水利水電工程土石方施工技術初探

余祚民

（古田縣卓洋水工混凝土模板施工有限公司 福建古田　352200）

水利水電工程土石方施工技術初探

余祚民

（古田縣卓洋水工混凝土模板施工有限公司 福建古田352200）

水利水電工程是關系國計民生的重大基礎設施，土石方施工則是水利水電工程的重要基礎環節之一。本文將主要探討當前水利水電施工工程土石方施工技術的主要類別，分析了做好土石方施工在整個工程中的重要作用，從而為水利水電的施工提供有效的基礎保障。

土石方；水利水電工程；施工技術

引言

在我國的水利水電工程施工過程中，土石方施工是非常重要的施工技術，其中包含了大量的土石方開挖以及填筑的施工項目，這些都是較為關鍵的核心項目。在近十幾年的發展過程中，我國水利水電土石方工程在施工規模、機械化水平、強度以及爆破技術上都得到了較大進步，同時在應對復雜地形情況以及高難度施工方面也取得較大突破。

1　水利水電工程中的土石方施工技術分析

1.1土石方工程施工爆破技術

炸藥和起爆器材的發展帶動了機械化水平的持續提高。手風鉆爆破施工的時代已經結束，如今已經是潛孔鉆爆破施工時期，而且高風壓逐漸取代低風壓正在成為主流，這此發展同時為工程爆破技術提高速度、加大鉆孔直徑等提供了良好的技術條件。另外，從國外引進的技術和設備也為我國相關技術的發展做出了一定的貢獻，如液壓鉆機、多臂鉆機和反井鉆機等的引進與應用，為我國的高鉆孔效率與精度提供了參考，正帶領國內鉆孔爆破技術上升一個新臺階。當前，我國已經實現了現場連續、自動化合成炸藥生產工藝與裝藥機械化技術，這有賴于混裝炸藥車的引進與開發，通過對引進產品生產條件的逐漸完善、產品質量的不斷提高，不斷改進爆破效果，進而顯著提高了我國的裝藥技術水平與爆破效果。

1.2土石方明挖技術發展分析

隨著我國爆破機械以及鑿巖機等機械的研發的進步，這些科研成果對于我國的施工爆破技術做出了很大貢獻。例如我國的微差爆破技術、預裂爆破技術都發展到了成熟階段。鑿巖機具和爆破器材的研發與進步帶動了我國梯段爆破技術的發展創新，梯段爆破布孔如圖1所示。而且當前我國預裂爆破技術、光面爆破技術和微差爆破技術日臻完善，基本已經處于成熟應用階段，并且隨著工程施工機具的不斷研發，工程施工方法和工藝也在持續提升、完善。據相關統計，我國當前在建或者已建大型水電站有51座，已開發土石方總面積達4.45億m3，每年土石方開挖量大于4400萬m3。

1.3土石方明挖施工機械發展

圖1　梯段爆破布孔示意圖

解放初期建設的部分大型水電站，基本上都經歷了從半機械化到機械化的土石方明挖施工技術轉變過程。我國的土石方明挖施工機械化起步較晚，60年代末期，低水平的機械化土石方開挖施工技術才逐漸形成，這個階段自卸汽車、斗容挖掘機和手風鉆是主要的施工設備。如果遇到大型的土石方工程，這此設備基本無法施工，只能大量引進國外先進設備。70年代后期到80年代，是我國土石方施工機械化水平快速發展階段，主要常用的機械設備也出現了變化，主要有輔助機械、挖裝機械、運輸機械和鉆孔機械，并且當時已經可以構成配套的開挖設備了。

1.4控制爆破技術分析

在我國基巖保護層的開挖工程中，從之前的分層開挖逐步向目前的水平預裂或是光面預裂爆破方式進步，在一些工程中開始使用更為先進的在孔底鋪設柔性墊層爆破方式來進行拆除。這種先進技術的應用不僅可以保證質量還可以加快施工進度。在針對基巖層的一此特殊區域進行爆破工作時，也可以同時對于之前的混凝上結果以及灌漿區難題等進行解決。控制爆破的基本原理為等能原理，即使介質只產生一定寬度的裂縫或原地松動破碎，而無剩余的能量造成危害。單位爆炸能A可用下式進行計算：

