摘要：

中國(guó)西南地區(qū)山高谷深，水能資源充沛，但水電站壩肩開(kāi)挖往往受到特殊地形地質(zhì)條件、生態(tài)環(huán)境要求的影響，成為了制約水電工程建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。針對(duì)常見(jiàn)的壩肩明挖方式所面臨的挑戰(zhàn)，從多個(gè)方面闡述了窯洞式開(kāi)挖技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并基于現(xiàn)有工程的實(shí)踐應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，分析了窯洞式開(kāi)挖技術(shù)在工程應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題以及相應(yīng)對(duì)策；聚焦于高寒地區(qū)水電開(kāi)發(fā)的巨大潛力和水利水電技術(shù)的發(fā)展要求，分析了窯洞式開(kāi)挖技術(shù)在高寒地區(qū)的應(yīng)用前景以及推行壩肩智能化開(kāi)挖的先天優(yōu)勢(shì)。研究成果可為推動(dòng)大壩建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)水電優(yōu)質(zhì)、安全、綠色、高效開(kāi)發(fā)提供參考。

關(guān) 鍵 詞：

壩肩； 窯洞式開(kāi)挖； 綠色水電； 西南峽谷地區(qū)

中圖法分類(lèi)號(hào)： TV31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.03.021

0 引 言

中國(guó)西南地區(qū)蘊(yùn)藏著極為豐富的水能資源，其技術(shù)可開(kāi)發(fā)量達(dá)4.2億kW，占全國(guó)總量的70%以上。然而，西南地區(qū)地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境極為脆弱，對(duì)水電工程壩肩開(kāi)挖穩(wěn)定性與開(kāi)挖體量控制提出了極大的挑戰(zhàn)。一方面，高山峽谷地帶天然邊坡陡峭、地應(yīng)力水平高、巖體卸荷強(qiáng)烈、深層裂隙發(fā)育［1］；另一方面，隨著大壩高度不斷刷新紀(jì)錄，邊坡工程的規(guī)模也不斷增大，200～300 m級(jí)的高拱壩開(kāi)槽明挖形成的人工邊坡將達(dá)到300～500 m，開(kāi)挖邊坡上側(cè)甚至還可能保留著數(shù)百米至千余米的自然邊坡［2］。高陡壩肩邊坡工程不僅穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)突出，同時(shí)還會(huì)造成嚴(yán)重的植被破壞和水土流失。

為了推動(dòng)西南地區(qū)水能資源的安全、綠色、高效開(kāi)發(fā)，中國(guó)水利水電工程行業(yè)在壩肩開(kāi)挖方法、邊坡穩(wěn)定性控制、擾動(dòng)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面開(kāi)展了大量的研究工作，并取得了頗為豐碩的成果［3-5］。但隨著水電開(kāi)發(fā)形勢(shì)的逐漸轉(zhuǎn)變以及水電開(kāi)發(fā)成本的不斷攀升［6-7］，對(duì)水電施工技術(shù)提出了新命題、新問(wèn)題和新要求，亟待創(chuàng)新壩肩設(shè)計(jì)與開(kāi)挖方法，減少壩肩開(kāi)挖對(duì)原有山體和周邊環(huán)境的影響，并降低水電工程建設(shè)資源投入以及安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，本文在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合水利水電工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研究成果，針對(duì)壩肩工程在開(kāi)挖體量控制、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、成本控制等方面的難題，以參考工程案例和技術(shù)前景剖析的形式著重介紹一種不同于傳統(tǒng)壩肩明挖方式的“窯洞式”布置與開(kāi)挖施工方法，為西南地區(qū)水能資源開(kāi)發(fā)和壩肩工程建設(shè)提供參考。

1 壩肩窯洞式開(kāi)挖技術(shù)特征分析

1.1 窯洞式開(kāi)挖技術(shù)的基本概念與工序

壩肩窯洞式開(kāi)挖是指在承載拱壩壩拱端荷載的兩岸山體之中開(kāi)挖“窯洞”，其頂部高程略大于拱壩壩頂高程，不同高程的寬度則略大于拱壩厚度，從而將大壩與山體的連接部位整個(gè)布置于“窯洞”之中［8］，其開(kāi)挖成型效果如圖1所示。這種壩肩開(kāi)挖方式，在滿足拱壩基礎(chǔ)處理和壩肩邊坡穩(wěn)定性要求的同時(shí)，將拱壩壩體體形和兩岸高陡地形加以巧妙地結(jié)合，可顯著降低開(kāi)挖工程量，保護(hù)兩岸山體表面植被［9］。

壩肩窯洞式開(kāi)挖，首先需要在拱壩壩肩、壩頂高程位置的高陡邊坡上開(kāi)挖施工洞，再利用施工洞沿壩肩輪廓從施工洞內(nèi)向下分層開(kāi)挖，形成拱壩壩基面，如圖2所示。

（1） 施工洞布置與開(kāi)挖。施工洞通常設(shè)置在壩頂高程位置，是水電工程進(jìn)行壩肩開(kāi)挖、壩體澆筑以及帷幕灌漿時(shí)人員通行、機(jī)械設(shè)備與物資材料運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?，工程建設(shè)完成后亦可作為水電工程與外界聯(lián)通的主要通道。施工洞開(kāi)挖簡(jiǎn)要步驟如下：

① 通過(guò)修建棧道或者搭設(shè)索橋等方式到達(dá)壩頂高程處施工洞工作面；

② 根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行全斷面開(kāi)挖，施工洞支護(hù)緊隨開(kāi)挖施工進(jìn)行；

