张喜武，金 辉，张 煜，张 威，张继军

（1.中水东北勘测设计研究有限公司，吉林长春130021；2.水利部松辽水利委员会，吉林长春130021）

1 高山窄谷拱坝开挖遇到的问题

高山窄谷拱坝岸坡一般陡峭，河谷呈窄V形，一般窄谷被冲蚀，窄谷岸坡常在70°～80°，甚至一定高度范围内呈倒坡。窄谷拱坝的谷底，有时因急剧冲蚀而形成深槽，这种深切峡谷往往容易形成顺坡的卸荷松弛，较大的边坡变形，甚至潜在崩塌和滑坡。这就要求对岸坡很陡的窄谷拱坝必须认真对待两岸边坡地质条件和两岸高陡边坡的处理。高山峡谷拱坝如采用常规大开挖方式，多存在高边坡处理的问题，支护工程量巨大；施工条件差，施工风险高；大开挖工程量巨大，对原生态环境影响大；弃渣场规模庞大，占用土地资源，生态环境影响较大。

2 坝肩槽挖技术研发目的

为解决高山窄谷拱坝拱肩槽开挖及支护带来的工程量暴增，施工难度大、施工风险高、破坏生态环境、浪费土地资源等问题，通过高山窄谷拱坝拱肩槽掏槽开挖坝顶洞挖的方式大大的减少了开挖量、支护量、弃渣量：将对生态环境的影响降到最低限度；最大程度上减少了弃渣场等土地资源的占用；降低了施工难度，增加了施工安全保障。

3 坝肩槽挖技术研发总体思路

在高山窄谷拱坝坝址处多悬崖峭壁，山高坡陡，人员物资运输困难，基本无交通条件，危险性高，施工过程中通过交通洞到达坝头，交通洞在坝头是拱肩槽唯一的开挖作业面，交通洞口也是将来大坝的坝头，对交通洞洞口进行加强支护锁口，保证施工期、运行期交通洞口安全。自交通洞沿拱肩槽掏槽开挖，开挖一个梯段后马上支护，防止上部掉块，威胁下部开挖、除渣和支护的安全。拱肩槽开槽宽度尽量减少，拱肩槽开挖设计中改变常规拱坝拱肩槽大开挖方式，采用拱肩槽掏槽开挖，坝顶洞挖的型式。充分考虑到了工程实际地质、地形情况，因地制宜，优化拱坝体形，优化开挖方式，最大可能的减少开挖量、避免高边坡支护工程量，降低了施工期风险，减少了土地资源占用，减少对生态环境的破坏。

4 坝肩槽挖技术方案

4.1 拱坝体形优化

拱坝体形设计采用拱坝体形优化程序优化拱坝体形，并经过坝肩抗滑稳定复核计算确定体形。优化后体形在满足建基条件前提下减少坝头嵌入深度，降低对坝头上部山体的扰动；减小拱坝中心角，特别是顶拱中心角，尽最大可能实现拱坝的扁平化，减小拱端向下游侧推力，使拱端推力合力方向尽可能推向两岸山体，有利于坝肩稳定，最大程度减小坝顶洞挖跨度，为坝肩槽挖成洞创造有利条件。

4.2 开挖爆破参数控制

坝址区呈狭窄的“V”型河谷，坝址两岸地形高耸陡峻，基岩裸露，两岸谷坡坡度约60°～90°，施工过程中通过交通洞到达坝头位置。

开挖梯段在靠近坝顶洞挖部位梯段不大于5 m，两个梯段后开挖梯段可增加至10 m。相邻梯段开口线平行，保证钻孔在同一平面内。

5 m梯段，主爆孔采用中风压潜孔钻钻设，孔径90 mm，主爆孔孔距2.5 m，排距2.0 m，孔深5.0 m，装药长度2.5 m，连续装药，主爆孔堵塞长度2.5 m，起爆网络采用导爆索加非电毫秒导爆雷管；缓冲孔采用手风钻钻设，孔径42 mm，孔距0.5～0.8 m，缓冲孔深5.0 m，装药段长度3.0 m，堵塞长度2.0 m，起爆网络采用导爆索加非电毫秒导爆雷管；光爆孔采用手风钻钻设，孔径42 mm，孔距0.5 m，不耦合系数1.3，光爆孔深5.0 m，装药长度4.2 m，间隔装药，堵塞长度0.8 m，光爆孔距离缓冲孔距离0.5 m，起爆网络采用导爆索加非电毫秒导爆雷管。

