东庄水利枢纽工程大坝开挖施工方案研究

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1.陕西省东庄水利枢纽工程建设有限责任公司陕西西安 713200 2.黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州 450003

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摘要：东庄水利枢纽工程大坝开挖边坡高且陡、工程量大、工期紧张，采取合适的大坝开挖方案是保证工程顺利实施的关键。针对以上特点，分析了坝址处地形、地质条件、边坡设计等，初步拟定并分析比较了多个高拱坝开挖施工方案，并结合实际工程建设情况与要求进一步优化方案，提出了导流洞具备过流条件前进行大坝上部开挖、导流洞具备过流条件后至工程截流期间进行大坝中部开挖、工程截留后进行大坝下部开挖的施工方案，从施工方法、出渣道路布置、施工工期及强度等方面详细剖析了大坝各部位开挖的施工特性，为东庄高拱坝大坝开挖施工提供科学、高效的技术支撑。

关键词：东庄水利枢纽工程;高拱坝;边坡开挖;施工方案

Abstract： The excavation slope of the Dongzhuang Hydro Project is high and steep， with large quantities and tight construction period. The key to ensure the smooth implementation of the project is to adopt an appropriate dam excavation scheme. In view of the above characteristics， the terrain， geological conditions and slope design of the dam site are analyzed， and several excavation construction schemes of high arch dams are preliminarily formulated， analyzed and compared， and the scheme is further optimized in combination with the actual engineering construction situation and requirements. The dam excavation scheme is proposed as follows： the upper part of the dam is excavated before the diversion tunnel has the discharge capacity， the middle part of the dam is excavated from the diversion tunnel has the discharge capacity to the project closure period， and the lower part of the dam is excavated after the project interception. The construction characteristics of excavation in various parts of the dam are analyzed in detail from the aspects of construction method， layout of slag discharge Road， construction period and intensity， so as to provide scientific and efficient technical support for the excavation and construction of Dongzhuang Hydro Project.

Key words：Dongzhuang Hydro Project;high arch dam;slope excavation; construction scheme

泾河东庄水利枢纽工程是陕西省实施西部大开发战略、加快关中经济区发展的重大水利项目，是国务院批复的《黄河流域防洪规划》和《渭河流域重点治理规划》的重要防洪骨干工程。工程坝址位于泾河干流最后一个峡谷段出口上游29km[1]，工程开发任务为以防洪减淤为主，兼顾供水、发电和改善生态等综合利用。枢纽由混凝土双曲拱坝、坝下消能防冲水垫塘和二道坝、左岸发电引水系统、供水洞、排沙洞、库区防渗工程及码头等组成 [1]。水库总库容约32.76亿m3，混凝土双曲拱坝最大坝高230m，坝顶高程804m。

大坝坝址处河床狭窄、地形陡峻，属于典型的高山峡谷地形地貌，开挖最高边坡高度为278m，土石方开挖总量为690万m3。东庄大坝开挖具有边坡高、工程量大、施工强度高的典型特点，其开挖方案应重点分析研究。

1 大坝开挖设计及地形地质条件

大坝开挖由大坝坝肩及基础开挖、水垫塘边坡及基础开挖两部分组成，大坝开挖布置见图1。大坝坝肩及基础开挖最大长度（顺水流方向）为150m，最大宽度为80m，基础开挖最低高程578m，垫座开挖最低高程为574m，最高高程左岸为852m，右岸为845m，左右岸最高开挖边坡高度相应为278m、271m。土方开挖量约74万m3，石方明挖量约333万m3。水垫塘两岸边坡前接大坝坝肩下游边坡，后至二道坝坝后。水垫塘基础开挖最大长度（顺水流方向）为424.5m，最大宽度为40m，最低高程为576.5m，最高高程左岸为804m，右岸为820m，左右岸最高边坡相应为227.5m、243.5m。土方开挖量约32万m3，石方明挖量约251万m3。

坝址区两岸基岩裸露，山坡陡峻，760.00m高程以下多基岩裸露。分布地层主要为奥陶系中统马家沟组（O2m）灰岩及各种成因的第四系松散堆积层（Q）。坝址区处于唐王陵向斜的北翼，为单斜地层，岩层总体走向NWW，坝址区发育三条压扭性小断层：f55出露于坝线上游左岸，断层带宽一般5～40cm，充填岩块、岩屑及次生粘土，局部有角砾岩，有溶蚀;f5出露于右坝肩，断层带宽一般10～40cm，充填岩屑、角砾、方解石及少量断层泥，挤压较紧密，泥钙质胶结，轻微溶蚀，局部伴生方解石结晶，平面延伸长约660m;f56出露在坝线上游右岸，地表出露高程630.00～745.00m，为压扭性断层，断层带宽一般5～60cm，充填岩块、岩屑及次生粘土，局部有角砾岩。

