卡洛特溢洪道防淘墙开挖优化分析

周杰民 1 万志鸿 1 王磊 1 吴国林 1 林超 2

摘要：卡洛特水电站泄水建筑物为开敞式溢洪道，由进水渠、控制段、泄槽、挑坎及下游消能区等组成。受巴基斯坦新冠病毒疫情影响，消能区防淘墙开挖人员、设备无法及时到位，工期较进度计划有所滞后。原防淘墙施工方案开挖宽度仅3.5m，施工出渣非常困难，将无法按期完工。为保证防淘墙开挖按期完成，确保施工过程中安全、质量满足设计和技术规范要求，对防淘墙开挖方案进行了优化研究。

关键词：开挖、防淘墙

一、前言

KAROT水电站坝址位于巴基斯坦旁遮普省与AJK特区交界处的KAROT桥上游1km处。卡洛特水电站是“中巴经济走廊”首个水电投资项目，是丝路基金成立后投资的“第一单”，也是“一带一路”首个大型水电投资建设项目。

卡洛特水电站泄水建筑物为开敞式溢洪道，由进水渠、控制段、泄槽、挑坎及下游消能区等组成。受巴基斯坦新冠病毒疫情影响，消能区防淘墙开挖人员、设备无法及时到位，工期较进度计划有所滞后。

根据施工总进度计划要求，溢洪道防淘墙（F1～F14）要在2020年12月中旬完成全部开挖任务。防淘墙F1～F14槽挖深度5.5m～10.0m，开挖宽度仅3.5m，施工出渣非常困难。如按正常槽挖，将无法按期完工。为保证防淘墙开挖按期完成，确保施工过程中安全、质量满足设计和技术规范要求，对防淘墙开挖方案进行了优化研究。

二、工程概况

防淘墙位于溢洪道泄槽段下游，全长456.94m。根据地形和结构，防淘墙槽挖分三段进行施工：

（1）F10～F3开挖长度154.24m，顶部EL381.0，底部EL374.0m，开挖深度7.0m。

（2）F14～F10开挖长度202.7m，顶部EL387.0，底部EL377.0m，开挖深度3.5-10.0m。

（3）F3～F1，开挖长度100.00m，顶部EL381.0m，底部EL373.5m，开挖深度5.5-7.5m。

3. 原3.5m宽分层槽挖施工

防淘墙为3.5米宽的基础槽坑，深度最大达10米，岩石强度较低（多为泥质粉砂岩或粉砂质泥岩），爆破作业仅有1个临空面，主要以掏槽爆破的方式进行分层开挖，从左岸向右岸每层开挖3.0～4米，每段长度20～30m。采用1排主爆孔布孔方式，进行主体部分开挖。见图1。

图1 防淘墙槽挖剖面图（以10米孔深为例，9.5m深+0.5保护层=10.0m）

为确保防淘墙基底完整（减少爆破裂隙），槽底预留0.5米保护层，采用手风钻、风镐配合人工等方式进行撬挖，降低槽坑底部超挖量。

爆破之后，表层大方量渣料使用1.6m3反铲从下游往上游沿轴线挖装，25t自卸车运输（有用料）至大坝填筑或（废料）弃渣场堆放。1台反铲配合4～5台自卸车开挖渣料。开挖过程中形成1：10的纵坡，以便重车安全通行。见图2。

防淘墙首层开挖深度0.0～-4.0m左右（建基面高程为0.0m），宽度3.5m，使用1.6m3反铲即可完成主要出渣任务。第二层再次开挖3.0m，1m3挖掘机在3.5m宽的沟槽内从-4.0～-7.0继续（从左岸往右岸沿轴线）进行开挖，形成1：10纵坡。见图3。

在进行第3层开挖时，坑槽深度为-7.0～-10.0m。坑槽底部大量渣料（通过长70m临时道路（1：10纵坡）采用1m3反铲配合25t自卸车出渣至指定渣场，坑槽底部剩余小部分渣料以及保护层人工开挖的渣料，用手推车运到3m3装渣吊罐内，用50吨汽车吊吊出坑槽外，用装载机配合自卸车运至弃渣场。见图4。

