水利工程中高边坡开挖质量实时控制

陈思

（四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610000）

0 引言

水利项目工程中高边坡开挖受多种因素影响，若不能实时控制这些影响因素，很容易导致高边坡开挖施工出现偏差，不符合工程设计要求，影响后续施工程序，甚至对整个工程产生不利影响。高边坡开挖施工后，要进行严格细致的评定，只有在评定合格后才能进行后续施工。随着当今技术发展，水利工程高边坡开挖质量监测多采用三维激光扫描系统进行，主要构成部分包括三维激光扫描仪、计算机及系统配套软件等，这种技术方式突破传统测量检测方法，具有高精度、高效率等优点，能快速获取被测对象的表面空间数据，在监测高边坡开挖面方面优势明显。

1 水利工程边坡开挖支护重要性

在水利工程施工中，边坡开挖支护就是可以对四周环境展开支护及保护的关键性举措，而且也是提高施工水平的重要一环，在实际作业期间，相关的工作人员要注重科学应用边坡支护措施，除此之外，诸多因素都会影响到项目施工的质量和安全，所以一定要系统化地解析各个影响要素，由此提升工程预案的可操作性，最大限度防止安全事故的发生。在作业过程中灵活利用边坡支护技术，能够有效地提升项目开挖的稳定性，防止出现严重的安全事故，保证水利工程项目的顺利开展。

2 水利工程高边坡稳定性影响因素

2.1 地质结构因素

高边坡质量控制实施，需要有效参考相应的地质结构因素，根据不同地质结构特点，选用相应的高边坡加固施工途径，进而有效提高水利项目的总体水平。

2.2 自然环境因素

通常而言，在高边坡的底层经常会蕴含很多地下水。如果这样的问题得不到妥善解决，则会对高边坡的底层结构造成相应的侵蚀，随着侵蚀作用的不断积累，往往会导致高边坡结构变形的问题出现，影响水利工程的稳定性。此外，日常降水也能够对高边坡的结构造成影响，在较大的降水过程中，甚至会导致滑坡等危险事故的发生。因此，在高边坡质量控制技术的应用过程中，需要充分考虑自然环境因素的影响。

2.3 施工影响因素

水利工程的施工阶段，往往会对边坡产生威胁稳定性的影响。由于施工流程的需要，水利工程中通常会采用爆破等施工手段，爆破产生的震动及冲击波，往往会对边坡产生直接影响，导致边坡的稳定性降低。因此，在水利工程施工过程中，需要进行谨慎选择施工的方法，并且严格按照施工标准进行施工，从而尽量减少施工阶段对高边坡稳定的影响。

2.4 人为因素

在水利工程的施工过程中，很多施工规划人员没有考虑到相应的高边坡稳定因素，因此，在施工设计的过程中，忽略相应的高边坡施工。这种人为造成的失误，会对水利工程造成相应的高边坡安全隐患，很容易导致在后续的施工过程中，出现各种高边坡安全问题。

3 高边坡开挖质量实时控制方法

3.1 工程实例

某地区水库工程作为一座以城乡供水为主，同时给城市供水提供源源不断水源及电力的重要设施，工程等级为II 等工程（大（二）型）。水库总库容1.73 亿m3，正常蓄水位763.00m，相应库容1.65 亿m3，主要建筑物包括挡水大坝、引水发电以及供水建筑物等。坝后电站利用灌溉、生态流量及水库弃水发电，装机容量12MW，装机3 台，供水电站装机容量6.4MW，装机2 台。此水库工程大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，其最大坝高123.0m，坝顶轴长373.0m。在水库左岸高边坡开挖区域主要集中左坝肩EL768m以上边坡和EL768m 以下趾板边坡，整个边坡开挖深度达到209m，开挖共分为十四级马道进行，总开挖方量在266000m3，工程施工工期较紧。

3.2 高边坡开挖施工问题

高边坡开挖施工前期主要面临的问题有以下几点：①高边坡底板不平，反铲清渣施工较为困难，开挖深度增加较为缓慢，且清渣不彻底对后续施工影响较大；②边坡开挖爆破施工时巨石和大石块较多，需要进行二次爆破施工，对施工连续性及出渣效率影响较大；③马道高边坡开挖施工不易控制，容易出现超前挖现象，导致马道坡脚缺损严重；④支护规划不合理，窝工现象严重，对施工进度影响较大；⑤预裂面地质层质量较差，坡面的不平整度不易控制，误差较大。