2 大坝开挖施工方案拟定

2.1开挖施工方案设计原则

a.遵循自上而下逐层开挖;

b.充分利用现有地形，布置明线道路运输出渣;

c.利用截流前的准备期，尽可能将边坡开挖高程降至河道常水位附近，以减少截流后的基坑开挖工程量和开挖强度，缩短开挖工期。

d.选择合理、可行的导流方案，利用导流洞具备过流的条件，尽可能创造河床干地出渣条件，提高边坡开挖施工强度。

2.2开挖方案初拟及分析。水利水电工程边坡开挖遵循一般原则是利用岸坡地形，布置出渣道路，截流前进行常水位以上边坡开挖，截流后进行常水位以下边坡及基坑开挖。东庄坝址处常水位为590m，但右岸750m高程以下、左岸坝肩760m高程及水垫塘780m高程以下岸坡为近似直立的陡崖，此高程范围内岸坡不具备布置出渣道路的条件，无法按照常规思路开展岸坡开挖施工组织。对于右岸750m高程以下、左岸坝肩760m高程及水垫塘780m高程以下岸坡开挖，分析了三种可能的施工方案：

方案一，由于坝址处河槽常水位宽度仅20m左右，水深不足10m，岸坡爆破石渣直接落至河槽，将会堵塞河道形成堰塞湖，弃渣清理困难，施工效率低下。

方案二，拱坝坝肩开挖平面平均尺寸约40m×90m，具备布置溜井条件，溜渣井底部出渣通道为交通隧洞，左岸长度约250m，右岸长度约150m。水垫塘两岸开挖厚度平均不足20m，边坡开挖坡度为1：0.3，即使布置了溜渣井，在实际爆破施工时，仍有石渣会直接爆落至河槽，堵塞河道，溜渣井作用不明显。

方案三，截流后，将边坡上部爆破石渣推至下部河槽，集中从河槽出渣。对于高陡边坡开挖，方案三容易实施，可行性高，该方案缺点是施工时段受到限制，必须在河床截流后施工，造成施工工期紧[2]。

综合上述分析，坝肩开挖选择临建工程量小、施工可行性相对较高的方案三为推荐施工方案，即：截流后将下部开挖石渣由推土机推至下部河槽，集中从河床出渣。

2.3开挖方案优化。结合工程建设情况及截流目标，导流洞计划2021年5月初具备过流运用条件，至2021年10月初截流有5个月的时间，可以充分利用导流洞具备过流条件至工程截流间时间段进行两岸坝肩开挖，降低截流后下部岸坡开挖施工强度，使截流后开挖工期更有保证，大坝开挖方案设计如下。

a.在2021年4月底导流洞具备过流条件前，进行上部开挖，即：左岸坝肩760.00m高程及水垫塘780.00m高程、右岸750.00m高程以上岸坡开挖，开挖石渣由支线道路出渣。

b.2021年5月1日导流洞具备过流条件至2021年10月初截流期间，进行中部开挖，即：左岸坝肩760.00m～690.00m及水垫塘左岸780.00m～710.00m、右岸750.00m～690.00m高程之间的岸坡开挖，开挖石渣由推土机推至下部河槽或挖掘机甩渣至下部河槽，集中从河床出渣。

为保证此期间及时下河清运渣料，在上、下游布置过水围堰拦挡洪水，施工期加强上游洪水预报。通过水力学计算，当施工期洪峰流量不超过1063m3/s时，堰前最高水位为605.00m，此时围堰挡水，导流洞泄流;当施工期洪峰流量不超过1960m3/s时，在洪峰来临之前，提前充满基坑，由导流洞与河道联合泄流，其中导流洞下泄流量为1636m3/s，河道过水泄流量为324m3/s，相应的上游水位为609.00m，洪水过后进行基坑排水，恢复基坑;当施工期洪峰流量大于1960m3/s，在洪峰来临之前，在上、下游围堰挖开缺口，停止开挖施工，人员设备及时撤离。

c.工程截流后进行下部开挖，即：两岸坝肩690.00m～590.00m、左岸水垫塘710.00m～590.00m、右岸水垫塘690.00m～590.00m岸坡及基坑开挖，开挖石渣由推土机推至下部河槽或挖掘机甩渣至下部河槽，集中从河床出渣。

3 大坝开挖施工方案布置

3.1施工方法及出渣通道。上部岸坡土方或覆盖层开挖采用103kW推土机集料，2m3挖掘机挖装，15t自卸汽车运至弃渣场。岸坡石方开挖自上而下分层进行梯段爆破[3]，分层高度为10～15m，临近边坡开挖线采用预裂爆破，钻孔采用ROC812型液压履带钻机钻孔。拱肩槽采用预裂爆破控制边坡成型，边坡不设马道、一坡到底，为解决架钻施工需要，每个梯段预裂开孔处采用超欠平衡法，实际开挖线与设计线最大的超欠挖量控制在±20cm[4]。爆破后石渣由132kW推土机集料，3m3挖掘机挖装，20t自卸汽车运至弃渣场。在高边坡开挖过程中，防止爆破石渣和机械翻渣不滚落河槽中，在低线路外侧设置钢筋石笼拦渣墙[5]形成落渣平台，并及时清理堆积的渣料。落渣平台总宽度为8m，外侧设置断面为2m×2m的钢筋石笼挡墙。

