水利水电工程施工中边坡开挖支护技术实施与应用
时间：2023-04-22 20:00:05 来源：千叶帆 本文已影响人
肖银锁
（山东宇通路桥集团有限公司 山东东营 257300）
1.1 边坡开挖支护技术的定义
在项目的初始阶段，通常都需要对地面结构进行临时开挖，并提前做好在开挖作业过程进行中的支护工作。一般来说，施工开挖前监理必须加强与建设现场工作人员的沟通，开挖支护规划图和有关支护现场施工管理的具体技术信息资料必须提供给监理相关单位技术管理人员，以便施工单位在具体技术和实施的环节，能保证施工人员对开挖技术、图纸、场地、设备资料的了解比较全面。并且，在施工完成前，施工单位必须先进行线路复测计算和施工放线预测工作，确保在以往相关设计图纸和新技术领域得出的施工预测数据信息与工程建设实际需求信息高度相符。此外，开挖支护工程应采用符合洞室、竖井和沟槽开挖要求的施工方法。
1.2 边坡开挖方式
1.2.1 质边坡开挖方式
水利水电工程开挖施工阶段中的弱质边坡工程开挖作业应充分遵循自上而下的作业原则，结合水电工程边坡施工验收规范内容和有关标准，严格要求控制好边坡工程开挖层厚度。为做到尽可能地避免因削挖坡层厚度计算不太合理，影响工程开挖工程质量，也避免影响到边坡建筑物后续安全功能安全发挥。在坡度减退或削挖坡层处理的阶段，规范地使用反铲挖掘机，保证边坡机械材料的高效合理地使用，提高工程边坡工程开挖效率。
1.2.2 岩质边坡开挖方式
岩质边坡的开挖条件与其他土质边坡的开挖不同。施工过程中遇到岩石的侧向沉积，必须保证合理选择开采方法。鉴于岩石本身的化学性质特点和高硬度，必须科学地进行爆破。因此，水利水电工程边坡开挖顺利进行。岩质边坡在开挖作业时，必须事先根据岩场的实际分布变化情况而选择比较合理科学的施工爆破方法，并根据岩场的高度和角度确定爆破点，以保证爆破的成功。
1.2.3 槽挖方式
不同水利水电工程的地理位置和环境存在着一定的差异。因此，在开挖施工过程中，有必要了解环境因素对施工质量的影响。需要结合施工区域的实际情况，选择合适的开挖方式，提高施工效率和质量。工程沟槽开挖一般可分为拉槽分层爆破开挖法和基面附近保护层开挖法。整体结构不受水保护和水电工程直接影响的坡度可能会被爆破。根据边坡的轮廓特征，选择槽挖方式，可在边坡采用分层开挖法，并定位爆破点，加强严格的施工质量控制。
1.2.4 钻爆方式
钻爆法也是水利水电工程爆破施工中常用的一种方法。施工前应结合工程实践，明确钻孔爆破设计方案，提高边坡开挖爆破效率，缩短施工时间，有效控制施工成本。钻孔爆破设计中，必须到施工现场了解施工情况，掌握施工区域地质，进行爆破试验，通过试验确定一定的具体爆破资料。此外，在爆破施工过程中，采用微差爆破技术和预裂爆破技术，使边坡一次开挖成形，有效地避免了对边坡岩体的严重破坏。
在边坡工程开挖或支护设计施工准备过程管理中，防护管理措施工作主要包括以下几点。（1）要求在工程设计准备环节要规划完整、合理的边坡开挖支护工程技术施工控制方案，包括工程开挖实施前各项的前期准备工作。不同地区的场地、地质、采矿、排水、支架和其他工艺必须采用不同的采矿方法。设计制作必须是严格地按照中国建筑规范中的建筑相关技术标准进行。在适当情况下，还应按照建筑规范的相关标准进行设计，且应注意针对开挖方案进行一些具体的施工设计或计算。（2）在实际无法单独进行各种机械设备作业和各种爆破工程材料作业的土石方开挖工作过程中，则极有必要先对现场的安全状况进行评估，尤其是当土石方采用现场人工进行开挖时，一方面，施工现场人员之间都必须严格保持隔着超过3m 的安全保护距离；
