杨房沟水电站大型崩坡积体开挖出渣施工技术研究

张 华

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

常规的土方边坡开挖出渣的方法是通过在边坡上设置运渣车辆通行的道路，渣车通过道路将开挖工作面的渣土运至弃渣场。对于高陡边坡而言，道路的宽度通常受地形条件的限制，并且回头弯多，对于装满渣料的车辆来说下坡安全风险突出，且经济性较差。因此，如何安全、高效地进行高陡边坡的土方开挖，是目前国内大型土方边坡开挖面临的难题。

笔者介绍的杨房沟水电站崩坡积体利用上游冲沟溜渣和下部集渣平台出渣施工方法，为大型土方边坡开挖提供了一种安全性更高的施工方法，同时也总结了该施工方法施工中出现的一系列问题，为其他类似工程施工提供一定的参考价值。

2 杨房沟水电站崩坡积体介绍

杨房沟水电站崩坡积体位于坝址上游雅砻江右岸，距坝址约0.5 km。崩坡积体分布在高程2 465～2 050 m之间，2 050 m高程以下为临江陡壁。崩坡积体沿江近南北展布，东西长约560 m，南北宽约330 m。崩坡积体地形前陡后缓，但变化不大，2 320 m高程以下总体坡度约39°，2 320 m高程以上总体坡度在28.5°。崩坡积体整体上呈倒置“茶杯”形分布，上小下大。崩坡积体物质组成复杂，总体上分为两大层：中上部为混合土碎石层，泥质弱胶结；底部为碎石土层，呈中等密实状。崩坡积体平均厚度约19.6 m，分布面积约15.8万m2，总体积约309.85万m3。崩坡积体未开挖前虽处于整体稳定状态，但其坡面及基岩面陡，底部有软弱层分布，结构对稳定性不利，地下水活跃，故崩坡积体属于潜在稳定性不良边坡[1]。

2.1 地质条件

崩坡积体下伏基岩均为三叠系上统杂谷脑组(T3z)灰色变质钙质石英砂岩、砂质板岩、炭质板岩等。中、前部岩层产状：N10～70°E NW∠15～30°，为斜逆向坡，后部岩层产状：N50～70°W NE∠15～30°，为斜顺向坡。坡脚三岩龙断层下盘分布三叠系上统新都桥组(T3Xd)变质粉砂岩。第四系覆盖层分布高程1 995～2 465 m，其中高程2 050 m以下边坡揭露的岩土层为钙华和角砾岩，高程2 050～2 465 m第四系松散堆积物主要为崩坡积体，分布于斜坡上。

崩坡积体主要由块石、碎石、角砾、岩屑及粉土组成，原岩均为灰色变质钙质石英砂岩，偶夹黑云石英片岩、板岩等。崩坡积体主要岩土层有混合土碎石层和碎石土层等。崩坡积体中的混合土碎石层相对较厚，平均厚约17.9 m，碎石土层相对较薄，平均厚约1～2 m，最厚6 m，该层分布于混合土碎石层和基岩之间，局部基岩面较陡的区域无该碎石土层分布。

2.2 处理方案

自崩坡积体顶部2 065 m开挖到2 045 m高程，其中高程2 465～2 150 m边坡开挖每15 m留一级马道，马道宽2 m，边坡开挖坡比1∶1～1∶1.5，高程2 150～2 045 m边坡开挖每15～20 m留一级马道，马道宽2 m，边坡开挖坡比1∶1.5。

3 主要施工方法

3.1 整体施工方法的确定

崩坡积体开挖高度超过400 m，如采用常规的由下自上设置出渣道路出渣，出渣道路将会超过5 km，且回头弯极多，渣车出渣下坡安全风险较大，在每年的汛期尤为突出。

崩坡积体处理范围的上游边线高程2 375 m处，存在一条天然的大型冲沟，沟底部存在较宽平台，如利用冲沟溜渣、下部装车出渣的方式，将极大缓解重车下坡的安全问题。基于施工安全的考虑，整体开挖出渣方法：(1)高程2 375～2 135 m工作面采用反铲挖装自卸汽车水平运输至上游冲沟溜渣，推土机辅助推卸渣土至下部集渣平台，下部集渣平台反铲挖装自卸汽车运输至弃渣场。(2)高程2 460～2 375 m由于开挖厚度较薄，且离上游冲沟较远，仍设置出渣道路工作面挖装运至上游冲沟溜渣。(3)高程2 135～2 050 m的开挖出渣设置出渣道路工作面挖装运至弃渣场。

3.2 集渣平台的设置

集渣平台位于出渣道路上游侧起点高程2 070 m处，其上方有一天然大型冲沟，崩坡积体高程2 135 m以上的边坡开挖土料利用冲沟溜渣至集渣平台后，反铲挖装25 t自卸汽车运至弃渣场。

