高海拔地区冬季边坡开挖方法研讨

姚 必 全， 刘 昕 鑫， 汪 明

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)



高海拔地区冬季边坡开挖方法研讨

姚 必 全， 刘 昕 鑫， 汪 明

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

高海拔地区受气候冻融影响，边坡开挖通常存在风险大、功效低、易塌方等施工难点。通过对果多水电站右岸边坡开挖施工方法进行研究，采取了多种科学、有效的防范措施，解决了高海拔复杂地质条件下冬季边坡开挖的施工难题，可为其他类似工程提供借鉴。

冬季；高海拔地区；边坡开挖；研讨；果多水电站

1 工程概述

果多水电站工程位于西藏自治区昌都县境内，为扎曲水电规划“两库五级”中第二个梯级电站，总装机容量为160 MW(4×40 MW)，工程等别为三等，工程规模为中型。电站开发任务以发电为主。笔者结合该电站右岸坝肩边坡开挖的实际情况，对高原环境下冬季开挖施工特点进行了分析并提出了冬季施工方案，可为西藏地区其他类似工程提供借鉴。

2 水文地质情况及冬季施工特点

2.1 水文地质情况

果多水电站施工区气候条件极其恶劣，具有气候多变、高寒缺氧、紫外线辐射强、地质条件复杂等特点。该地区气象统计资料显示：极端最低气温为-20.7 ℃，多年平均气温为5.6 ℃；昼夜温差较大，最大月平均温差高达18.8 ℃，年平均温差为16 ℃。空气稀薄，气压低(不及海平面气压的一半)，水的沸点只有84 ℃～87 ℃；含氧量低，相当于海平面的70%左右。

果多水电站右岸坝肩边坡开挖范围为高程3 524～3 338 m，垂直开挖高差为186 m。边坡地质条件极其复杂，岩石主要为砂岩和泥岩，产状呈顺河向条带状分布。两岸坡基岩主要为三叠系上统夺盖拉组(T3d)砂岩夹泥岩和侏罗系下统查郎嘎组(J1ch)砂岩、泥岩互层，加之工程区属高寒地区，受地形地貌、地层岩性、气候条件等影响，坝址区物理地质现象主要表现为卸荷崩塌、风化、泥石流和堆积体等形态。岩体卸荷主要表现在两岸地表陡崖处，勘探资料显示，左右岸卸荷带水平深度为5～18 m，风化形式主要为顺裂隙形成的风化深槽及泥化夹层，岸坡强风化水平深度为3～10 m，弱风化水平深度为30～45 m，微风化水平深度为40～65 m；河床强风化垂直深度为2～4 m，弱风化垂直深度为15～20 m，微风化垂直深度为30～35 m。

2.2 高海拔地区冬季开挖施工特点

(1) 冻土开挖，施工难度加大。

冻土是一种特殊的、低温易变的自然体，具有冻胀和融沉等特性。据统计，该工程所在地冬季最冷时段为1月份，其冻土的平均深度为0.5 m，最大深度可达1.5 m，硬度基本与岩石相同，开挖只能通过大型挖掘机或采用爆破方式施工，进度缓慢，难度明显加大，成本显著增加。

(2)人工、机械工效明显降低。

在高海拔地区，受极端气侯条件、施工人员和机械设备对高原地区不适应性等因素影响，施工效率明显降低。据统计，相比海拔1 000 m以下地区，高原地区非冬季人工平均降效34%左右，机械降效32%左右。降效主要体现在实际有效施工时间大幅缩短，施工效率明显降低。

(3)昼夜温差大，反复冻融破坏。

据统计，该工程在各个月份平均温差和最大温差整体均较为稳定，各月日平均温差为13.8 ℃，各月日最大温差(单日昼夜最大温差)平均为21.4 ℃，平均温差和最大温差最小的时段在8月份。冬季到来，夜间气温降至零度以下，由于岩层间隙水的存在，边坡岩层会发生反复冻融破坏(图1)。冻融破坏对边坡稳定影响很大，造成在开挖过程中时常发生塌方、滑坡现象，存在较大的安全风险。

