水利水电工程施工中边坡开挖支护技术的应用分析

付桂生,张 弦

(中国水利水电第五工程局有限公司,成都 610066)

水利工程是土木工程中一项非常关键的组成部分。它的规模越来越大,通过它,不仅能够高效地调配地表水和地下水,还能发挥一定的调控效果,以确保人类有足够的水源[1]。此外,利用调蓄自然水体中的地表水和地下水可以有效地控制自然洪涝灾害,减轻洪涝所造成的灾害程度和范围,提高水资源的利用率。在水利工程建设中,比如防洪工程和水力发电工程,经常需要进行边坡施工工程,因此边坡施工的重要作用和功能应该受到重视。

1 工程概况

A工程位于大渡河的主干支流中下游地区。该项目同时提供供水和发电功能,能对面积为268 km2的小流域进行有效治理,并兼顾了防洪和灌溉功能。本项目计划采用一种新型的自流式水泥压路机。工程边坡最大高度为38 m,最大宽度为289 m。A号电厂为四级电厂,本工程的主体建筑也是四级电厂。该项目涉及的主要设施包括拦河坝、水电站和发电用水洞,其中,拦河坝的两侧均为基坑。

2 水利水电工程施工中边坡开挖支护技术设计分析

2.1 技术应用的设备准备环节

在将开挖支护技术应用到水利水电工程项目中之前,项目管理人员需要与相关部门进行沟通,并准备好挖掘机、推土机、自卸车等机械设备,以满足A水电站开挖工作的需要。同时,A电厂还需提供2台潜孔钻和4台手风钻,以保障该工程的钻孔爆破工作。在水利水电工程项目中,还需要组织专门的技术人员对项目材料、设备和安全防护用品进行检查,并根据项目施工方案来对材料的摆放进行合理的布置,以确保施工进度的顺利进行。在A电站施工材料准备齐备后,按照A电站工程的要求,由专业技术人员进行边坡开挖和测量放线。

2.2 边坡开挖支护设计

2.2.1 方案设计

(1)案例工程左岸坡开挖支护方案设计

该水利枢纽工程左侧坝肩边坡的岩石地层比较平缓,确保了施工的稳定性。

在水利枢纽的建设过程中,覆盖在上面的岩层主要是粉砂岩,而基岩则是碎裂的砂岩。在A电站建设期间,由于人为活动、降雨及泥石流等原因,工程建设将面临许多不利条件。由于A水电站的施工环境较为恶劣,容易发生落石和塌方等事故。为了确保大坝的顺利建设,必须采取有效的疏浚措施。

在清除了左侧坝肩塌陷处积聚的泥浆之后,采用分层挖土的工艺,对A电站的斜坡进行了基坑施工。原设计的坡度为1∶0.35,但根据施工现场的实际情况,可以将坡度降低为1∶0.45。

在锚杆装配和加固注浆过程中,应特别注意对坝肩上部破碎岩层和土层进行防水施工、护坡和支挡施工。此外,每隔10m还会设置一个宽度为3 m的阳台。

在水利水电工程施工中,必须保证测量的准确性,尽可能减小误差,以确保工程质量。

参与工程测量的人员需严格遵循工程设计图纸的要求,设置测量线,并利用辅助仪器进行科学测量,以确保开挖指标合理科学。同时,应根据实际情况,尽量提高测量精度,并预留出10～15 cm的宽度,以确保水工建筑物边坡开挖支护工作顺利进行。

(2)案例工程右岸坡开挖支护方案设计

在水利水电施工过程中,不仅要意识到施工过程的重要性,还要认识到施工环境的复杂性。只有在施工规定明确的情况下,工人们才能在斜坡上进行挖掘作业。因此,各相关管理部门和单位必须与工地进行协调,确保各项工作顺利进行。在挖掘斜坡之前,必须进行相关的准备工作。施工人员需要进行挖掘断面工作,并根据实际工程进度进行及时调整[2]。例如,水库大坝的坝肩处于薄壁区中间地带,详细资料见表1。

表1 A水电站项目的相关指标数据 m

根据表1,A水电站项目工程在开挖环节中需要进行阶梯状开挖,开挖边坡比例为1∶0.45～1∶0.65。为了高效地进行开挖,需要保持除去强风化层杂物的前提。在A水电站坝顶高程以上,由于公路建设需要,在开挖过程中采用1∶0.45的开挖坡度,并采用喷射混凝土防护暴露岩体。A电厂工程的顶部土坡比降为1∶0.65,由于开挖高程较大,可以采用开挖出的梯级,并采用锚杆等方式进行加固,以确保A电厂工程的安全。

2.2.2 流程设计应用

(1)开挖设计

在具体施工作业中,可以采用由上而下的阶梯式开挖方式。在A水电站工程中,具体的施工作业流程为:边坡开挖、渣土运输和边坡清除。在案例工程项目坡面开挖过程中,要根据相关的设计坡比,选择从上部到下层一次性地开挖成形,进而在A水电站项目开挖施工过程中,避免重复开挖等现象的发生。在A水电站施工过程中,需要对岸坡堆积物进行全面分析,利用挖掘机清除岸坡堆积物,利用自卸车将开挖出来的土石方运至指定地点。针对A水电站项目的所有坝基,将使用挖掘机和破碎锤的方式进行清理,以彻底清除施工现场上的树根和树木等杂物,从而提高岸坡的平整度。在石方开挖阶段,根据石方量的不同,将沿着预定的轮廓线自上而下地进行挖掘,同时也可以利用潜孔钻进行施工现场的钻爆作业。A电厂工程也可以采用深孔微差梯段爆破+手风钻的方式进行爆破,根据自上而下的阶梯开挖,每个阶段的挖掘高度应控制在3.0～5.5 m,而A电厂工程的保护层应采用潜孔松脱的方式进行,以确保钻孔的质量和效果。

