老挝南塔河溢洪道变形边坡开挖支护施工方案探讨

彭 冲

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

1 概述

1.1 工程概况

老挝南塔河1#水电站工程位于老挝湄公河左岸支流南塔河上，距与湄公河汇合处约62 km。溢洪道工程紧靠左坝肩，与大坝轴线直角相交，主要包括引渠段、闸室段、泄槽段，溢洪道中心线斜穿坝区所有的11 个岩组，其中上游端为泥岩夹钙质砂岩；中上游段以中厚层灰岩为主，局部夹极薄层泥灰岩；中、下游段以极薄层～薄层状泥灰岩、钙质胶结凝灰质杂砂岩为主，局部夹极薄层泥岩。溢洪道地形坡度30°～45°，地面高程590 m～380 m，与坝轴线相交处为凸起的山脊，沿线基岩与覆盖土层交替出现，开挖边坡高度最高约210 m。

1.2 工程特点和施工难点

溢洪道边坡高程为590 m～380 m，其主要技术特点及难点如下：

（1）溢洪道边坡开挖相对高差大，局部已达210 m，溢下0+130～溢下0+225、EL455 m～EL550 m，处于左岸强烈挤压破碎岩体的上游段，该段边坡地形陡峭，岩层向坡外弯曲折断变形，折断面上部岩体整体沿着折断面错动变形。开挖施工时，道路布置困难，设备发生倾覆、人员踏空坠落发生的概率极高，安全控制难度大。

（2）边坡开口线两端为薄层开挖，土石方开挖工程量不大，但是预裂面大，加上外部岩体变形，预裂爆破控制难度大。

（3）由于外部岩体变形，已经形成滑动体，爆破出渣无法通过自卸汽车直接从工作面运输，从而选择从顶部往下翻渣，再从底部出渣的方式。边坡相对高差大，施工不可预见性增加，翻渣安全管控难度大。

（4）由于本工程溢洪道、大坝、厂房等建筑物布置紧凑，500 m 范围内全部覆盖。溢洪道边坡顶部高程约590 m，单次爆破影响范围无法控制，爆破飞石安全管控风险高、难度大。

2 溢洪道边坡开挖及支护施工

2.1 开挖方案比选

溢下0+130～溢下0+225、EL455 m～EL550 m，处于左岸强烈挤压破碎岩体的上游段，该段边坡地形陡峭，岩层向坡外弯曲折断变形，折断面上部岩体整体沿着折断面错动变形。岩石开挖面上出现张裂隙，裂隙外侧岩体的水平向厚度为10 m～20 m。

该部位山顶高程550 m～605 m，溢洪道底板高程410 m，在高程500 m以上，边坡坡度达50°～90°，以下地形坡度30°～50°。

结合上述实际情况分析，对于溢洪道倾倒蠕变区域的边坡变形体，按照“上部适当削坡减载、中下部加强阻滑和锚固相结合”的原则进行处理。

方案一：15 m 一级边坡，水平马道梯段开挖，见图1、图2。方案二：顶部斜马道，底部水平马道开挖，见图3、图4。方案比选：两种方案都遵循削坡减载的施工原则，但方案一未考虑设备撤退、行走路线及材料运输通道，图纸可行。实际施工时则无法实现。方案二在坡面上利用斜向马道兼作挖机、钻机的行走路线及材料输送通道，既确保了挖机行走在边坡内侧稳定的基础面上，又解决了开挖道路问题。

综上分析，采用方案二进行顶部变形边坡的开挖。

图1 开挖方案一平面图

图2 开挖方案一剖面图

图3 开挖方案二平面图

图4 开挖方案二剖面图

2.2 支护施工方案

溢洪道边坡按照“上部适当削坡减载、中下部加强阻滑和锚固相结合”的原则，初步形成边坡支护方案如下:

1）溢洪道下0+109～0+225 桩号间，开挖后顶部岩体趋于稳定，边坡支护按挂网（φ8@200×200）+锚杆（4.5 m）+喷砼（10 cmC20）+排水孔 ø90（L=4 m）的型式进行。

2）溢洪道下0+225～0+360 桩号间未开挖切脚，未变形，岩层向坡外弯曲折断，岩体破碎，采用预应力锚索加固：

左侧边坡溢下0+270～溢下0+360 桩号范围边坡底部直墙段布置2 排共计37 根预应力锚索。在高程414.3 m～585 m，溢下0+35～溢下0+310 范围内共布置515 根。在溢下0+260.00下游范围高程424.3 m 以上开挖边坡布置2 排预应力锚索，高程402.00 m～415.216 m 开挖边坡布置1 排预应力锚索，共计202 根。总共布置锚索754 根。