图1 昼夜冻融破坏造成边坡安全隐患过程示意图

(4)强风、暴雪等恶劣天气影响。

工程所在地气象多变，强风最高风速为15.1 m/s，强降雨最大月降雨量为214.4 mm，冰雹主要发生在3～10月，随机性较强，降雪在12月～2月最为厉害，约为其他月份发生次数之和的2～3倍。恶劣天气中特别是强降雨、降雪、冰雹对施工造成的影响最大。

(5) 含氧量降低，高原反应加剧。

根据对现场统计数据及结果进行分析显示，该地区气压平均为675 mbar，空气密度平均为859.6 g/m3，含氧量平均为178.6 g/m3。施工所在地的气压、空气密度、含氧量三者间存在较大联系。在冬季，高原反应程度尤为强烈。

高原反应表现在对施工人员和施工机械两个方面。一方面，高原反应加剧了对施工人员的生命健康、工作积极性造成的影响；另一方面，高原反应对机械设备的正常运行造成影响。由于含氧量降低、气缸内充气量减少，可燃混合气过浓，燃烧不充分，排气烟度增大，机油粘度增大，导致启动阻力增大，进而造成发动机的功率下降，工程机械的可靠性、安全性及使用寿命等得不到保证，不仅降低了工程生产效率，而且增加了保养维护成本。

3 所采取的冬季开挖施工措施

3.1 提前储备物资

施工所需的机械备品备件、常用的消耗、周转性材料、冬季施工保温材料、燃料等均需提前进行组织。应在冬季到来前2个月组织到位并做好各项冬季施工准备。

3.2 加强气象监控和天气预报

加强对现场气象情况的监控和天气预报。如果出现暴雪、强风、暴雨等恶劣天气征兆时，应提前做好相应的防范准备。必要时，可以对施工计划适当做出相应调整，以保证开挖施工的安全。

3.3 做好保暖、保温措施

冬季施工应做好各项后勤保障服务，如对水管缠绕加热带，并在管壁外部包裹多层保温材料；加强对供电线路的检修和巡查力度；对施工机具的油箱及供油管路实施保温，临时使用时应覆盖保温板或保温被等；已开挖面在气温过低的情况下不宜进行喷射混凝土施工；锚杆施工过程中需对搅拌用水进行加热，经现场多次实验得知，水温应不低于40℃，并尽量缩短注浆时间。

3.4 加强道路维护，做好除雪和防滑措施

及时清理路面积雪、积水，对路面结冰应及时凿除或撒盐等。工程车辆在大雪天作业时，轮胎应挂防滑铁链。

3.5 合理安排施工时段

高原地区冬季施工效率低，机械容易出现故障，因此，其开挖施工应尽量安排在稍暖和的时段进行。施工前，应做好边坡安全隐患排查，发现问题及时组织人员排险，确保安全后再进行其下部的开挖施工。如需夜间低温时段施工，应做好现场照明和安全警戒工作，设备不宜熄火，以免油箱或管路结冰发生机械故障。

3.6 合理选择施工机械并加强保养维护

首先，施工前应选用适应高原环境的机械设备，通过减少供油系统油量、缩短供油提前角、调整发动机增压、改用风冷式中冷器、优化设备的电路系统等，以提高设备机械对高原环境的适应性；其次，要加强对机械操作人员的技能训练，建立专业维修队伍，对机械进行及时的维修；再次，采用-20#柴油，预防油料结冰并做好机械的防冻保暖工作。在施工间歇期，对发动机、散热器、蓄电池及电子器件进行包裹、覆盖保温；对停放较长时间的工程机械，每周不少于2次启动，以消除冻结现象；在作业过程中短暂休息时，应选择向阳、避风处停机。

4 结 语

在果多水电站坝肩开挖施工过程中，通过多种防寒抗冻施工方法的成功运用，取得了良好的效果，实现了按期向混凝土施工转序的进度节点目标。同时积累了在冬季高原高寒冷环境下如何提高人员和机械效率的宝贵经验，可为今后类似工程提供借鉴。

(责任编辑：李燕辉)

2016-10-28

TV7;TV52

B

1001-2184(2016)06-0020-02

姚必全(1981-)，男，四川广安人，果多项目部总质检师，工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

刘昕鑫(1987-)，男，四川成都人，果多项目部工程技术部主任，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

汪 明(1986-)，男，重庆云阳人，果多项目部质安部副主任，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与质量安全管理工作.