另一方面，机械设备之间的安全距离则必须保持在10m以上，无特殊设计要求，所有开挖必须自上而下逐个进行。（3）挖掘前，相关人员必须仔细检查现场周围环境。危石或危险建筑物的挖掘只能在安全处理后进行，以确保没有危险因素。此外，如果发现基坑在开挖施工后地基不很稳定，必须及时进行临时支护地基处理，开挖回填前施工人员必须站在扶手处或做好人工专用爬梯。（4）施工运土现场的地形路况等必须能严格并遵守基坑开挖或支护作业的各项标准，尤其是要求运土路面边坡的垂直坡度、长度控制等主要指标，均必须控制在允许施工的指标范围之内。（5）安全爆破工作现场进行的所有施工爆炸过程也应能符合国家有关安全技术规程的要求及有关技术规定，严禁露天肆意爆破［1］。
3.1 锚杆技术
锚杆技术在边坡支护施工中应用广泛，其主要优点是占地面积小、实用性强、安全性高，但在实际应用中也存在一些缺陷，如对建材质量要求较高、管理较为细致。锚杆技术一般采用人工灌浆法，使用手缝钻进行人工施工。施工过程中，施工人员应充分了解边坡岩体的倾斜度和方向，并根据现场实际情况合理调整钻头直径。若钻孔已达到施工深度，应采用高压风吹除孔内杂质，防止堵塞。
3.2 安全辅助钢筋网
为了使供水水电工程边坡充分稳定，有效防止坍塌，施工人员必须在施工过程中采取安全措施。在施工过程中需在破碎区，特别是重点矿区铺设钢筋网，并加强保护。支架是施工中常用的工具，支架安装材料为48mm的钢管。此外，为便于运输，应确保钢筋网的紧固面足够大，并与岩石表面紧密配合，焊接牢固，形成一个整体的锚杆头，以更好地确保边坡的稳定性和安全性。
3.3 混凝土喷涂
喷涂混凝土的作用是防止风雨对边坡的侵蚀，延长水利水电工程的使用寿命，实现有效的分离，尽量避免各种因素的不利影响。目前，混凝土喷射技术已广泛应用于水利水电工程边坡开挖支护施工中，取得了良好的效果。
在水利水电工程施工过程中，施工管理人员必须对现场环境和岩土工程质量进行详细分析，确定设计图纸的内容和功能划分。了解设计基坑埋深的形状，然后划分当地土壤环境，为以后的基坑开挖和支护打好基础，确保项目实施的质量。第一，必须根据技术地质条件进行合理分析，建立全面的预算计划，在不影响周围环境的情况下，确保边坡爆破的顺利进行。此期间的主要任务是创建爆破网络布局，确保有效地控制爆破的强度，并能够根据实际项目施工需要灵活设置爆破孔与缓冲爆破孔。精确定量控制边坡爆破量，修改边坡爆破安全规范指标和有关标准参数，确保边坡爆破工程作业质量不会在短期内对矿山地质环境状况产生太重大的有害影响。第二，根据技术情况，边坡支护采用锚杆支护，在锚杆钻孔时，可在钻孔位置使用风钻进行简单施工。当脚手架安装在边坡支撑系统旁边时，必须选择合格的焊管，以确保钻孔在地面上稳定。在钻孔过程中，施工人员必须根据岩壁的结构方向确定锚杆的倾斜参数，只有当锚杆的设计和长度满足技术要求时，才能有效地降低倾斜坍塌的风险。第三，根据当地大型水利水电工程开挖的水文地质环境特点，确保边坡与排水通道网络之间的配合施工，避免严重影响相邻建筑物基坑质量。在此工程期间，根据大量岩土工程技术研究报告数据，将定期对工程基坑附近的岩土地下水环境问题进行监测分析，以达到确保工程通过采用冲击法桩支护和钢筋混凝土桩施工等各种技术形式来解决工程边坡岩体失稳问题，以免地下洞穴和建筑物倒塌。在水利水电工程建设项目的安全管理建设规范中，在边坡建筑物上通过安装一个永久的排水导流孔还可以明显降低边坡山体建筑内部产生的静水压，确保设计及施工条件的基本稳定性，减少地下水变化对设计施工作业过程带来的各种影响。此外，通过材料的定向渗透可以更加合理、有效地吸收排空利用地下水，只有这样才能更为有效、快速地提高各项水利水电工程设计的安全施工质量［2］。