(2)支护设计

在钻孔完工后,施工人员应根据设计要求进行锚杆安装,包括锚杆的型号和长度、锚杆的锚固方式等。锚杆安装应严格按照规范要求进行,确保锚杆的牢固性和稳定性。在锚杆安装完成后,施工人员应及时进行锚杆的检测和验收,确保锚杆的质量合格。同时,在锚杆支护工程过程中,施工人员要进行安全监测,及时发现和处理安全隐患,确保施工过程安全可靠。在工程竣工后,还应进行定期的检查和养护,确保锚杆的长期稳定性。通过以上措施,可以保证土石爆炸边坡的安全和稳定,大大降低卡钻和埋钻等安全事故发生的概率。A电厂工程完成钻井后,必须清除孔洞内的杂质,并对所钻孔洞的孔径、孔深和孔角进行精度测试。

3 水利水电工程施工中的边坡开挖支护技术

3.1 土方开挖技术要点

为了确保A电厂开挖工程的安全,必须根据实际情况确定开挖范围内的边坡范围,并及时修建挡水沟。在截水沟修建完成后,施工人员可以根据施工图将工程的排水管道与截水沟连接起来,形成一定的斜坡,以提高整体排水效果。项目使用挖土机对边坡的下一部分进行开挖,开挖完成后再进行喷灌[3]。另外,在基坑施工时,可以采用多级台阶的方式。需要注意的是,在施工过程中,下一级台阶的挖掘宽度要比上一级的挖掘宽度多出3 m,以预防或减少坍塌事故的发生。

3.2 石方爆破技术要点

建造者在进行施工时,必须对潜在的危险有充分的认识。在进行深孔微差爆破之前,应先进行爆破试验,以确定爆破参数、爆破尺寸及相应的安全防护措施。对于A电厂而言,当阶梯高度不超过10 m时,孔间距应为115 mm。基于此,建议从井眼到坡顶线之间的安全间距设为4.7 m。某水利工程的相关爆破参数见表2。

表2 A水电站爆破参数

在水利水电工程中,根据A水电站的爆破尺寸进行了详细的排炮工作。为了控制A电厂孔深梯段的炮孔数量在30个以内且不超过30个,使用φ90 mm卷筒乳化炸药和散装铵油类炸药。装填时,需要均匀而紧密地从炮孔底部装填炸药。同时,在炮眼的中央位置安装2个非电毫秒雷管来起爆药包,安装完成后,再使用钻取的岩石粉末和黄土进行封堵。

在进行二次爆破之前,有必要充分考虑其对施工场地环境的影响。为控制飞石带来的影响,可以考虑使用直径为35 mm的潜孔钻机在施工现场将大块岩石破碎,并且再利用爆破技术将底部的大块岩石炸开。当孔深不超过0.5 m时,必须保证最小阻力线、孔间距和孔深度一致,并将封堵长度设为孔深的一半;当孔深度超过1.5 m时,最小阻力线的设计为1.0～1.2 m,间隔为1.0～1.2 m,封堵长度的设计为0.75～1.00m。在进行施工时,施工人员应意识到,在A电站边坡开挖面高差较大的情况下,存在较大的塌方和滑移的风险。因此,需要注意边坡开挖与支护之间的时间间隔。

3.3 钻孔作业施工要点

在工程实施过程中,使用了液压钻井技术。在开始作业之前,承担实例工程的施工者需要对作业场地进行全面检查,以确保其适应作业需求,并保持干净和润滑。如果在钻进过程中发现有污物或杂质,应立即进行清理。钻孔施工完成后,施工人员需要将泥浆灌注进孔中,确保泥浆液面高于地下水位,通常至少高出1m以上。这样可以极大地提高后期操作的方便性,同时还能减少对边坡钻进时的阻力。

3.4 锚杆支护施工要点

在本工程的建设操作阶段,可以采用锚杆支护法来进行边坡支护技术。钻井工作结束后,需要用清水将孔内的沉淀物彻底清洗,直到清水流出来才能停止清洗。A电厂在实施锚杆支护时,必须用塑料套管和塑料薄膜包裹锚杆的游离末端,并确保施工密封严实。同时,施工人员必须将注浆管和锚杆完全埋设在预先钻好的孔中,使注浆管的末端离孔底50 mm。同时,在实际应用中,要确保锚杆的夹角和井壁倾斜角度相同,以防止锚杆在实际工程中发生弯折现象。

4 结论

总之,在水利工程建设中,由于区域和环境的不同,在不同的地质条件下,土质边坡的开挖和支护工作将会面对不同的条件。本文深入探讨了抽水蓄能电站工程中边坡开挖支护技术的应用情况。通过对不同种类支护技术的比较和分析,发现在不同的边坡类型和规模下,合适的支护技术能够有效地提高施工安全性、降低风险、保障工程质量。同时,通过前期调查与设计、施工过程中的技术选择与监测,支护技术在实际施工中的应用也取得了显著成效。有关部门应该加强现场监管工作,以提高整个水利水电工程的质量。施工人员需要对边坡开挖和支护技术的环境条件和相关要求有充分的了解和掌握,并结合特定的环境条件来发挥最大的效果,从而提高工程的整体质量。同时,施工人员要与其他施工人员保持有效的沟通和交流,使他们对技术、机械设备和施工方法有更多的了解,以确保边坡开挖和支护工作的顺利进行。