狭窄空间内陡峭坡面边坡开挖施工技术分析

马天昌 （中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司，四川 成都 610015）

随着我国水利水电事业的快速发展，水电站工程的建设逐渐增多，因工程性质的需要，多数水电站建在高山或峡谷地带，需在高耸陡峭的边坡开展施工，在此类特点的边坡上进行开挖等施工作业难度大、危险性高，严重威胁施工人员安全[1]。因此，科学合理的边坡开挖支护技术能够在一定程度上降低施工风险，为水利水电工程的安全顺利建设提供保障[2-4]。

国内学者针对边坡开挖施工技术进行了较多的研究。侯明明等[5]对边坡开挖在水利水电施工中的应用进行研究，分析了影响工程中边坡开挖技术的因素，并对边坡施工技术在水利水电施工中的运用提出了建议。袁宝月等[6]以某高速公路工程为例，对边坡施工技术中高速公路上下路堤的填料方式、护坡方法及优化等方案进行分类，并通过建立双层决策模型选择出最符合工程特点的边坡施工方案。吴丹[7]基于边坡开挖技术在工程中的应用分析，提出了加强边坡支护性能的措施。孙同贺[8]运用PHASE2软件与实际工程相结合，对边坡开挖过程中超挖的风险进行评估与分析，研究表明，边坡超挖导致的岩土层产生的剪切带会降低边坡稳定性。王斯黎[9]对边坡施工阶段的前期准备、放样测量、开挖方案以及边坡防护技术进行研究，应用边坡防护技术使边坡稳定性得到一定的提升。

上述学者多针对边坡开挖技术在水利水电及高速公路工程中的应用进行研究，但针对高度较高、坡度较陡以及周围存在建筑物的边坡开挖施工技术研究较少。因此，本文以四川大渡河双江口水电站工程为例，对泄洪洞出口土石方开挖、边坡支护、排水孔施工技术进行研究，以提出竖井泄洪洞出口洞身段开挖与泄槽施工方案。

双江口水电站泄洪系统3号导流洞与竖井泄洪洞结合分布，隧洞进口底高程2360.0m，出口底高程2273.86m，隧洞全长1593.449m，底坡5.41%，导流洞与泄洪洞结合段长1002.082m。3号导流洞按照短有压隧洞设计，进口设置岸塔式闸室，闸室长 50m、宽 20.5m、高94m，多置于弱风化下段新岩体上，闸室采用三面收缩的短有压进口型式，顶板采用椭圆曲线型板。进口闸室内设置平板封堵闸门及调洪水位发电的工作闸门，平板门孔口宽10.5m、高11m，工作门孔口宽10.5m、高9m，其间采用1：5的水流压板，工作闸门后无压隧洞宽12m、高16m，边坡位于竖井泄洪洞出口与进厂交通洞之间。

边坡位于竖井泄洪洞出口与进厂交通洞之间，地处马尔康至金川交通要道旁，具有以下重难点：

边坡高度为7m～70m，高度较高，并且地形陡峭，施工作业面狭窄；

边坡与进场交通洞施工标在施工过程中存在干扰行为，不便于施工；

边坡施工范围内存在宗教建筑物，且有国家保护植物，施工作业困难。

3.1 边坡施工总体方案

根据边坡所处地质条件，采取分层分块的方式进行边坡开挖，大致分为两个区块：边坡上游开挖线至现有隧道出洞口为区块1；
现有隧道出口至下游末端为区块2。现有隧道出洞口至竖井泄洪洞出洞口分4次开挖，采用各区块自上而下的顺序进行开挖，边坡分区如图1所示。

图1 边坡分区示意图

3.2 竖井泄洪洞出口洞身段开挖方案

隧道出洞口至竖井泄洪洞出洞口长度为18.1m，上部边坡开挖至2294m高程时停止继续向下开挖，洞顶上部预留厚度8m的保护层，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分以此开挖，每部分分3步进行，首先进行洞顶上方预留保护层①部分开挖，再进行预留保护层②部分开挖，最后进行③部分的开挖，开挖分区侧视图如图2所示。

图2 3号导流洞出口至竖井泄洪洞出口部分开挖分区侧视图

3.3 泄槽主要施工方案

根据地质条件，同样对泄槽进行分区块开挖，第一阶段为竖井泄洪洞下平段出洞口至交通桥下游侧30m处区域内开挖，开挖包含Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区等5个区域；
第二阶段为交通桥下游侧30m处至泄槽末端之间，挑坎以上区域开挖，开挖包含Ⅵ区、Ⅶ区挑坎以上区域；
第三阶段开挖为Ⅵ区、Ⅶ区挑坎以下剩余区域及Ⅷ区域。两阶段均采用预裂爆破进行分区、分块、分层开挖。其中，第一阶段共分4层5区11块，第二阶段共分3层2区4块。泄槽区层开挖如图3所示。

