張 華

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

常規(guī)的土方邊坡開(kāi)挖出渣的方法是通過(guò)在邊坡上設(shè)置運(yùn)渣車輛通行的道路，渣車通過(guò)道路將開(kāi)挖工作面的渣土運(yùn)至棄渣場(chǎng)。對(duì)于高陡邊坡而言，道路的寬度通常受地形條件的限制，并且回頭彎多，對(duì)于裝滿渣料的車輛來(lái)說(shuō)下坡安全風(fēng)險(xiǎn)突出，且經(jīng)濟(jì)性較差。因此，如何安全、高效地進(jìn)行高陡邊坡的土方開(kāi)挖，是目前國(guó)內(nèi)大型土方邊坡開(kāi)挖面臨的難題。

筆者介紹的楊房溝水電站崩坡積體利用上游沖溝溜渣和下部集渣平臺(tái)出渣施工方法，為大型土方邊坡開(kāi)挖提供了一種安全性更高的施工方法，同時(shí)也總結(jié)了該施工方法施工中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，為其他類似工程施工提供一定的參考價(jià)值。

2 楊房溝水電站崩坡積體介紹

楊房溝水電站崩坡積體位于壩址上游雅礱江右岸，距壩址約0.5 km。崩坡積體分布在高程2 465～2 050 m之間，2 050 m高程以下為臨江陡壁。崩坡積體沿江近南北展布，東西長(zhǎng)約560 m，南北寬約330 m。崩坡積體地形前陡后緩，但變化不大，2 320 m高程以下總體坡度約39°，2 320 m高程以上總體坡度在28.5°。崩坡積體整體上呈倒置“茶杯”形分布，上小下大。崩坡積體物質(zhì)組成復(fù)雜，總體上分為兩大層：中上部為混合土碎石層，泥質(zhì)弱膠結(jié)；底部為碎石土層，呈中等密實(shí)狀。崩坡積體平均厚度約19.6 m，分布面積約15.8萬(wàn)m2，總體積約309.85萬(wàn)m3。崩坡積體未開(kāi)挖前雖處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，但其坡面及基巖面陡，底部有軟弱層分布，結(jié)構(gòu)對(duì)穩(wěn)定性不利，地下水活躍，故崩坡積體屬于潛在穩(wěn)定性不良邊坡[1]。

2.1 地質(zhì)條件

崩坡積體下伏基巖均為三疊系上統(tǒng)雜谷腦組(T3z)灰色變質(zhì)鈣質(zhì)石英砂巖、砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖等。中、前部巖層產(chǎn)狀：N10～70°E NW∠15～30°，為斜逆向坡，后部巖層產(chǎn)狀：N50～70°W NE∠15～30°，為斜順向坡。坡腳三巖龍斷層下盤分布三疊系上統(tǒng)新都橋組(T3Xd)變質(zhì)粉砂巖。第四系覆蓋層分布高程1 995～2 465 m，其中高程2 050 m以下邊坡揭露的巖土層為鈣華和角礫巖，高程2 050～2 465 m第四系松散堆積物主要為崩坡積體，分布于斜坡上。

崩坡積體主要由塊石、碎石、角礫、巖屑及粉土組成，原巖均為灰色變質(zhì)鈣質(zhì)石英砂巖，偶夾黑云石英片巖、板巖等。崩坡積體主要巖土層有混合土碎石層和碎石土層等。崩坡積體中的混合土碎石層相對(duì)較厚，平均厚約17.9 m，碎石土層相對(duì)較薄，平均厚約1～2 m，最厚6 m，該層分布于混合土碎石層和基巖之間，局部基巖面較陡的區(qū)域無(wú)該碎石土層分布。

2.2 處理方案

自崩坡積體頂部2 065 m開(kāi)挖到2 045 m高程，其中高程2 465～2 150 m邊坡開(kāi)挖每15 m留一級(jí)馬道，馬道寬2 m，邊坡開(kāi)挖坡比1∶1～1∶1.5，高程2 150～2 045 m邊坡開(kāi)挖每15～20 m留一級(jí)馬道，馬道寬2 m，邊坡開(kāi)挖坡比1∶1.5。

3 主要施工方法

3.1 整體施工方法的確定

崩坡積體開(kāi)挖高度超過(guò)400 m，如采用常規(guī)的由下自上設(shè)置出渣道路出渣，出渣道路將會(huì)超過(guò)5 km，且回頭彎極多，渣車出渣下坡安全風(fēng)險(xiǎn)較大，在每年的汛期尤為突出。