式中：Qv——單位炸藥爆熱，J/kg；。

T1——爆炸反應終了瞬間爆炸氣體溫度；。

T2——爆炸氣體膨脹后的溫度。

如果設介質裂紋表面能為φ則裂紋擴展單位面積所需能量2φ，若介質破壞后形成的裂紋表面積為F，則需的能量總和為2Fφ。

等能原理可用下式表示：

式中：Q——炮孔裝藥量，kg；

η——爆炸能量利用系數。

1.5土石方高陡邊坡開挖技術分析

水利水電工程施工過程中通常會遇到高邊坡問題，需要采取加固措施以防止滑動。而土石方高邊坡加固技術的應用，可以加固巖體，從而保證邊坡穩定性。其具體表現有兩種：①預應力錨固技術；②混凝土結構抗滑技術。預應力錨固施工技術具有高效、靈活、受力好等優點，同時還可以保證巖體主動受力不受破壞。預應力錨固施工技術的施工工藝包括：打孔造束落束與錨固張拉審核加固。進行打孔時，應嚴格根據實際施工要求進行打孔、測孔、擴孔、掃孔。若有特殊情況，應確保直孔段固定性，并于掃孔后進行再次擴孔。打孔時需根據位置關系確定鋼絲間隔，避免出現互相交叉問題。另外，為了保護鋼絲，應保證鋼絞絲和錨束鋼絲之間的間隙。預應力錨固施工過程中，還應保證預應力錨固施工質量，在錨固段灌漿和封孔灌漿進漿管之間合理布置排氣管和通道。混凝土結構抗滑技術通常包括混凝土擋墻技術、抗滑樁技術及框架、噴護技術。混凝土擋墻技術通過混凝土擋墻可以局部改變滑坡體的受力平衡狀態，從而預防滑坡體變形延展；抗滑樁技術具有的經濟性和高效性，使其在滑坡治理中得到廣泛應用，尤其是在滑動面傾角較緩治理方面。其中，深井在滑坡工程中的應用不僅可以充分發揮擋土墻的作用，同時還能起到一定的防滑樁作用；框架、噴護技術中的混凝土框架可以保護滑坡體的表層，全面提升坡體整體性，同時，還能有效避免風化和地表水滲水的影響。此外，框架護坡技術還具有施工便捷、排水方便等優點。

2　土石方平衡

對于較為大型的水利水電工程來說，科學合理利用開挖料是非常重要的一個環節，對于保持挖填的平衡具有良好效果。比如說在我國多個項目施工過程中都曾有效使用開挖料來對大江進行截留以及工作面的填筑等。某工程開挖的土石方體積達到了700萬m3，而開挖料的利用率達到了9成以上，做到了完美的土石方平衡與利用，這此案例都對我國土石方挖填的平衡起了很大作用。土石方平衡的計算有兩種：①方格網法，如圖2所示；②斷面法，如圖3所示。目前，在我國建設完畢的壩高在30m之上的多種壩型之中，其中土石類的大壩占據了8成以上，自從20世紀90年代以來我國在建設中的高土石壩數量迅速增加，待建的工程項目數量則更多。在眾多工程中土石壩施工技術得到了很大進步。在20世紀70～80年代中期我國開始自主研發大型的施工機械，這對于高土石壩的發展來說起到了很大的推進作用。例如我國心墻土石壩以及混凝上堆石壩等因為工程的成本較低以及施工口期較短等讓這此技術等得到了很大進步。

圖2　網格法

圖3　斷面法

3　土石壩施工技術

土石壩是我國當前水利水電工程當中主要的壩型，在我國已經建成的壩高30m以上的壩型中大約占80%左右，尤其是從20世紀90年代開始，在待建和正建工程中土石壩壩型逐漸增多，隨著高土石壩壩型修建工程的不斷增多，土石壩工程施工技術也得到了較快的發展。尤其是隨著新型和大型工程施工機械的出現與應用，直接推動了高土石壩的建設及其技術發展、此外，由于瀝青混凝上面板堆石壩、混凝上面板堆石壩和心墻土石壩工程造價比較低，而且工期相對也比較短，所以這此技術也得到了業界人士的關注與肯定。當前，我國土石壩的施工規模、施工技術和管理水平等與國外先進水平相比還有一定的差距，但是隨著更多工程的實施和相關工作人員的不斷努力研發，在不久的將來我國土石壩施工技術水平必將得到快速的發展與提高。

4　地下工程建設與發展

在20世紀60年代前，我國水利水電工程中都是采用較低機械化水平的手風鉆孔爆破技術進行施工，整體施工水平不高，且施工進度不高。1963年，陸渾水庫首次應用錨桿支護施工技術，并取得較好的施工效果，隨后該技術在1985年魯布革水膽戰的施工中應用，并創新了施工進度記錄，此后，錨桿支護技術開始在水利水電工程施工中逐漸得到應用。當前，我國水利水電工程隨著我國社會經濟和科學技術的快速發展而迅速發展，而水利水電工程的發展相應促進我國抽水蓄能電站施工建設的發展。如二灘水電站、小浪底水電站等施工建設中，地下工程的眾多優勢使其整體水平位列世界領先水平。據相關資料統計顯示，我國當前已建和在建的地下廠房已達60座以上，例如，在龍灘水電站施工中，設置了超過100個洞室，各個洞室相互貫通，形成一個系列的洞室群。而水利水電工程建設在豐富的水力資源環境下進行施工，可以充分利用不良地質洞段施工技術，從而保證了工程施工進度。

5　結語

總而言之，土石方施工技術在水利水電工程中的逐漸應用，并已經成為水利水電工程中不可或缺的一部分。在水利水電工程施工過程中，應合理應用土石方明挖技術、爆破技術、高邊坡加固技術，同時，今后仍需繼續加強對土石方施工技術的研究，不斷提升施工技術含量，從而提高土石方施工技術在水利水電工程中的應用質量，促進水利水電工程的良好發展。

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