次不齐，搭设拆除作业安全风险高。履带支护台车法：优点是20m一级边坡，钻爆支护工序转换少，出渣与支护可以同步进行，履带式设备可兼做材料倒运设备；缺点是对于施工便道相对要求高，履带支护台车平台仅供一个钻机施工，要提高支护速度得增加履带式台车，施工承包商成本增加。

3种支护法示意图见图1-图3。

图3 履带支护台车法

经某电站现场统计轮式设备无法到达工作面的高边坡，20m一级的边坡支护，不考虑降雨影响，短坡降支护法，平均施工时长为24-28d，脚手架支护法平均施工时长2个月，履带式支护台车法平均施工时长1个月。对于工期不紧，岩石完整，不影响大坝填筑的高边坡，可考虑脚手架平台法进行开挖支护，对于高陡峭边坡，岩石较破碎，上下存在交叉干扰的边坡，可考虑结合机械开挖，采用短坡降法进行边坡开挖支护；对于岩石较完整，可满足布置履带式支护设备行走的边坡，优先考虑履带式支护台车法。

4 结 语

对于利用库盆边坡开挖料作为大坝填筑料的的抽水蓄能电站，电站建设工程中，库岸边坡开挖进度往往制约大坝填筑进度，合理的选择开挖支护方式尤为重要，边坡开挖前需完成对边坡的地形、地质与设计单位提供的设计文件进行对比复核，并将复核报提交监理单位、设计单位，如需调整料源，尽早报建设单位决断。结合施工现场地貌确定开挖支护方式，对于高陡峭边坡开挖前应考虑相邻区域爆破干扰，合理布置施工便道，对于使用期超过半年以上便道，为减少降雨影响，应对便道进行硬化，便道投入前做好便道的安全防护及排水措施。设计单位在库岸边坡开挖施工详图设计阶段，还应充分考虑边坡侧面边坡的支护形式，施工通道布置。对于地质条件差、支护形式复杂(如锚锁+贴坡混凝土的支护形式)的库岸边坡，如有条件，避开重要建筑物布置，以免影响后续施工。过渡料、主堆石料源边坡开挖应尽早启动，避免成为关键线路，影响库盆蓄水。总之在边坡开挖时，施工单位要结合地形地貌，对比不同开挖支护工艺手段应用特点，选择合适的支护方法，优化施工流程，减少人员作业工序，提高机械化使用率，快速有序降坡。