崩坡積體處理范圍的上游邊線高程2 375 m處，存在一條天然的大型沖溝，溝底部存在較寬平臺(tái)，如利用沖溝溜渣、下部裝車出渣的方式，將極大緩解重車下坡的安全問(wèn)題?；谑┕ぐ踩目紤]，整體開(kāi)挖出渣方法：(1)高程2 375～2 135 m工作面采用反鏟挖裝自卸汽車水平運(yùn)輸至上游沖溝溜渣，推土機(jī)輔助推卸渣土至下部集渣平臺(tái)，下部集渣平臺(tái)反鏟挖裝自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)。(2)高程2 460～2 375 m由于開(kāi)挖厚度較薄，且離上游沖溝較遠(yuǎn)，仍設(shè)置出渣道路工作面挖裝運(yùn)至上游沖溝溜渣。(3)高程2 135～2 050 m的開(kāi)挖出渣設(shè)置出渣道路工作面挖裝運(yùn)至棄渣場(chǎng)。

3.2 集渣平臺(tái)的設(shè)置

集渣平臺(tái)位于出渣道路上游側(cè)起點(diǎn)高程2 070 m處，其上方有一天然大型沖溝，崩坡積體高程2 135 m以上的邊坡開(kāi)挖土料利用沖溝溜渣至集渣平臺(tái)后，反鏟挖裝25 t自卸汽車運(yùn)至棄渣場(chǎng)。

集渣平臺(tái)長(zhǎng)50 m，寬20 m，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，在平臺(tái)靠江側(cè)布置4層單個(gè)尺寸1 m×1 m×2 m的鋼筋石籠作為擋渣墻，防止溜渣下江。

3.3 出渣道路的設(shè)置

出渣道路從右岸低線繞壩交通洞上游洞口10 m左右處起點(diǎn)，沿崩坡積體下游側(cè)高程2 031 m到上游側(cè)高程2 070 m展線，同時(shí)在集渣平臺(tái)上游開(kāi)口處接上游移民驛道，作為工程施工期右岸居民的出行通道。

出渣道路全長(zhǎng)549.65 m，寬8.0 m，主要利用反鏟+破碎錘進(jìn)行改造施工。土方邊坡利用反鏟開(kāi)挖，石方邊坡利用破碎錘鑿巖開(kāi)挖或松動(dòng)爆破，起坡路段約80 m需進(jìn)行石渣回填。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形在適當(dāng)位置將道路進(jìn)一步加寬設(shè)置為故障車輛備用車道，長(zhǎng)度約為20 m。道路回填路段靠江側(cè)布置橫向1 m×1 m×2 m鋼筋石籠，其他路段靠江側(cè)采用100 m×80 m×80 cm梯形土堤進(jìn)行防護(hù)。

3.4 機(jī)械、材料、人員通道的設(shè)置

從出渣道路上游側(cè)起點(diǎn)沿崩坡積體邊坡修建8 m寬施工道路爬坡至頂部2 465 m高程，該道路僅作為機(jī)械設(shè)備通行及材料運(yùn)輸，道路總長(zhǎng)度約4.2 km，坡度為12%～15%。在道路靠江側(cè)設(shè)置一排高1 m、厚1 m的防護(hù)土坎[2]。

為預(yù)防施工過(guò)程中崩坡積體發(fā)生變形及滑塌造成人員傷亡，在出渣道路下游側(cè)適當(dāng)位置設(shè)置人員交通爬梯及便道至崩坡積體頂部2 465 m高程，爬梯用A48 mm架管搭接而成，便道采用人工開(kāi)挖，用A48 mm架管搭成護(hù)欄。出渣道路、集渣平臺(tái)與機(jī)械、材料、人員通道見(jiàn)圖1。

3.5 高程2 135 m以上開(kāi)挖出渣

施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→場(chǎng)地(植被)清理→反鏟挖裝，自卸汽車倒渣至集渣平臺(tái)(推土機(jī)推渣至集渣平臺(tái))→反鏟挖裝，自卸汽車出渣→人工配合反鏟修坡成型→邊坡支護(hù)處理。

由于上游側(cè)沖溝頂部高程在2 375 m，從崩坡積體頂部高程2 465 m處沿邊坡修建一條10%縱坡、8 m寬的“之”字型施工道路至上游沖溝處。

圖1 出渣道路、集渣平臺(tái)與機(jī)械、材料、人員通道示意圖

測(cè)量人員采用全站儀精確測(cè)量放線，并打樁作好記號(hào)，核實(shí)開(kāi)挖斷面。植被清理、表土清挖和邊坡清理，由人工配合反鏟進(jìn)行，反鏟挖裝25 t自卸汽車倒渣至集渣平臺(tái)，集渣平臺(tái)處反鏟挖裝25 t自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)。

