糯扎渡水电站下游河道清障清淤技术

(1.武警水电第一总队 糯扎渡工程项目部，云南 普洱 665625； 2.黄淮学院， 河南 驻马店 463000)

图1 下游河道清淤平面布置(单位：m)

1 工程概述

糯扎渡水电站为砾石土心墙堆石坝，最大坝高 261.5 m。电站装机容量5 850 MW，水库具有多年调节能力，为一等大(1)型工程。挡水、泄水等永久建筑物采用1 000 a一遇洪水设计，可能最大洪水PMF校核；发电厂房按照200 a一遇洪水设计，1 000 a一遇洪水校核；下游消能防冲建筑物采用100 a一遇洪水设计。

为确保糯扎渡水电站发电和泄洪运行条件，需对电站下游河道进行清障和清淤。结合现场踏勘及糯扎渡坝址下游河道状况，清淤范围确定为糯扎渡永久大桥——糯扎渡坝址段，河道总长约1.8 km。下游河道清淤平面布置见图1。

1.1 施工难点

(1)河床清淤工作受江水水位涨落影响大。因水位不断变化，为保证施工安全，机械设备需频繁进出作业面以避免连续施工。

(2)受其他区域及上游影响，已挖区域容易形成回淤积，且反铲水下加大了施工难度，需进行水下多次重复垫渣、重复集渣清基。挖渣过程中淤渣掺有大量水与淤泥，需要在集中堆放和滤水后，进行二次装运，降低了机械使用效率并避免发生重复施工。

(3)河床基岩高于高程 597.0 m的部位较多，需要进行钻爆施工，水下岩埂钻爆施工难度较大，须在消力塘永久混凝土临边实行控制爆破作业。

(4)施工道路的布置合理性直接影响清挖工作的顺利进行。下游景洪电站蓄水后，水位整体抬高，施工道路垫碴工程量大。

1.2 施工要求

根据《糯扎渡水电站下游河道清淤设计专题报告》，结合现场实际情况，主要的工作项目包括清除河沙淤积，挖除石渣淤积及爆破挖除河床礁石等。按照设计要求，岸坡距永久建筑物 5.0 m以外及河床的礁石挖除至 597.0 m高程，清淤坡度按1∶3控制，尾水出口护坦尽量挖除至597.0 m高程以下(1、2号尾水出口护坦平台范围)[1]。根据钻爆设备特性，为加快施工进度，岸坡距永久建筑物5.0 m以外河床需爆破的基岩部位开挖边坡按1：0.5控制。

2 施工方案

2.1 施工分区

根据已测量的水下地形图，并结合现场实际情况，河床清挖工程分2个区域进行，1、2号导流洞出口至原索桥为1区，桩号为K0+240～K0+520;原索桥下游段为2区，桩号为K0+520～K1+130。

(1) 1区。1区面积约 2.66万m2，范围是尾水出口护坦至原索桥，施工以挖除淤积物为主，水面以下淤积物以泥沙、块石为主。淤积高程大致在601.0 m，597.0 m高程以上清淤深度约4 m，597 m高程以下清淤深度为2 m。由于1号导流洞右侧山体及出口围堰丁字坝隔离水流，尾水出口护坦附近作业面水流相对平稳，具备垫渣清淤条件。出口围堰丁字坝以下顺河道中心水流湍急，河道中心线左侧20 m以右范围采用常规手段难以清除。左岸淤积物挖除过程中，水流会将河道上游及中心部位淤积物回淤至清理作业面，清淤深度越深，回淤量越大，清除功效低，清淤难度大。尾水出口混凝土护坦与江心间出露一条基岩带(暗礁)，宽约50 m，长约60 m，顶高高程 599.0～600.0 m，爆破清除深度约4 m，爆破量约为12 000 m3。原消力塘高程635 m公路护坡下游至索桥区域为突出岩体，顶部高程约608 m，需进行爆破清理。1区主要施工包括垫渣形成临时开挖道路、清淤施工、礁石爆破，由上游向下游方向进行。

(2)2 区。2区面积 2.55万m2，河道最深处稍偏左岸，河道体型中心往左侧基本为 “U”型。施工以拓宽河道为主，主要是清除距离消力塘出口及608 m护坦5m以外岸坡基岩，水面以上爆破量约5.98万m3，水面以下爆破量约 6.14万m3。该区域有3座暗礁，桩号为K0+920～0+940，靠左岸2座，顶高程分别为 602.45 m、601.7 m，面积约 491.376 m2，距离岸坡较近，应予以爆破拆除，爆破量约4 032 m3；第三座处在河道中心偏左侧，距离岸坡约40 m，顶部高程为600 m，平均面积约50 m3，由于体型较小，现有条件下施工难度较大，因此不建议爆破拆除。2区施工包括施工道路布置、水面以上基岩开挖、水面以下基岩开挖、礁石爆破，由下游向上游方向进行。