集渣平台长50 m，宽20 m，结合现场地质条件，在平台靠江侧布置4层单个尺寸1 m×1 m×2 m的钢筋石笼作为挡渣墙，防止溜渣下江。

3.3 出渣道路的设置

出渣道路从右岸低线绕坝交通洞上游洞口10 m左右处起点，沿崩坡积体下游侧高程2 031 m到上游侧高程2 070 m展线，同时在集渣平台上游开口处接上游移民驿道，作为工程施工期右岸居民的出行通道。

出渣道路全长549.65 m，宽8.0 m，主要利用反铲+破碎锤进行改造施工。土方边坡利用反铲开挖，石方边坡利用破碎锤凿岩开挖或松动爆破，起坡路段约80 m需进行石渣回填。根据现场实际地形在适当位置将道路进一步加宽设置为故障车辆备用车道，长度约为20 m。道路回填路段靠江侧布置横向1 m×1 m×2 m钢筋石笼，其他路段靠江侧采用100 m×80 m×80 cm梯形土堤进行防护。

3.4 机械、材料、人员通道的设置

从出渣道路上游侧起点沿崩坡积体边坡修建8 m宽施工道路爬坡至顶部2 465 m高程，该道路仅作为机械设备通行及材料运输，道路总长度约4.2 km，坡度为12%～15%。在道路靠江侧设置一排高1 m、厚1 m的防护土坎[2]。

为预防施工过程中崩坡积体发生变形及滑塌造成人员伤亡，在出渣道路下游侧适当位置设置人员交通爬梯及便道至崩坡积体顶部2 465 m高程，爬梯用A48 mm架管搭接而成，便道采用人工开挖，用A48 mm架管搭成护栏。出渣道路、集渣平台与机械、材料、人员通道见图1。

3.5 高程2 135 m以上开挖出渣

施工工艺流程为：施工准备→测量放线→场地(植被)清理→反铲挖装，自卸汽车倒渣至集渣平台(推土机推渣至集渣平台)→反铲挖装，自卸汽车出渣→人工配合反铲修坡成型→边坡支护处理。

由于上游侧冲沟顶部高程在2 375 m，从崩坡积体顶部高程2 465 m处沿边坡修建一条10%纵坡、8 m宽的“之”字型施工道路至上游冲沟处。

图1 出渣道路、集渣平台与机械、材料、人员通道示意图

测量人员采用全站仪精确测量放线，并打桩作好记号，核实开挖断面。植被清理、表土清挖和边坡清理，由人工配合反铲进行，反铲挖装25 t自卸汽车倒渣至集渣平台，集渣平台处反铲挖装25 t自卸汽车运输至弃渣场。

开挖自上而下，分层高度5 m，从上游往下游方向推进，高程2 465 ～2 375 m的开挖土方采用反铲挖装25 t自卸汽车通过“之”字型施工道路。高程2 375 ～2 135 m的开挖土方直接利用反铲挖装25 t自卸汽车运往上游侧天然冲沟堆积，利用推土机配合整平、卸渣至集渣平台，集渣平台处反铲挖装25 t自卸汽车运输至弃渣场。开挖过程中边坡支护随后跟进，冲沟堆渣随边坡开挖高度同步卸载下降。靠近边坡开挖结构线1 m范围时，先削坡后挖装，每下降4～5 m高度[3]，利用坡度尺及时检查边坡坡度，并对异形坡面进行加密检测。

3.6 高程2 135 m以下开挖出渣

施工工艺流程为：施工准备→测量放线→场地(植被)清理→反铲挖装，自卸汽车出渣→人工配合反铲修坡成型→边坡支护处理。

高程2 135～2 070 m的出渣通道，结合机械、材料道路，从原出渣道路上游侧起点高程2 070 m处沿堆渣体及原有边坡进行展线至高程2 135 m，道路宽8 m，纵坡坡度不大于12%。道路边坡利用反铲修坡至稳定坡比，并在道路靠江侧设置一排高1 m、厚1 m的防护土坎。高程2 070 m以下的出渣通道，采取降低原出渣道路坡度的方式形成。

高程2 135～2 070 m的开挖自上而下，分层高度5 m，从上游往下游方向推进，边坡土方及冲沟的堆渣采用反铲挖装25 t自卸汽车运输至弃渣场。

高程2 070 m以下的开挖自上而下，分层高度2 m，从上游往下游方向推进，开挖土方采用反铲挖装25 t自卸汽车运输至弃渣场。靠江侧预留宽1.5 m、高1.5 m的土坎，待下一层开挖时，用反铲将上一层土坎翻至开挖区域内侧后进行装车运输，并同时形成下一层土坎，以避免该区域机械开挖时石渣掉入江中。