图3 泄槽分层分块立视图

边坡施工前，首先对施工场地进行测量与放样工作，采用被动防护网对防护区域进行全面防护，并做好开挖边坡上部截水沟工作，用以预防雨水等对边坡的冲刷。在坡脚、场地周围以及道路坡脚等处开挖排水沟槽和设置排水设施，以便排除坡底积水，维持边坡稳定性。准备工作完成后，进行土方开挖工作，开挖完成后进行人工修整。当遇到岩石或复杂地质环境时，需进行石方开挖，必要时可进行石方爆破，当出现欠挖时进行局部的石方欠挖处理。最后进行边坡支护与验收工作，边坡施工流程如图4所示。

图4 边坡施工流程

4.1 土方开挖

土方开挖顺序为自上而下分区分层开挖，当土层较薄时，采用一次性开挖至岩层外露；
当土层厚度较大时，采用分段分层施工，每层的厚度按2m控制。边坡开挖与支护同时进行，以保证边坡稳定性，土方开挖顺序如图5所示。

图5 土方开挖顺序图

4.2 石方开挖

石方开挖前，首先进行测量放样，根据施工图定点边坡开挖开口线，开挖测量放样与开挖进度相适应。放样时放出轮廓点，当轮廓线较长时视工程情况按5m～10m加密，放样轮廓点的点位线误差和高程线误差小于±15cm。每一排炮均进行放样，并测量上一排炮爆破后的开挖面超欠挖情况及开挖范围，在首层预裂孔钻孔前，标识出每一个预裂孔的位置、孔深，以保证开挖质量。

为控制边坡开挖效果，在预裂孔钻孔前先搭设样架，样架必须使用钢管分段搭设并固定于基岩上，保证钻孔时样架不移位、不变形。使用水平尺、角度尺对样架的位置及角度进行复核，确保样架搭设准确无误。

预裂爆破采用药卷间隔绑扎在导爆索上的装药结构形式，制作药包时，应合理确定炮孔内各不同深度的装药量。装药时，将加工好的药卷捆在竹片上，缓缓送入孔内，在其下送过程中，应使竹片贴紧拟保留岩壁一侧。预裂爆破时，需对炮孔进行适当的堵塞，以延长爆炸气体在孔内的作用时间，有利于增加裂缝的宽度，填塞长度通常取炮孔直径的12～20倍。

主爆孔钻孔直径为100mm，药卷直径选择70mm，抵抗线为药卷直径的25～35倍，多数在30倍左右。主爆孔排距2m，间距2m，缓冲孔布置在主爆孔与预裂孔之间，本段边坡开挖布置1排缓冲孔，其与预裂孔的排距为1.5m，缓冲孔间距为2m。边坡工程开工后，根据预裂爆破效果、爆堆及大块石情况进行爆破参数的调整，主爆孔和缓冲孔的最大单响装药量不得大于100kg，竖井泄洪洞出口开挖梯段爆破炮孔布置如图6所示。

图6 竖井泄洪洞出口开挖梯段爆破炮孔布置示意图

4.3 边坡支护

边坡支护自上而下进行，由于现有揭露坡面节理裂隙极其发育，岩体风化严重、十分破碎，拟先采用人工吊喷的方式自上至下对边坡进行混凝土素喷封闭，再搭设钢排架，然后进行锚喷支护，分别进行锚杆、钢筋挂网、排水孔及锚索施工，具体施工流程如图7所示。

图7 边坡支护流程

4.4 排水孔施工

排水孔施工前，首先对排水孔孔位进行测量放样，再进行钻孔，排水孔钻孔与锚杆钻孔同时进行。排水孔安装时，采用φ40mmPVC排水管，安装至排水孔内，外露5cm。

为研究陡峭坡面边坡开挖施工技术，以四川大渡河双江口水电站工程为例，对该边坡的施工重难点进行了分析，对泄洪洞出口土石方开挖、边坡支护、排水孔施工技术进行了研究，提出了边坡开挖过程中竖井泄洪洞出口洞身段开挖与泄槽施工方案，研究方案可为今后陡峭坡面边坡开挖施工提供参考。