白格堰塞湖左岸残体开挖方法研究与实践

于广斌

(中国安能集团第三工程局有限公司成都分公司，成都，611130)

1 白格堰塞湖左岸残体应急处置概况

白格滑坡位于西藏自治区江达县波罗乡白格村与四川省白玉县绒盖乡则巴村交界处金沙江右岸，2018年10月11日、11月3日，发生两次大规模高位滑坡，阻断金沙江干流，形成堰塞坝。人工干预泄洪经溃决形成新的河道将堰塞体一分为二。堰塞残体大多堆积于金沙江左岸，顺河呈条带状分布，上游略窄，中下游大致等宽，长度为742m～851m，宽度为220m～330m，最大堆积高度约113m。溃堰后河床过流断面束窄严重，若不清除左岸残留堆积体，一旦边坡开裂破坏危险体失稳下滑，有可能会再次造成河床残留堆积体叠加，堵江形成较大规模的堰塞湖，危及下游沿江人民生命财产安全。

应急处置内容是清除滑坡体主滑槽对应的河床左侧残留堆积体，为可能滑落的开裂危险体腾出空间，降低堰塞形成的堰顶高程。设计方案为将堰塞体残体靠近河道侧不小于40.0m范围内且2920m高程以上的残体全部清除，形成沿河方向600m长，高程2920m～3010m，坡比为1∶2开挖边坡，高程每20m设置2.0m宽马道，残体上段开挖的土石方沿河段向上游堆放，残体下段开挖的土石方沿河段向下游堆放，开挖土石方245.13万m3，施工时段确定为2019年4月下旬-2019年6月中旬，施工工期为60d。

2 设计建议施工方案

为充分发挥设备的作业能力，加快施工进度，在考虑开挖、装车、运输等因素后，初拟开挖作业面设置4条运输车道，共计14.0m；预留装载、等待预计作业面清理等作业区间，共计10.0m；考虑反铲作业半径一般为8.0m～10.0m，同时考虑反铲作业面后退，为工作面的交换预留空间，确定的施工作业宽度为40.0m。开挖作业面布置如图1所示。

图1 开挖作业面布置示意

经计算，为完成相应的开挖任务，需配置15台2.0m3反铲挖掘机、147辆20t～25t自卸汽车及相应配套设备。

3 应急处置开挖方案比选

由于开工日期推迟至6月，已进入雨季，常规施工手段已无法满足处置需要，并且右岸滑坡体仍处于不稳定状态，随时会因暴雨而出现大面积塌方，增加施工人员和设备的安全风险。通过现场勘察发现，设计推荐施工方案是从设备台、班、产量结合工期推算出设备配置，而现场施工作业面内无法布置如此数量的装备，必须对方案进行论证和比选。经综合考虑，提供五种备选方案。

3.1 自上而下逐层削坡开挖法

此方案按照常规施工组织进行施工，开挖方法为先采用挖掘机自下而上修建施工道路至堰顶，削坡修建开挖工作平台，布置车辆进行出渣。开挖分层厚度约5m～6m，每级马道进行3～4层开挖。为充分发挥设备的作业能力，加快施工进度，考虑开挖、装车、运输等因素，确定施工作业宽度为40.0m。设备配置上按沿河方向布置，共需配置2.0m3挖掘机600m/35m(挖掘机作业范围)=18(台),20t自卸车140～150辆。

(1)优点：施工方案成熟，开挖方法简单，安全保证率高。适用于工期宽松，施工时段气候良好，现场道路情况较好的工程。

(2)缺点：开挖进度较慢，强度无法保证。设备配置只从平面布置角度整体进行计算配置，没有考虑开挖前地形情况是否与设备配置相匹配，开挖过程中设备如何调配，施工道路能否与设备匹配等问题，容易造成设备超配或配置不足，影响施工效率。

3.2 翻渣形成平台后常规开挖法

2980m～3010m高程堰塞体沿河方向长度为80.62m，断面平均宽度约为42m。工作面狭窄，布置施工出渣道路困难。考虑施工需要，2980m以上开挖采用挖掘机、推土机沿坡翻渣，翻渣总量约为36万m3,直至达到2980m平台后，再采用常规开挖。设备配置上，在常规开挖的基础上配置5～10台推土机。

(1)优点：方案设计与施工现场情况相符，能迅速打开工作面，能解决在道路不具备通行情况下的开挖问题，也是一般抢险项目采用的方法之一。

(2)缺点：前期受工作面影响，设备使用率较低，工期受到一定影响，后期由于前期翻渣，二次开挖、运输量增大，工期压力大，施工成本增大。

3.3 上游推运下游挖运开挖法

堰塞体上游桩号0+000～0+110开挖料沿河段向上游渣场堆弃，方量约为61.68万m3。现场实际情况为上游渣场已被河水淹没，不具备弃渣条件，上游开挖区地形较陡，工作面狭窄，无法布置出渣道路。考虑施工需要，2970m以上开挖采用推土机向上游推土，不断扩大施工工作面，直至达到正常开挖工作平台，再采用常规开挖方法，出渣自下游开挖工作面运至下游渣场。下游的开挖仍采用常规开挖方法，但要考虑上游出渣干扰。设备配置上与常规施工方法相同，但可以调配自卸车出场时间，节约成本。

(1)优点：方案设计上考虑了方案二中的优缺点，因地制宜地采用推、挖、运结合的方法，在一定程度上能迅速打开多个工作面，设备利用率有所提高。

(2)缺点：容易造成开挖不均衡，工作面出现阶梯。在后期开挖运输中，上、下游出渣车辆共用一条出渣通道，形成交叉作业，始终占用下游开挖工作面，严重影响下游开挖效率，造成成本增加。