4 开挖遇到的特殊情况及处理

4.1 汛期强降雨导致边坡发生蠕变

杨房沟水电站工程区内主汛期为每年的5～9月，2017年6月开挖至高程2 435 m时，由于连续的强降雨导致高程2 420 ～2 335 m边坡发生蠕变。一旦失稳，将严重威胁崩坡积体施工作业人员及设备安全，且可能堵塞导流隧洞，产生次生灾害。

处理方法：边坡蠕变发生后，应紧急停止工作面的开挖支护施工，撤离施工人员和设备至安全区域，布置8个表面变形测点观测变形发展情况，同时利用彩条布覆盖裂缝以防止雨水持续下渗。随后对蠕变体进行了风险分析，设置了应急撤离地点和路线，确定预警分级标准和应急处置程序与措施[4]，后续施工严格按照预警分级标准及相应的处置措施进行。通过上述措施的实施，确保了蠕变体开挖过程中的施工安全。

4.2 溜渣砸坏挡渣墙及渣料下江

受土质基础和平台宽度限制，集渣平台外侧的挡渣墙为4层高的钢筋石笼。崩坡积体主要为混合土碎石层和碎石土层，不仅夹杂大量粒径为3～20 cm的角砾、碎石，且在实际开挖过程中，存在体积达2～3 m3的孤石。即使利用破碎锤破碎或炸药解爆后，石块粒径仍可达到30～50 cm，而冲沟溜渣高度最高可超过300 m，石块滚至集渣平台时的冲击力很大，导致钢筋石笼挡渣墙被砸坏，部分溜渣滚落入江。

利用枯期对下江石渣进行处理，从集渣平台上游侧反铲修路下至江边，4台反铲集中作业从右岸采取翻渣的方式将渣料挖至对岸上游备料场，在上游备料场修建临时道路反铲挖装25 t自卸汽车出渣至弃渣场。

4.3 堆渣体底部出渣作业时形成倒悬

崩坡积体主要为混合土碎石层和碎石土层，混合土碎石层是崩坡积体组成物质的主要土层，开挖溜渣过程中，土料与角砾、碎石充分混合，形成自稳性好的堆渣体，在堆渣体底部进行出渣挖装作业时，易形成倒悬现象，直接威胁出渣设备和人员的安全。

在堆渣体底部出渣作业形成倒悬时，从机械、材料通道的回头弯部位利用反铲修建便道至倒悬部位顶部进行翻渣处理，处理完成后继续出渣，形成倒悬后重复前述步骤。

5 边坡稳定反馈分析

(1)表面变形临时测点中累计位移量较大测点均位于蠕变区，位移主要发生在2017年7～11月之间，临空向累计位移量在1 189.9～1 775.1 mm(向河床变形)之间，顺河向累计位移量在546.5～973.1 mm(向上游变形)之间，垂直向累计位移量在744.1～1 705 mm(下沉)之间，之后大部分测点测值变化较平缓，无明显趋势性或异常。蠕变区外的表面变形临时测点，大部分测点最大测值在20 mm以内。

(2)表面永久变形测点临空向最大累计位移量为45.4 mm，顺河向最大累计位移量为14.7 mm，垂直向最大累计位移量为29.4 mm，目前测点测值变化较平缓，总体无明显异常。

(3)仅位于高程2 450 m的测斜孔在监测初期(2017年10月～2018年3月)顺坡向位移出现明显增长，目前顺坡向最大位移量为268.7 mm(孔口)，顺河向最大位移量为-142.7 mm(孔口)，其他测孔各深度顺坡向、顺河向位移量均不超过42 mm。近期各测孔深度位移变化已趋于平缓或总体较平稳，未见明显异常。

(4)各监测锚索荷载变化总体较平稳，无明显异常或趋势性变化，荷载损失率在-1.98%～6.57%之间，损失不大，各监测锚索荷载总体较稳定、无异常。

(5)根据边坡开挖支护后的表面变形、深部变形和支护锚索荷载监测成果表明，变形主要发生在开挖施工期，施工完成后变形测值变化较小且平稳，各监测项目测值表明，边坡整体处于稳定状态[5]。

6 结 语

通过实践，崩坡积体利用上游冲沟溜渣、下部集渣平台出渣的方式开挖出渣是可行的，该方法可避免重车(自卸汽车拉渣)连续下坡，降低大型崩坡积体开挖出渣施工安全风险。夜班上部开挖施工，利用冲沟溜渣，白班上部停止施工、下部集渣平台出渣，可有效避免上下交叉作业，对于保证施工安全是非常有利的。由于开挖施工的扰动，崩坡积体存在发生蠕变或滑移的可能，一旦发生蠕变或滑移，应采取积极的应对措施。在挡渣墙的滚石撞击侧设置适当的柔性缓冲措施，可减少钢筋石笼的损坏频率，防止石渣下江，减少成本支出。在现场条件许可的情况下，挡渣墙采用混凝土挡墙更有利于防止石渣下江。