開(kāi)挖自上而下，分層高度5 m，從上游往下游方向推進(jìn)，高程2 465 ～2 375 m的開(kāi)挖土方采用反鏟挖裝25 t自卸汽車通過(guò)“之”字型施工道路。高程2 375 ～2 135 m的開(kāi)挖土方直接利用反鏟挖裝25 t自卸汽車運(yùn)往上游側(cè)天然沖溝堆積，利用推土機(jī)配合整平、卸渣至集渣平臺(tái)，集渣平臺(tái)處反鏟挖裝25 t自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)。開(kāi)挖過(guò)程中邊坡支護(hù)隨后跟進(jìn)，沖溝堆渣隨邊坡開(kāi)挖高度同步卸載下降?？拷吰麻_(kāi)挖結(jié)構(gòu)線1 m范圍時(shí)，先削坡后挖裝，每下降4～5 m高度[3]，利用坡度尺及時(shí)檢查邊坡坡度，并對(duì)異形坡面進(jìn)行加密檢測(cè)。

3.6 高程2 135 m以下開(kāi)挖出渣

施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→場(chǎng)地(植被)清理→反鏟挖裝，自卸汽車出渣→人工配合反鏟修坡成型→邊坡支護(hù)處理。

高程2 135～2 070 m的出渣通道，結(jié)合機(jī)械、材料道路，從原出渣道路上游側(cè)起點(diǎn)高程2 070 m處沿堆渣體及原有邊坡進(jìn)行展線至高程2 135 m，道路寬8 m，縱坡坡度不大于12%。道路邊坡利用反鏟修坡至穩(wěn)定坡比，并在道路靠江側(cè)設(shè)置一排高1 m、厚1 m的防護(hù)土坎。高程2 070 m以下的出渣通道，采取降低原出渣道路坡度的方式形成。

高程2 135～2 070 m的開(kāi)挖自上而下，分層高度5 m，從上游往下游方向推進(jìn)，邊坡土方及沖溝的堆渣采用反鏟挖裝25 t自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)。

高程2 070 m以下的開(kāi)挖自上而下，分層高度2 m，從上游往下游方向推進(jìn)，開(kāi)挖土方采用反鏟挖裝25 t自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)?？拷瓊?cè)預(yù)留寬1.5 m、高1.5 m的土坎，待下一層開(kāi)挖時(shí)，用反鏟將上一層土坎翻至開(kāi)挖區(qū)域內(nèi)側(cè)后進(jìn)行裝車運(yùn)輸，并同時(shí)形成下一層土坎，以避免該區(qū)域機(jī)械開(kāi)挖時(shí)石渣掉入江中。

4 開(kāi)挖遇到的特殊情況及處理

4.1 汛期強(qiáng)降雨導(dǎo)致邊坡發(fā)生蠕變

楊房溝水電站工程區(qū)內(nèi)主汛期為每年的5～9月，2017年6月開(kāi)挖至高程2 435 m時(shí)，由于連續(xù)的強(qiáng)降雨導(dǎo)致高程2 420 ～2 335 m邊坡發(fā)生蠕變。一旦失穩(wěn)，將嚴(yán)重威脅崩坡積體施工作業(yè)人員及設(shè)備安全，且可能堵塞導(dǎo)流隧洞，產(chǎn)生次生災(zāi)害。

處理方法：邊坡蠕變發(fā)生后，應(yīng)緊急停止工作面的開(kāi)挖支護(hù)施工，撤離施工人員和設(shè)備至安全區(qū)域，布置8個(gè)表面變形測(cè)點(diǎn)觀測(cè)變形發(fā)展情況，同時(shí)利用彩條布覆蓋裂縫以防止雨水持續(xù)下滲。隨后對(duì)蠕變體進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析，設(shè)置了應(yīng)急撤離地點(diǎn)和路線，確定預(yù)警分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)急處置程序與措施[4]，后續(xù)施工嚴(yán)格按照預(yù)警分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的處置措施進(jìn)行。通過(guò)上述措施的實(shí)施，確保了蠕變體開(kāi)挖過(guò)程中的施工安全。

4.2 溜渣砸壞擋渣墻及渣料下江

受土質(zhì)基礎(chǔ)和平臺(tái)寬度限制，集渣平臺(tái)外側(cè)的擋渣墻為4層高的鋼筋石籠。崩坡積體主要為混合土碎石層和碎石土層，不僅夾雜大量粒徑為3～20 cm的角礫、碎石，且在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中，存在體積達(dá)2～3 m3的孤石。即使利用破碎錘破碎或炸藥解爆后，石塊粒徑仍可達(dá)到30～50 cm，而沖溝溜渣高度最高可超過(guò)300 m，石塊滾至集渣平臺(tái)時(shí)的沖擊力很大，導(dǎo)致鋼筋石籠擋渣墻被砸壞，部分溜渣滾落入江。