3.4 开槽台阶开挖法

根据现场实际情况，整个开挖作业区场地狭小，原始开挖边坡较陡，道路布置困难。设备如调配不当，势必造成开挖面混乱，设备利用效率低下。为解决此问题，总体思路是开挖应在空间上进行布置，在不同高程上布置设备同时开挖才能将设备有效利用。因此在每级马道开挖过程中，横断面上靠近河侧顺河道方向先开槽，形成宽不小于10m、高差2m～3m双车道作业区，纵向沿开挖区一字布置开挖设备，横向自河边向边坡方向开挖。随着开挖作业区扩宽，靠近河侧开槽区不断先行开挖，形成空间上分台阶开挖。设备配置上挖掘机数量30～40台，20t自卸车100～140辆。

(1)优点：方案设计上考虑了一定的空间因素，形成多个高程同时开挖，可以使设备使用率提高，加快施工进度。

(2)缺点：由于开挖是在松散堆积体边缘开始，临边作业存在较大安全隐患。设备配置上较其他方案有所增加，成本也有所增加。同时开槽的时机选择上也存在困难，如选择不当将造成设备积压，运输车辆通行困难，影响施工效率。

3.5 多断面立体开挖法

根据现场实际情况，出渣道路布置是制约工程的主要因素之一。方案设计上，结合高程2980m、2960m、2940m、2920m马道位置布设道路，整体分高程同时推进开挖，上下层错距不少于30m。具体施工方法与开槽台阶法开挖一致，但设备配置上需增加推土机3～5台、装载机5～10台。

(1)优点：借鉴方案四的总体思路，结合施工道路情况进一步在空间上进行优化，可以极大提高施工效率，缩短工期。

(2)缺点：方案设计上没有完全遵循自上而下的总体思路，不同高程点开挖时存在边坡滑坡的风险。设备配置上也较其他方案增加较多，成本增加较多。设备调度需时时跟踪，不断调整，道路设置也随着开挖进度不断调整，现场组织能力要求较高。

3.6 方案确定

本工程原施工时段为2019年4月下旬-6月中旬，实际施工期为2019年6月2日-7月31日，施工时段有1.5个月处于雨季，施工开挖及出渣道路布置困难。经过综合考虑，拟采用方案五作为本工程开挖方案，但施工安全风险明显增大，需加强现场管理。

4 多断面立体开挖法应用实践

根据现场实际情况，按照拟定方案，共配置2.0m3挖掘机36台，20t自卸车84辆，推土机6台，装载机17台。

6月2日-6月5日，施工准备，自下游修建约1.0km施工便道到达开挖边线外2907m高程，再分别向2948m、2968m、2984m高程分别修建临时出渣通道。

6月6日-6月10日，堰塞体高程3000m以上利用推土机、挖掘机沿坡翻渣，形成宽44.4m、长62m施工平台，车辆出渣，2948m、2968m高程位于堰塞体自然坡较缓处，桩号上位于上部开挖区之外，受上部开挖影响小，无施工干扰。因此，开挖设备自下游向上游沿河侧布置挖掘机进行开挖，自卸车进行运输。

6月11日-6月15日，随着开挖不断推进，开挖台阶不断进行调整，为保证施工进度，考虑开挖设备数量，开挖台阶为2924m、2948m、2964m、2968m、2970m、2980m。在相应高程分别修建临时出渣通道，接到自上而下主通道进行运输。挖装设备配置上以挖掘机为主，辅助以装载机进行配合施工。

6月16日-6月22日，2970m以上开挖已结束，开挖台阶为2924m、2930m、2948m、2964m,道路布置上更加容易，各工作面开挖出渣效率提高。

6月23日-7月2日，2970m以上开挖已结束，开挖台阶为2924m、2930m、2942m、2948m、2960m,道路上布置更加合理，整个工作面空间较大，设备布置更加容易，出渣效率显著提高。

7月3日-7月15日，2960m以上开挖已结束，开挖台阶为2915m、2920m、2930m、2940m，已进入到正常开挖规模，运输强度明显提高，施工进度推进较快。

白格堰塞湖左岸残体开挖通过采用多断面立体开挖法，极大地加快了施工进度，主体工程工期由计划的60d缩减至45d，强度由日平均4.08万m3/d，提高至6.13万m3/d。工作面选择上更加灵活，设备调配上更加科学，上下台阶进占始终保持30m～50m安全距离，确保上下作业互不干扰。采用台阶法开挖，挖、装设备数量虽较原设计方案有所增加，但设备使用效率明显增加，施工期缩短，节约了成本，规避了安全风险，据测算本工程节约施工成本约300～500万元。

5 结论与建议

堰塞湖应急处置工程土石方开挖一般要求在短时间内完成大量开挖任务，设备配置数量是常规开挖任务的数倍之多，这就要求施工方在对工程全面了解后，对资源进行整合，对施工方案进行比选优化。在确保安全的情况下，有针对性地选择开挖台阶，多个高程同时布机，多向进占，尽快形成台阶开挖，这种方法是提高设备使用效率和缩短工期的重要手段。同时我们也发现，堰塞体特性是能否进行台阶开挖的重要因素，如何判断堰塞体物质组成，如何判定堰塞体开挖边坡在未进行支护的情况下处于稳定，如何确定分台阶开挖高度等内容是今后类似应急处置工程中需重点关注的问题。