中部覆盖层采用132kW推土机直接推渣或3m3挖掘机甩渣至河床，从河床出渣。石方开挖方法与上部一致，爆破后石渣弃至河床方式与覆盖层一致。弃至河床的土石渣再采用4m3挖掘机装渣，32t自卸汽车运至弃渣场。在上部推渣时，河床停止出渣工作，河床出渣时，上部停止推渣工作，但可以进行钻孔作业。

下部690.00m以下岸坡具体施工方法同上部，基础开挖包括大坝基础、水垫塘和二道坝基础开挖，主要为590.00m高程以下开挖，各部同步进行。基础覆盖层采用132kW推土机集料，4m3挖掘机挖装，32t自卸汽车运输至渣场。河床基岩采用逐层爆破开挖，在临近建基面的常规开挖梯段爆破的底部与建基面之间预留保护层，预留保护层采用光面爆破，石渣挖运方式与覆盖层一致。

3.2道路布置。上部开挖沿岸坡每20～30m高修一条施工支线。右岸从4#道路和泾河大桥右桥头795.30m高程处各接一条支线道路，分别至边坡780.00m、750.00m高程;左岸从7#道路和左岸永久上坝道路接支线道路分别至边坡845.00m、825.00m、804.00m、780.00m、760.00m高程，各施工支线道路具体特性见表2。

中下部开挖从河床出渣，但河床狭窄，施工道路布置困难，为降低基坑施工出渣强度与难度，分别在基坑上游布置一条、下游布置两条进入基坑的施工交通洞。下游下基坑施工交通洞（1#路-1）由下游场内1#路至基坑583.00m高程，考虑到为导流洞过流后岸坡及基础开挖提供多工作面出渣条件，并为后期基坑混凝土运输提供通道，新建由1#路-1交通洞至基坑590.00m高程的1#路-4施工交通洞。上游下基坑施工交通洞6#路-1从上游临时贝雷桥左桥头接引，出口位于上游围堰与拱坝基坑开挖线之间，为截流后基坑开挖提供出渣运输通道。

中部利用下游围堰顶施工支洞（1#路-3）经下游过水围堰垫渣至基坑和上游贝雷桥左岸布置截流施工支线跨越上游过水围堰至基坑作为出渣通道。右岸690m高程以下、左岸坝肩690m高程以下及左岸水垫塘710m高程以下边坡开挖以上游施工交通洞6#路-1、下游1#路-1交通洞、下游1#路-4交通洞及下游围堰顶至水垫塘基坑590m高程施工支线作为出渣通道。

3.3施工工期与施工强度。上部左岸岸坡开挖开始时间为2020年10月1日，开挖工期7个月，最大开挖高度92m，平均每月下降13.14m/月;右岸开挖开始时间为2020年9月1日（原进度计划为2020年5月1日），开挖工期8个月，最大开挖高度100m，平均每月下降12.5m/月。中部开挖开始时间为2021年5月1日，开挖工期5个月，左岸最大开挖高度70m，平均每月下降14m/月，右岸最大开挖高度60m，平均每月下降12m/月。下部开挖开始时间为2021年10月1日，岸坡开挖工期8个月，坝肩边坡最大开挖高度100m，平均每月下降12.5m/月，水垫塘边坡最大开挖高度120m，平均每月下降15m/月。基坑开挖工期为2.5个月，最大开挖高度16m，平均每月下降6.4m/月。大坝岸与水垫塘的各层开挖具体施工工期及强度见表2。

结语：大坝开挖施工方案、施工方法与程序是高拱坝建设过程中的关键问题，直接关系到大坝的建设质量和建设周期。本文结合东庄工程地形地质条件、施工条件、导流程序和总体进度计划安排，对东庄狭窄河谷高陡边坡施工方案进行拟定及优化，提出的大坝上、中、下部开挖分别在导流洞具备过流条件前、导流洞具备过流条件至工程截流、工程截留以后三阶段进行的施工方案是合适的同时从出渣通道布置、施工工期及强度进一步分析了方案的合理性。当前，东庄拱坝大坝开挖已接近尾声，实践证明本文提出的施工方案、方法基本得当，可供类似工程借鉴。

参考文献

[1]张春生，杨道坡，董京艳.东庄水利枢纽工程导流洞布置设计[J].人民黄河，2018，40（01）：100-103.

[2]刘晓军，陈敦科，范五一.乌东德水电站坝肩边坡及深基坑开挖方案研究[J].人民长江，2014，45（20）：72-75.

[3]王锦江，李明柱，范永，等.盖下坝水电站坝肩开挖施工技术[J].东北水利水电，2015（09）：16-17.

[4]殷浩智，罗飞跃.大岗山大坝左岸拱肩槽开挖施工技术[J].人民长江，2011，42（14）：83-86.

[5]杨贵.溪洛渡水电站高边坡开挖方案研讨[J].爆破，2014，31（02）：62-66.

基金项目：陕西省水利科技计划项目（2021slkj-3）

作者简介：穆立超（1990.10-），男，河南固始，工程师，从事水利水电工程施工组织设计工作.

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