高顺向边坡开挖与支护快速施工方法研究

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2016/1/18来源:《工程建设标准化》2015年9月供稿文/陈卫东
[导读]中国水利水电第四工程局有限公司 以同步实现边坡的开挖与支护,从而为保障高边坡的稳定性、弱化边坡开挖的安全隐患及缩短施工工期提供可能性条件。

陈卫东
  (中国水利水电第四工程局有限公司)
  【摘  要】本文结合实际案例,浅析高顺向边坡开挖与支护快速施工方法,以抑制水利水电工程边坡岩体顺层滑塌及保障工程边坡的稳定性。
  【关键字】高顺向;边坡开挖;支护;快速施工
  一、引言
  某水电站厂房采用岸边式地面厂房,即钢筋砼面板堆石坝坝后右岸布置厂房。厂区枢纽由主机间、中控楼、右端安装间、下游尾水平台、尾水渠、副厂房及上游升压开关站、副厂房等部分组成。厂内共设4台水轮发电机组,装机总容量为880MW。厂房边坡开挖的技术参数详见表1-1。

  表1-1
  此水电站厂房边坡一、二期支护分别采用锚喷、钢筋砼护坡+锚索加固处理。此水电站厂房边坡为高顺向坡,外加开挖坡度的设计值比顺向坡坡度大,因此务必控制好施工的速度,以免对岩层切脚及岩体顺着岩面剪切滑塌。此水电站厂房边坡开挖及支护施工需攻克下列技术难点:厂区地质条件复杂,外加设计的地质条件与实际的地质条件之间存在差异,则需对设计方案进行修整,从而对工程进度产生影响;边坡开挖中出现严重的土质边坡崩塌现象,外加岩质边坡存在较大的开挖滑塌概率,因此施工安全隐患多;开挖与支护的技术要求高,从而对施工进度产生影响。为此,除优化施工布置及选用先进的施工机具外,应采用适宜的开挖方法及支护方法,以保障工程施工质量及施工安全。
  二、高顺向边坡开挖快速施工方法
  (一)土质边坡开挖
  土质边坡采用由上至下的逐层削坡方式开挖,单次削坡层厚约3m。削坡作业时,挖掘机由主出渣道挖筑岔道至施工作业面后,再采用“挖掘机削坡+边削坡变装车+人工修坡”的施工方法。实践证实,此施工方法具有缩减集渣作业程序、降低施工成本、加快施工进度及提高工作效率的优点,但施工过程务必重视对有关参数的测量检查及削坡坡度的控制。
  (二)岩质边坡开挖
  1.岩质边坡开挖方法,即逐层爆破开挖、台阶式分层爆破开挖、薄层爆破开挖。(1)逐层爆破开挖。按设计要求的规定,此水电站厂房岩质边坡采用分层开挖+梯段爆破的施工方法,且梯段开挖高度为6m~10m。此厂房边坡高程<433.5m的范围便为顺向岩质边坡,外加开挖坡角比岩层倾角大,则不宜采用切脚开挖方法。此外,施工期的2#导流洞出口段未进行砼衬砌,因此隧洞的围岩条件较差,故此确定梯度爆破的开挖高度为6m。(2)台阶式分层爆破开挖。实践证实,此水电站厂房边坡上部岩体受到岩层切脚、爆破震动及开挖卸荷的影响而无法实现全部支护,因此此施工段的开挖质量及开挖安全受到严重影响。为此,施工方决定采用台阶式分层爆破开挖方法,即每层预留约12m(距边坡)的平台后钻爆,爆破梯段的开挖高度为6m。(3)薄层爆破开挖,即距边坡约12m的内侧岩体采用薄层爆破开挖方法,开挖厚度约为3m。实践证实,此三种开挖方法对保障开挖质量、较快开挖进度及弱化开挖安全隐患具有重要作用。
  2.钻爆设计。岩质边坡的开挖质量及开挖进度受到钻爆设计的影响,而钻爆设计须经生产性爆破试验及随时修整爆破参数。此水电站厂房高顺向岩质边坡的钻爆施工采用微差起爆技术+预裂爆破一次开挖成型技术+孔网布置技术,以优化爆破设计及控制单向爆破药量、起爆顺序来保障爆破质量及2#导流洞的安全,详见表2-1。
  表2-1


  三、高顺向边坡支护快速施工方法
  此水电站厂房高顺向坡采用高边坡防护技术进行安全支护设计,即采用数值分析法及极限平衡法分析边坡的稳定性,由此得出保障高边坡稳定的锚固力,并依此进行安全支护设计。此安全支护施工技术由三部分组成,即采取护坡砼及喷射砼治理边坡表面;采取坡体内打入系统锚杆的方法治理浅层边坡;采取系统预应力锚索的方法治理深层边坡。依此高顺向坡防护理论及技术,此水电站厂房边坡的一、二期支护设计分别采用锚喷、钢筋砼护坡+锚索加固处理,同时从下列方面探索高顺向边坡支护的快速施工方法。
  (一)优化设计
  就此厂房高顺向边坡施工来讲,应从技术角度树立起超前意识,即对施工图、施工技术要求进行全面掌握及对施工现场进行踏勘测量,及时发现及处理可能存在的问题。例如,踏勘测量发现,原2#公路施工弃渣及堆渣的影响使开挖边坡范围外高程>463.5m部位的覆盖层厚度比原设计值厚。为此,施工方决定采取下列防护技术:1.就厂房边坡高程>463.5m部位的覆盖层进行减载处理,同时调节边坡开口线至483m。2.厂房高程>463.5m的部位削坡至坡比为1:2;471m的高程设宽约6m的马道;463.5m的高程设宽约3m的马道。3.调整后的边坡开口线外3m设截水沟;调整后的>463.5m高程的边坡设孔径为50mm、孔距为3m*3m的排水孔。4.调整后的>463.5m高程的边坡挂网  及喷厚约10cm的C20砼;采用厚约40cm的钢筋砼护坡。实践证实,此施工技术对控制边坡崩塌、保障边坡开挖质量、维持边坡稳定及消除开挖安全隐患具有重要作用。
  (二)边坡滑塌的快速处理
  此水电站厂房边坡施工具有施工工期紧、施工难度大、地质条件复杂及施工单位协调难的特点。为此,面对厂房边坡施工过程已经出现或可能出现的滑塌部位,施工方决定采取下列方面进行快速处理:1.断层带上方浇筑一层条带状砼,而后再在条带状砼面上方设预应力锚索,并在条带状砼面上方直接设钢垫板,以快速对边坡进行锚索张拉。2.边坡的塌空部位充填框架梁砼,并在框架梁的节点设长约9m的 锚筋束,以抑制塌空部位边界条件的恶化。实践证实,此施工技术对保障边坡稳定及快速治理厂房边坡滑塌体具有重要作用。
  四、结论
  就当前的施工技术条件来讲,高顺向边坡开挖与支护的快速施工尚存在诸多阻力,但经过多年的工程实践,现已探索出系列有效的快速施工方法,如采取“由上至下分区+分段+分层”的施工方法,且分层开挖厚度为3m~6m。此外,高顺向边坡开挖工程务必要彻底摒弃“重开挖、轻支护”的思想观念,以同步实现边坡的开挖与支护,从而为保障高边坡的稳定性、弱化边坡开挖的安全隐患及缩短施工工期提供可能性条件。
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