第一，浅层地基支护设施包括排水灌孔、锚杆支架和外喷加气混凝土装置等。在大中型水利水电工程边坡施工技术中，边坡基坑开挖作业和钻孔施工采用大型全回转液压钻机。安装锚杆时，必须先提前进行钻孔灌浆，然后设置插杆，再进行基坑边坡基础开挖，如果需要开挖的岩石土层并不是很牢固、稳定，在整个施工开挖过程中应当注意选择插杆施工和钻孔灌浆工作的时间顺序［3］。立柱支护应始终置于砂浆浇筑之前，以保证提高边坡及开挖工作的安全性。第二，深基坑技术和较深的边坡开挖支护技术，主要是使用大型液压锚机钻孔锚索，并用钻孔导向器正确调整出钻孔方向角度和钻孔位置，钻孔轴线不允许偏离工程原始轴线位置［4］。在重大水利水电工程建设施工准备期间，在深边坡工程开挖工程中，应先做好钻孔钢筋网孔的正确安装孔和钻孔锚栓头孔的安全焊接，钢筋网孔和岩石之间基本没有间隙。第三，做好临时排水孔工程的配套施工工作，利用边坡永久性的排水孔来解决临时排水的工程需求，提高边坡永久性排水工程的边坡稳定性，特别是在喷射混凝土区域，引入永久排水孔，并在其上添加排水盲管，以减少水压力对边坡的不利影响，防止排水孔坍塌［5］。
6.1 边坡开挖分析
对于水利水电工程边坡开挖施工，影响最大的因素是施工现场的地质因素，特别是在一些地质条件非常差的地区，边坡开挖的施工相对来说是非常困难的，相对而言，地质较好的地方，其土质较软，在实际开挖的难度相对较小，但是无论地质条件如何，由于软土和高含水量，虽然在地质条件良好的地方开挖难度较小，但对边坡开挖有一定影响，这就使后期支护的稳定性较差，地质环境较弱的土壤较硬，促进了边坡支护稳定性的提高。在具体的边坡开挖施工中，不同地质条件土壤的开挖方法也不同。例如，在软土中开挖边坡时，一方面要按照具体施工工艺和相关技术要求进行施工，另一方面要根据软土的特性严格控制开挖现场的土层厚度，为保证边坡开挖时土层厚度的一致性，可有效避免后续支护缝中土层厚度不一致引起的应力不均匀，在地质条件较差的硬土情况下，最终会导致墙体渗透到支护中，影响支护结构的稳定性和效果，边坡开挖施工人员需要考虑更多的问题，特别是要详细分析施工区域的具体地质条件，如土壤硬度、材料类型等，然后是爆炸的强度、位置等。根据地质条件确定，然后相应设置适当的防护措施，以确保施工过程中的安全。
6.2 边坡支护分析
在水利水电工程边坡基础支护设计施工规范中，采用锚杆等支护辅助措施，既保证能及时保证现场高空爆破作业设施的基本安全，又能有力地保证施工建设进度质量。此外，在基坑工程边坡结构处理中，可采用人工或注浆桩安装支护锚杆，以充分确保基坑支护和锚杆体系的结构刚度。基坑边坡支护工作中，先要开挖沟槽进行支护，撑开沟槽之后方可再采挖。开挖应分层进行，严禁超挖。严格控制横向支撑质量和地脚螺栓安装质量，确保支撑稳定。在某一个水利水电工程中，后坡高460m，右坝柱高527m，排水孔出口高455m。锚杆支护可用于建造这些位置。采用锚杆支护，可按梅花形状布置，使锚杆倾角控制在30°左右，施工时还需选用标准焊管和紧固件，搭设临时脚手架，落实安全防护措施，切实保障水利水电施工人员的安全。在边坡支护施工中，钢筋网也可布置在水电站Φ48mm钢管架的边坡上，人工绑扎钢筋网，并敷设在水利工程施工现场，可有效减少坡体坍塌事故，提高水利水电工程边坡稳定性。
6.3 钻爆法施工技术要点
根据工程地形条件，在水利水电工程施工过程中，将开挖作为主线处理，并充分落实支护措施，避免对工程施工造成影响，确保后续工程的施工质量。在此期间，如果土壤环境强度较高，则根据现场环境设置爆破点，并应控制影响范围［6］。
综上所述，边坡支护开挖对水利水电工程质量有着重要的影响，良好的边坡支护是提高施工安全性的关键。在我国综合实力的发展中，水利水电工程建设起着关键作用。政府也在大力支持和发展这类项目，项目的施工设备也在逐年更新，并趋近于完备。在水利水电工程建设过程中，要严格对待每一个环节和技术，控制好每一个细节，尽可能提高施工质量和效率，从而充分发挥边坡开挖支护技术在水利水电工程建设过程中的作用，为我国水利水电工程的进一步发展奠定坚实基础。
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