2.2 施工道路布置

渣料进出道路应沿下游左岸公路、糯扎渡大桥、运火烧寨沟坝II料存渣场(坝Ⅰ料存渣场)布置。进入河床清淤作业面后，施工道路需要回采弃碴进行回填、压实才可使用。施工道路布置总长3 000 m，道路回填约9万m3。

河床施工道路布置原则有：①针对主要清挖部位进行布置，施工道路必须到达并能覆盖主要淤碴清理区及开挖部位；②为满足施工要求和保障设备运行安全，施工道路均要满足双车通行，路宽10 m；③为保证清挖工作的持续性，施工道路路面高程至少高于实际水位50 cm，尾水出口施工道路顶高按高程 603.5 m控制，原索桥下游段施工道路顶高按高程602.5 m控制；④使用 2.2 m3反铲进行清挖，作业半径为5 m，为最大程度清除淤碴，施工道路布设应覆盖主要清理区，施工道路按路间距8 m进行布置；⑤沿江需钻爆开挖的河床基岩带，顶面凹凸不平，按突出部顶面宽度进行整体填碴覆盖，填碴至高程602.5 m并压实，满足钻爆设备和其他设备能达到工作部位并进行作业。

1区道路均需回采弃碴进行回填形成，采用端进法进料，自卸车运输，推土机摊铺后，采用振动碾进退错距法碾压，振动碾行进速度3～4 km/h，碾压轨迹搭接宽度不小于50 cm，形成达到清挖部位的施工道路才能进行河床淤碴清理及河床基岩开挖。

2区道路依据河床实际淤碴堆积部位情况及需开挖钻爆的河床部位进行布置，具体情况如下：

(1)沿消力塘护坦齿槽外侧布置道路至原索道桥位置作为出渣主干线。

(2)从原索桥位置沿江岸回填道路至尾水出口形成主施工道路，在此基础上布置分支道路，覆盖所有清淤和开挖区域。

(3)从溢洪道消力塘沿江中段向下游沿江布置一条施工道路，道路末端达到消力塘护坦末端，利用施工道路完成沿江河床清淤和突出岩体开挖；另需从消力塘江岸布置一条到达江心突出部的施工道路，完成此部位江心清淤和开挖施工。

(4)需钻爆开挖的河床岩埂带，按突出部顶面宽度进行整体填碴覆盖形成施工平台，满足钻孔设备造孔施工条件。

3 施工方法

河道清淤主要采用回填垫路配合反铲(长臂反铲)方式清理淤积物，采用露天爆破方式清除岸坡基岩及河道礁石。

3.1 淤积沙石清理

淤积沙石施工主要在1区进行。填碴形成主施工道路后，在主施工道路填筑，同时探明高程597.0 m以上需要钻爆的岩埂具体位置，特别需探明尾水出口混凝土护坦与江心间的岩埂位置。需钻爆的岩埂带考虑进行整体填碴覆盖。主施工道路形成后，按8 m路间距，按从上游向下游布设分支道路的优先顺序，分别布设向江心和尾水出口的各分支道路。由于目前水位被抬至 603.2 m，施工道路顶高按高于水位50 cm控制。上游分支道路形成后，淤碴清挖施工可由上游至下游逐步完成。清淤过程中，岩埂具体位置可逐步确定。清淤完成后，进行岩埂带钻爆施工，挖除石碴，拆除主施工道路。

(1)597.0 m高程以上。主要采用 2.2 m3斗容挖掘机挖除，20 t自卸车装运至弃渣场。施工道路垫渣形成后，即可进行河床淤碴的清挖工作。枯水期最高水位 602.0 m，最低水位 601.0 m。2.2 m3斗容全液压挖掘机(卡特330D、小松360等)臂展11 m，下挖深度一般约6 m，基本达到高程 597.0 m。实际施工中，设备站立平台为回填石渣道路，为确保人员、设备安全，需预留至少1 m安全宽度。由于在动水状态下清挖，水流紊乱且水文情况复杂，清挖作业不能形成一次挖装，需用反铲先进行集碴，过滤水和稀泥，且要进行多次清底后才能挖尽淤碴；推土机需推运50～70 m后进行二次挖装，清挖作业采用后退法进行。对于淤碴堆积高出水面较多的部位，由于淤渣多为泥沙混合堆积体，较松软，填碴覆盖后设备才能进行清挖施工。但覆碴后高程抬高，必须二次填碴形成道路进入工作面后进行二次清挖。

(2)597.0 m高程以下。主要采用 2.2 m3斗容挖掘机挖配合长臂反铲清理、20 t自卸车出渣的方式进行。施工分区域进行，先选取一定区域，用长臂反铲深挖，并在水下合适位置集渣，然后再换一区域继续深挖、集渣；同时将集渣挖除至临时道路一侧过滤水和稀泥，再用推土机沿路集渣，二次装运至弃渣场。通过设备不断循环换区域作业，达到最大程度的下挖目的。由于清理深度低于河道中心及上游区域，其周边淤沙经水流逐渐堆积、淤平，需不断重复以上工作，施工功效低、难度大。