10 m梯段采用中风压潜孔钻钻设，孔径90 mm，主爆孔孔距2 m，排距3.5 m，孔深10 m，装药长度7 m，连续装药，主爆孔堵塞长度3 m，起爆网络采用导爆索加非电毫秒导爆雷管；缓冲孔孔距2.5 m，缓冲孔装药量20 kg，缓冲孔深10 m，装药段长度4.6 m（间隔装药），堵塞长度2.5 m，起爆网络采用导爆索加非电毫秒导爆雷管；预裂孔孔距1 m，不耦合系数2.8，孔深10 m，装药长度9 m，间隔装药，堵塞长度1 m，预裂孔距离缓冲孔距离1.5 m，起爆网络采用导爆索加非电毫秒导爆雷管。

经工程实践，开挖梯段深度及单响药量控制对爆破开挖效果影响明显，在控制爆破的过程中必须引起足够重视，具体参数根据地质情况调整，经现场爆破试验后确定。

4.3 加强锁口

拱肩槽采取全径向槽挖，坝顶洞挖，由于拱肩槽岩体不同程度卸荷，且开挖边坡较陡，上部开挖边坡基本直立，甚至局部会出现倒坡，为了保证施工安全在坝顶洞挖后就进行洞挖加强锁口，采用锚筋束结合锚杆进行洞壁及顶拱锚固，根据岩石情况及开挖跨度确定混凝土衬砌厚度及配筋，在锁口段衬砌过程中，在衬砌顶拱预埋“葫芦吊”固定埋件及电缆架，为以后的葫芦吊安装准备条件。在进行加强锁口的同时对洞口周边岩体进行检查，对松动岩块进行清翘或挂网喷锚，保证洞口周围岩石整体稳定局部无掉块的前提下继续向下开挖。每次开挖后进行上一梯段的支护工作，分段开挖，分段支护，避免了高边坡支护，降低了施工期安全风险。

4.4 垂直升降设备除渣

由于高山峡谷中的地形陡峭，很多地方在80度左右，甚至垂直，拱肩槽开挖爆破过程中一部分渣体被抛落河床，一部分渣体残留在开挖面内，由于工程量相对较大，人工清理难度较大，效率低，为此采用机械清渣，由于机械无法自行到达清渣作业面，且在爆破时需躲避，故在坝顶洞挖锁口衬砌段设置双向葫芦吊，将用于清渣的PC100挖机从坝顶交通洞吊至清渣作业面，待进行下一梯段爆破时再将挖机提升至坝顶，转至交通洞避炮，保证施工机械安全，采用此种清渣方式大大提高了清渣效率。

5 总结

高山峡谷拱坝坝肩槽挖较常规大开挖方案大大减少了开挖量，避免了高边坡支护，减少了弃渣量，减少了土地资源的占用，降低了开挖和支护的施工难度和风险，最大程度上减小了对原生态环境的影响。

通过体形调整，减小了拱坝顶拱中心角，进而减小拱坝坝头洞挖的洞径，改善了坝头洞挖受力条件，对山体稳定是有利的。由于拱坝体形调整过程中在满足坝体应力的前提下，缩小了拱坝顶拱中心角，进而减小坝头洞挖跨度，为坝头开挖成洞提供了有利条件。

高山窄谷拱坝拱肩槽挖方式大幅减少开挖工程量、高边坡支护工程量、降低施工难度、提高施工安全保障、减少弃渣量、减少土地资源占用、减少对生态环境的破坏，直接经济效益明显，间接效益可观，社会效益巨大，对类似工程起到参考借鉴的作用。高山窄谷拱坝拱肩槽挖技术已经获得国家发明专利，并在重庆云阳盖下坝水电站工程中应用，盖下坝水电站2012年蓄水发电，现运行状态正常。