3.3 高边坡爆破质量控制

考虑到该项目高边坡开挖爆破作业特征，相关的工作人员要采取可操作性强的方法，在控制质量期间着重强调过程控制，过程控制已经成为质量控制的核心。

依据技术要求以及国家规范编制各流程的质量控制标准。对开挖爆破环节予以严格划定，划分为23 个工序予以把控。开挖爆破主要工序：爆破设计及审批→清面→爆破区上钻平台找平→上钻前验收→测量放线→布孔→对钻孔作业人员进行技术交底→钻孔→清孔→钻孔保护→钻孔质量检查及验收→钻孔合格→爆破申请→进行爆破前的技术交底→装药→网络连接→网络检查→起爆→安全检查→出渣→爆破效果分析→优化钻爆参数→下一循环。

3.4 高边坡开挖质量实时控制

本工程采用三维激光扫描系统获取高边坡开挖面的点云数据，建立高边坡开挖模型，开挖面数据扫描采用徕卡HDS8800 三维激光扫描仪，依据高边坡开挖面已知设计资料得到四个控制点坐标见表1，根据得到的控制点坐标和设计基准面平面方程，得到方程系数A、B、C、D 分别为－1.3601、-0.05275、1.0、1018.8501，根据设计基准面平面方程还能得到拟合误差。

表1 四个控制点坐标及相应误差分析

通过利用三维激光扫描系统获取高边坡开挖面的点云数据，主要数据采集流程包括地形勘探、选点架站、开挖地形扫描、获取数据校验等，其中扫描站点的选择非常关键，应选择安全开阔无遮挡，且对施工无干扰区域。但由于扫描数据量较大，干扰数据较多，不能直接利用，所以需要对获取的点云数据进行预处理。数据预处理主要目的有：①删除指定扫描区域以外的点云数据；②删除重复、缺陷点云数据；③处理掉点云数据中的明显噪声。点云数据预处理后导出TXT 格式，用于后续数据的精细处理及计算。

对本工程采集的点云数据进行预处理，最后保证数据提取范围和工程设计范围相吻合，确保无范围外数据。依据处理后的数据分析高边坡开挖面质量，选取14 个分析断面，保证断面间隔5m 分析间距，计算出断面的平均坡比值为1 0.731，跛脚标高值为1126.355m，显示两项指标均符合工程设计要求。高边坡超前挖选取4 个分析断面，每个分析断面间隔15m，分析结果显示在高边坡坡脚附近普遍存在超挖现象，且随着靠近跛脚位置，超挖尺寸越严重。根据数据采集获取的工程实际施工点云数据，计算出高边坡开挖施工不平整度为23.61cm，高出工程设计标准。分析高边坡不平整度数据分布图得出，高边坡不平整度值较大的原因是在边坡坡脚位置严重出现超挖现象。

针对上述高边坡开挖实时质量监测结果，相关技术人员提出以下整改措施：边坡开挖施工时要做好边坡挂网喷混凝土支护，每开挖3m 就要建立一次支护，但容易出现窝工现象，经地质勘测后确定围岩的自稳能力在8m 以上，所以调整支护方式，在边坡爆破施工完成后，锚杆支护紧随开挖面，待开挖一个台阶后再进行边坡挂网喷混凝土支护，同时为保证施工安全，在高边坡开挖面周围布设监测点，进行边坡稳定实时监测；依据工程设计要求及实际边坡超挖数据调整施工方案，进行超挖回填，若超挖部分为岩层，应采用混凝土回填。

4 结语

综上所述，水利工程微观上关系人们日常生产生活，在很大程度上影响社会经济水平发展。水利工程在实际施工时，高边坡开挖质量在很大程度上影响水利工程的质量与施工进度，所以开展高边坡开挖面实时控制质量非常关键。本文在概述高边坡稳定性影响因素基础上，结合实际案例分析高边坡开挖质量实施控制措施，希望能够由此提高水利工程施工质量水平。