图2：防淘墙基槽首层（4m以下）出渣示意图

图3：防淘墙基槽第2层（4.0-7.0m）出渣示意图

图4：防淘墙基槽第3层（7.0-10.0m）出渣示意图

经测算（30m/段），首层预裂爆破需要1天，开挖钻爆需要1天，出渣需要2天；第2层钻爆1天，出渣3天，第3层钻爆1天，出渣6天，支护需要6天（上游垂直边坡素喷混凝土，打9m系统锚杆及处理坡脚欠挖），完成10m槽挖合计需要22天时间，7m槽挖需要14天时间。且由于现场空间有限（3.5m宽，3-4.0m深），无法通过增加资源方法赶工。

如果按此进度进行开挖，防淘墙F10～F14（10m深）6段（ 182.7m/30.5m=6）开挖完成需要22×6=132天，F1～F10（5.5～7.5m深）8段（254.24m/30m=8.5）开挖完成需要8.5×14=119天。按照相向开挖，从10月8日开始起算工期，最快也要在2021年2月3日完成。远远无法满足施工进度计划（2020年12月12日完成）。所以必须优化改变现有开挖方法。

3. 优化后7.5m宽平台开挖施工

经过上面分析，防淘墙开挖耗费时间最长工序是出渣（11天，占总天数22天的50.0%），其次是3层支护的时间（6天，占总天数22天的27.3%），两者时间相加（11+6=17天）占开挖工序总时间的73.3%。所以可以采取加宽作业平台措施加快出渣速度和减少开挖层数，以缩短出渣和支护耗费时间。

对于F1～F3（深度5.5～7.5m）和F3～F10（深度7.0m）段的开挖，拟采用2层钻爆方法开挖。见图5。

第1层：EL381.0～377.5，开挖深度3.5m，第一层开挖上口宽8.55m，下口宽7. 5m，坡比1：0.3（砂岩边坡）。1.0m3反铲挖掘机可回转最小半径为6.5m，有7.5m施工平台可满足正常出渣需要。每段首层出渣量为：30×28.1=843m3，斗容1m3的PC200型挖掘机，每小时出渣量为42m3，则843/42=20.1h，即2.0个台班即可完成出渣任务。首层钻爆需要2个台班，合计（4.0台班）2天即可完成首层开挖和出渣任务。

第2层：开挖EL377.5-374.0m，钻爆1天，出渣可站在首层挖好的4m宽施工平台上，出渣量367.5m3，方量不大，但是因为在槽底需要挖机反复扒渣，需要2天（4个台班）可完成第2层出渣任务。其余喷护需要2天，打9m系统锚杆3天，处理坡脚欠挖1天。

图5：F3-F1优化开挖施工断面图图

综上，完成1段（30m）开挖时间为：2+1+2+2+3+1=11天，和原方案3.5m宽槽挖2层需要的14天相比，工期提前3天。

则，F1～F10（5.5～7.5m深）8段（254.24m/30m=8.47）开挖完成需要8.5×11=94天。分两端相向施工，比原3.5宽槽挖施工方案提前119-94=25天。

对于F14～F10段的开挖（深度3.5-10.0m），也采用7.5m宽平台进行，10m和7m深部分采用2层开挖方法，3.5m深段采用1层开挖完成。优化后F14～F10开挖支护需要76天，比3.5m宽深槽开挖时间132天提前56天。

3. 方案对比

防淘墙优化方案实际工期与原方案计划工期对比分析：原方案中开挖支护占用工期103天, 混凝土总工期103天，总工期153天；而实际按方案优化后，开挖、支护、混凝土总工期109天，与原方案计划工期对比，开挖支护节约大量间。

优化方案较原方案将增加开挖工程量约1万m³, 回填混凝土约1万m³。

如果不进行方案优化，根据原计划工期，防淘墙将延后44天，至7月28日才能完成防淘墙的施工，将经过主汛期，面临施工中断的风险，成本进一步增大的风险。

按原设计图纸开挖施工，施工设备无法展开，施工效率低，施工难度大，无法满足工程进度要求，且在汛期施工安 全风险大。优化方案虽然增加了成本，但大大节省时间成本，缩短了关键线路工期，保障了工程安全度汛。

参考文献：

1.《水布垭水电站防淘墙墙体开挖施工技术》，【作者】李吉、林乔真。