3.2 岸坡基岩爆破

岸坡基岩主要采用液压潜孔钻机造孔，爆破拆除，反铲装载，并由20 t自卸车装运至弃渣场。

高程602.0 m以上岩体采用常规松动爆破拆除，靠永久建筑物一侧采用预裂爆破，开挖边线要求距江岸混凝土结构至少5 m。爆破石渣料采用 2.2 m3反铲挖除，25 t自卸汽车运往弃渣场。高程 602.0 m以下采用液压潜孔钻造孔，水下爆破，石渣料主要采用2.2 m3反铲挖除，局部采用长臂反铲挖除。所有弃碴料由25 t自卸汽车经下游永久大桥运往火烧寨沟弃渣场。

根据现场岩石出露的情况判定，岸坡基岩性为弱微花岗岩、新鲜角砾岩，局部堰体破碎，以弱风化的次块状结构或镶嵌碎裂结构岩体为主。

爆破区域按垂直水流方向，由下游至上游分块进行，临空面有河道下游及右岸方向。预裂爆破与主体爆破同期进行，预裂爆破一次到597.0 m高程，梯段高度8～9m，主爆区至 602.5 m高程，梯段高度为5～6 m。预裂孔、缓冲孔采用100B型钻机造孔，孔径为90 mm；主爆孔采用351钻机造孔，孔径为115 mm。根据测量布设孔位，现场标明每孔高程、孔深、孔号；孔内采用国产1系非电雷管。

爆破体型应按照设计要求确定在距离消力塘及出口建筑物5 m以外，预裂孔垂直河道中心线，斜度为1：0.5，爆破区安全警戒范围为400 m。

爆破孔的参数设计有：①预裂孔,炮孔间距0.9 m，线装药量 0.3 kg/m；②缓冲孔,炮孔间距3.5 m，线装药量 4.2 kg/m；③主爆孔,炸药单耗q=0.4 kg/m3，抵抗线根据现场实际情况定，一般为为2～3 m；炮孔间距a=3.5 m，炮孔排距b=3 m；④预裂孔,孔深9～10 m，装药长度8～9 m，堵塞长度1 m，采用φ25 mm乳化药卷间隔不耦合装药，孔内导爆索联网，孔外采用非电MS3毫秒雷管延时，单段不大于23孔。

缓冲孔与预裂孔排距1.5 m，与主爆孔排距3.5 m。孔深8～9 m，装药长度 6.5～7.5 m，封堵长度 1.5 m，采用φ70 mm乳化药卷连续耦合装药，单段不大于18孔。主爆孔根据现场实际情况造孔，孔深5～6 m，堵塞长度 1.5 m，装药采用φ70 mm，乳化药卷连续耦合装药，单孔最大药量25 kg，最大单响药量不大于100 kg。缓冲孔及主爆孔孔内采用MS15段非电雷管联网，孔外采用非电MS3、MS5毫秒雷管延时。爆破振动安全允许距离计算公式为

R=(K/V)1/αQ1/3

(1)

式中，R为爆破震动安全允许距离，m;V为保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；Q为炸药量，kg;齐发爆破为总药量、延时爆破为最大一段药量；K为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数;根据不同岩性按规范选取，文中K值选取范围为50～150，α值选取范围为1.3～1.5。

根据水下地形图并结合现场实际情况，明确需爆破拆除的礁石位置及大小形状后，垫渣修路(路面高程602.5 m)，并将整个需钻爆的岩埂带进行填碴覆盖，然后进行水下钻爆施工，施工主要参数参见3.2.2节，单耗采用1.86～2.2 kg/m3。装药采用套管法，每次钻孔完毕，将炸药卷沿套管装入孔内，然后将套管提出，将导线固定后引出水面。

因填碴平台较枯水期最高水位高程602.0 m高出0.5 m，当江水在高位频繁变化时，导致施工设备频繁撤离和进入工作面，需及时掌握水情，适时调整施工方式，防止人员、设备发生安全事故。

因有较厚的表层浮碴和水，造孔和堵孔是最大施工难题，直接影响施工进度，可采取以下预防措施：①造孔完成后可考虑及时在孔内插入PVC管，保护钻孔，防止堵孔；②工作面造孔完成20～30 m时，即时爆破，进行清碴工序。

河床淤碴清完后，挖除下河床填筑道路，清理岸坡，恢复原状，清挖施工全部结束。

4 结 语

糯扎渡水电站下游河道清淤工程共完成水下淤积物挖运量 24.96万m3，回填垫渣量9万m3，露天爆破量 5.98万m3，水下爆破量 7.74万m3。河道清淤工作的顺利完成，确保了电站枢纽工程具备正常挡水、泄洪运行条件，满足了电站防洪度汛安全要求。

目前，糯扎渡水电工程已全部建成，按照永久运行标准防洪调度。电站在保障了工程本身防洪安全的同时，兼顾下游景洪城市和农田防洪。在主汛期采用固定控制泄量方式调度，在后汛期维持正常蓄水位运行。