锚索钻孔根据设计孔深采用SKMG40 和SKMG50 两种锚固钻机配备中风压冲击器钻孔，T=1000 kN 锚索钻孔孔径130 mm，T=1500 kN 锚索钻孔孔径160 mm。

按设计图纸要求或监理工程师现场调整指定的位置进行钻孔，孔位偏差不大于10 cm。钻孔倾角为垂直溢洪道中心线且与水平面成15°的俯角，终孔孔轴偏差不得大于孔深的2%。

锚索材料：T=1000 kN 的锚索由 7 根 7ø5 型 ø15.20 钢绞线组成；T=1500 kN 的锚索由 10 根 7ø5 型 ø15.20 钢绞线组成，钢绞线标准强度1860 MPa（1×7-15.2-1860-GB/T 5224-2014），其直径、强度、延伸率均满足设计规定要求。

锚索采用纯水泥浆全孔灌注，水泥浆液水灰比采用0.45∶1，水泥采用泰国袋装水泥，根据实验室配合比，浆液中掺入0.5%的减水剂，结石强度不低于35 MPa。

锚索张拉主要按以下3 个过程控制进行：

1）预张拉

在锚索正式张拉前，对钢绞线进行多次逐根对称张拉，张拉力为30 kN，每根钢绞线以前后两次伸长差值不超过2 mm为限。

2）锚索张拉过程

T=1000 kN：预紧（210 kN→287.5 kN→575 kN→862.5 kN→1150 kN→1265 kN）共分五级，每级张拉荷载持荷5 min，最后一级稳压15 min。

3）张拉过程控制

①采用张拉力控制为主，伸长值校核的双控操作方法，张拉各级稳压前后，均量测钢绞线的伸长值，若实测值与理论值相差超过10%或小于5%时，立即停止张拉，查明原因并采取措施后，才能重新张拉。

②保持各级荷载5 min（最后一级15 min），并测量此段时间内锚索的徐变位移量，若徐变值不超过2 mm，则认为锚索合格，否则要查明原因。

③张拉加载和卸载缓慢平稳，加载速率每分钟不超过100 kN，卸载速率每分钟不超过200 kN。

④预应力锚索张拉过程中若出现边坡开裂，压力表的读数上不去的情况，立即停止张拉并分析原因。

锚索各级伸长值及张拉锁定力均满足设计和规范要求。细张拉结果见表1。

表1 溢洪道边坡治理（部分）锚索张拉结果汇总表

具体开挖过程中，可根据揭露岩石地质情况，对局部破碎区域采用加长锚杆支护或锚筋桩支护处理，确保边坡稳定。

2.3 实施程序

（1）每层开挖面支护一般先进行锚杆施工，然后进行挂钢筋网及喷射混凝土施工，如开挖面岩面易风化，根据实际情况可先行喷射混凝土保护；如遇破碎带及不稳定岩体，及时采用系统锚杆（ø25@2 m×2 m，L=4.5 m）进行支护。

（2）喷射混凝土在锚杆安装完成进行，即将工作面清理后进行挂钢筋网，最后一次喷射完毕。

（3）喷射混凝土作业紧跟开挖工作面，高边坡滞后开挖1～2 个梯段施工，喷射混凝土终凝至下一循环放炮时间不少于4 h。

3 溢洪道边坡施工安全保证方案

溢洪道边坡高差大，且顶部岩层发生变形，工作空间狭窄，安全管控难度大，主要表现在以下四个方面：

（1）交叉作业

根据溢洪道变形体开挖实际情况，变形体顶部出渣全部依靠向下甩渣方式进行，变形体上游溢下0+130.00 桩号以上存在溢洪道闸室段混凝土施工；溢下0+230.00 桩号以下存在边坡预应力锚索施工；溢下0+130.00～溢下0+230 桩号下面则对应原左岸低线路，进行厂房部位施工和大坝填筑。因此翻渣对这些部位无疑会造成重大的安全隐患。

为避免翻渣滚石对下方施工造成威胁，保证施工道路的畅通及施工安全，应对变形体下方设置挡渣坎。目前变形体下方形成了3 级平台，根据现场实际开挖形成地形，在变形体处理开挖前布置3 道挡渣坎：