利用枯期對(duì)下江石渣進(jìn)行處理，從集渣平臺(tái)上游側(cè)反鏟修路下至江邊，4臺(tái)反鏟集中作業(yè)從右岸采取翻渣的方式將渣料挖至對(duì)岸上游備料場(chǎng)，在上游備料場(chǎng)修建臨時(shí)道路反鏟挖裝25 t自卸汽車出渣至棄渣場(chǎng)。

4.3 堆渣體底部出渣作業(yè)時(shí)形成倒懸

崩坡積體主要為混合土碎石層和碎石土層，混合土碎石層是崩坡積體組成物質(zhì)的主要土層，開(kāi)挖溜渣過(guò)程中，土料與角礫、碎石充分混合，形成自穩(wěn)性好的堆渣體，在堆渣體底部進(jìn)行出渣挖裝作業(yè)時(shí)，易形成倒懸現(xiàn)象，直接威脅出渣設(shè)備和人員的安全。

在堆渣體底部出渣作業(yè)形成倒懸時(shí)，從機(jī)械、材料通道的回頭彎部位利用反鏟修建便道至倒懸部位頂部進(jìn)行翻渣處理，處理完成后繼續(xù)出渣，形成倒懸后重復(fù)前述步驟。

5 邊坡穩(wěn)定反饋分析

(1)表面變形臨時(shí)測(cè)點(diǎn)中累計(jì)位移量較大測(cè)點(diǎn)均位于蠕變區(qū)，位移主要發(fā)生在2017年7～11月之間，臨空向累計(jì)位移量在1 189.9～1 775.1 mm(向河床變形)之間，順河向累計(jì)位移量在546.5～973.1 mm(向上游變形)之間，垂直向累計(jì)位移量在744.1～1 705 mm(下沉)之間，之后大部分測(cè)點(diǎn)測(cè)值變化較平緩，無(wú)明顯趨勢(shì)性或異常。蠕變區(qū)外的表面變形臨時(shí)測(cè)點(diǎn)，大部分測(cè)點(diǎn)最大測(cè)值在20 mm以內(nèi)。

(2)表面永久變形測(cè)點(diǎn)臨空向最大累計(jì)位移量為45.4 mm，順河向最大累計(jì)位移量為14.7 mm，垂直向最大累計(jì)位移量為29.4 mm，目前測(cè)點(diǎn)測(cè)值變化較平緩，總體無(wú)明顯異常。

(3)僅位于高程2 450 m的測(cè)斜孔在監(jiān)測(cè)初期(2017年10月～2018年3月)順坡向位移出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，目前順坡向最大位移量為268.7 mm(孔口)，順河向最大位移量為-142.7 mm(孔口)，其他測(cè)孔各深度順坡向、順河向位移量均不超過(guò)42 mm。近期各測(cè)孔深度位移變化已趨于平緩或總體較平穩(wěn)，未見(jiàn)明顯異常。

(4)各監(jiān)測(cè)錨索荷載變化總體較平穩(wěn)，無(wú)明顯異?；蜈厔?shì)性變化，荷載損失率在-1.98%～6.57%之間，損失不大，各監(jiān)測(cè)錨索荷載總體較穩(wěn)定、無(wú)異常。

(5)根據(jù)邊坡開(kāi)挖支護(hù)后的表面變形、深部變形和支護(hù)錨索荷載監(jiān)測(cè)成果表明，變形主要發(fā)生在開(kāi)挖施工期，施工完成后變形測(cè)值變化較小且平穩(wěn)，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目測(cè)值表明，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)[5]。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐，崩坡積體利用上游沖溝溜渣、下部集渣平臺(tái)出渣的方式開(kāi)挖出渣是可行的，該方法可避免重車(自卸汽車?yán)?連續(xù)下坡，降低大型崩坡積體開(kāi)挖出渣施工安全風(fēng)險(xiǎn)。夜班上部開(kāi)挖施工，利用沖溝溜渣，白班上部停止施工、下部集渣平臺(tái)出渣，可有效避免上下交叉作業(yè)，對(duì)于保證施工安全是非常有利的。由于開(kāi)挖施工的擾動(dòng)，崩坡積體存在發(fā)生蠕變或滑移的可能，一旦發(fā)生蠕變或滑移，應(yīng)采取積極的應(yīng)對(duì)措施。在擋渣墻的滾石撞擊側(cè)設(shè)置適當(dāng)?shù)娜嵝跃彌_措施，可減少鋼筋石籠的損壞頻率，防止石渣下江，減少成本支出。在現(xiàn)場(chǎng)條件許可的情況下，擋渣墻采用混凝土擋墻更有利于防止石渣下江。