1）EL455 集渣平台，面积较大，在该平台外侧布置一道挡渣坎，防护范围为溢下0+100.0～溢下0+240.0。

2）变形体外侧部分石方开挖已经降至EL440 高程，并形成了一条形出渣平台，所以在EL440 平台外侧也布置一道挡渣坎，防护范围为溢下0+130.0～溢下0+225.0。

3）变形体下方因为开挖道路调整后，泄槽段外侧部分成为反坡，形成自然的挡渣坎，但需要对上游反坡无法形成部位延长挡渣坎。

挡渣坎采用码放钢筋石笼的形式构成，钢筋石笼挡渣坎沿平台外侧布置，每道挡渣坎码放3 层钢筋笼，码放好后在外侧培厚部分弃渣，增加挡渣坎的稳定性。体积较大岩体甩渣时，需要进行交通管制，确保施工安全。每天交接班时对各级挡渣坎处的堆渣进行清理，保证挡渣坎的有效性，确保安全。

（2）变形体开挖、钻孔施工安全

变形体相对高差较大，且外部岩体已经形成滑动体，在处理过程中上方爆破松渣会覆盖掉前期形成的裂缝，导致设备可能会在滑动体上行走或作业，容易导致操作手及设备坠落，存在重大安全隐患。

在开口线边缘的薄层开挖时，采用手风钻造孔，出渣时采用人工翻渣，严禁挖机、钻机设备行走至没有足够安全操作平台的部位。

变形体处理外侧已经形成不稳定体，在处理过程中有可能再次发生塌方，所以在每层工作面施工前，由测量人员放样标注出变形体的斜向裂缝的位置，并采用白石灰标示，造孔、翻渣设备严禁行走在标注线以外，并安排专人进行指挥。对外侧挖机无法够到的爆破石渣，采用人工进行出渣，或留至下层开挖爆破后一起出渣，人工出渣时，需要做好安全防护，安全带需要绑扎牢固。

（3）雨期施工安全

因溢洪道顶部变形部分开挖全部集中在今年雨季施工，边坡挂渣及浮渣会随着含水量增加往下部滑动，也会存在稳定石渣夹泥由于长时间被雨水浸泡而松弛，导致人员踩踏失足或设备倾斜坠落。

雨季应安排专职安全管理人员对变形体周围及边坡挂渣进行清查，发现安全隐患先在现场用警示带划定安全警戒范围，安排危险区域内人员、设备撤离，后期等下雨停止再协调相关部门、工区进行处理。

对于变形体顶部开挖工作面，施工员雨期内要加强巡查，确保人员、设备靠里侧行走，对存在倒悬、松弛部位划定安全警戒线，禁止人员及设备进入危险区域。

对已经开挖形成的边坡，及时进行支护封闭，避免大雨冲刷而引起边坡滑塌。

（4）爆破安全

变形体顶部高程为EL590 左右，边坡岩石破碎，钻孔成型困难，且整个临空面施工范围全部属于爆破危险区域，爆破飞石存在不定向性，既有可能造成飞石伤人及砸坏设备事故；也有可能造成飞石挂在未处理的周围边坡上，一旦扰动失稳，坠落造成物体打击。爆破开挖安全管控难度大。

爆破作业时，应通过网络及对讲机等通讯手段，加强内部各相关工区、部门的沟通协调工作，划定安全警戒范围，安排专人负责安全警戒工作，严格执行项目部爆破作业安全规定。

同时，加强现场开挖爆破安全管理，控制单次梯段爆破高度不超过7.5 m，预裂爆破单响药量不超过50 kg，主爆孔、缓冲孔单响药量不超过150 kg；钻孔和起爆方向朝向下游，禁止进行水平孔爆破作业。

爆破后安排专人对周围边坡进行巡查，一旦发现边坡挂石，在确保自身安全及下方警戒的情况下，对危石进行处理，避免留下重大安全隐患。

通过上述危险源识别及应对方案处理，确保整个高边坡开挖安全顺利实施。

4 结语

老挝南塔河溢洪道变形边坡开挖支护施工于2017 年7 月11 日开始施工，2018 年5 月20 日全部施工完成，累计土石方开挖量851711 m3，锚杆施工13737 根，解决了实际开挖过程中遇到的难题，并通过多种支护方式相结合的方式确保了边坡的稳定，过程中对开挖、支护技术参数进行动态调整，摸索出了一套安全快速的施工工艺，实现生产中零事故的安全目标，为水电建设的高效、快速、安全和经济要求提供保证。