③ 施工洞掘進(jìn)至接通外部道路，施工洞開(kāi)挖完成，然后進(jìn)行施工洞洞臉鎖口襯砌支護(hù)。

（2） 壩肩分層開(kāi)挖。施工洞所有工序完成后，再對(duì)壩肩進(jìn)行分層開(kāi)挖，壩肩開(kāi)挖的施工程序遵循“自上而下，分層分區(qū)，開(kāi)挖一層，支護(hù)一層”的原則。

開(kāi)挖步驟：如天花板水電站壩肩開(kāi)挖示意圖（見(jiàn)圖3）所示，壩肩開(kāi)挖自上而下分層開(kāi)挖，若每層開(kāi)挖規(guī)模較大亦可將其劃分為若干分區(qū)進(jìn)行開(kāi)挖（包括劃分保護(hù)層），壩肩支護(hù)緊隨開(kāi)挖施工工作面施工，一個(gè)開(kāi)挖循環(huán)爆破完成后及時(shí)進(jìn)行錨噴支護(hù)等施工，支護(hù)工作驗(yàn)收合格后便可進(jìn)行下一層或下一分區(qū)開(kāi)挖。

施工人員通行、物料運(yùn)輸：在壩頂施工洞的洞頂安裝軌道梁或其他提升裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)出工作面及避炮、材料垂直運(yùn)輸；施工人員則通過(guò)搭設(shè)腳手架、之字梯進(jìn)行上下通行。

出渣：壩肩每開(kāi)挖一個(gè)分層或者分區(qū)便及時(shí)出渣。將反鏟由工作面垂直運(yùn)送至壩肩開(kāi)挖工作面進(jìn)行作業(yè)，將棄渣提升至施工洞直接運(yùn)至棄渣場(chǎng)或者由反鏟翻至河床，然后通過(guò)下部道路運(yùn)出。

1.2 窯洞式開(kāi)挖技術(shù)應(yīng)用成果

窯洞式開(kāi)挖可以從源頭避免產(chǎn)生高陡的人工邊坡，減少壩肩開(kāi)挖對(duì)山體植被的破壞，適用于高山峽谷地區(qū)的壩肩邊坡工程。善泥坡水電站、招徠河水電站、蓋下壩水電站等水利水電工程在壩肩建設(shè)中均采用窯洞式開(kāi)挖技術(shù)解決了許多實(shí)際工程難題，并在提高壩肩邊坡開(kāi)挖質(zhì)量、減少資源投入、縮短工程工期等方面取得了顯著的成果［10-13］（見(jiàn)表1）。

招徠河水電站在國(guó)內(nèi)率先采用窯洞式開(kāi)挖技術(shù)進(jìn)行壩肩開(kāi)挖，并在壩肩穩(wěn)定性控制、開(kāi)挖工序優(yōu)化等方面開(kāi)展了大量研究，積累了諸多經(jīng)驗(yàn)。招徠河水電站實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明窯洞式開(kāi)挖在保護(hù)生態(tài)環(huán)境、縮短施工工期、降低工程造價(jià)和提高壩肩穩(wěn)定性等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)［14］。此外，善泥坡水電站兩岸壩肩均采用窯洞式開(kāi)挖代替常規(guī)明挖方式，壩肩開(kāi)挖用時(shí)約18個(gè)月，開(kāi)挖量由原設(shè)計(jì)的51.7萬(wàn)m3減為34.8萬(wàn)m3，并且顯著縮減了支護(hù)工程量以及后續(xù)工程中模板安裝工程量等［15-16］。天花板水電站左壩肩采用窯洞式開(kāi)挖，將開(kāi)挖工程量由16.1萬(wàn)m3減少至4.9萬(wàn)m3，總共歷時(shí)約16個(gè)月［17］，相比于明挖方式的右壩肩，左壩肩采用窯洞式開(kāi)挖耗時(shí)短、技術(shù)難度低、資源投入少。蓋下壩水電站左壩肩采用窯洞式開(kāi)挖，并開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以確定開(kāi)挖爆破參數(shù)，取得了較好的壩肩開(kāi)挖成型效果，工期耗時(shí)約5個(gè)半月［18］。都勻市大河水庫(kù)工程右壩肩采用窯洞式開(kāi)挖，減小了壩肩邊坡的開(kāi)挖高度和范圍，縮短工期約157 d，并對(duì)保持壩頂高程以上巖體穩(wěn)定極為有利［19］。云口水電站是小水電中應(yīng)用窯洞式開(kāi)挖技術(shù)的典范，該開(kāi)挖方式在環(huán)境保護(hù)、成本控制等方面表現(xiàn)十分突出［20］。

1.3 窯洞式開(kāi)挖技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)分析

地形陡峭的高山峽谷地區(qū)通常是優(yōu)良的水電站壩址，河谷為“U”或者“V”形且兩岸基巖裸露。在保證兩岸山體對(duì)拱壩支撐作用的要求下，拱壩壩肩開(kāi)挖方案比選往往需考慮以下4個(gè)方面：施工的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、安全性和技術(shù)難度。

（1） 經(jīng)濟(jì)性。壩肩明挖方式通常需要清除壩肩部位的巖體卸荷帶并形成坡度相對(duì)較緩的穩(wěn)定邊坡，還需要將壩頂以上幾十米甚至數(shù)百米范圍的巖體全部挖除或形成人工邊坡；加之壩址區(qū)地形條件復(fù)雜，施工場(chǎng)地狹小，交通道路等輔助設(shè)施布置難度較高且造價(jià)高昂；壩頂高程以上有時(shí)無(wú)條件布置機(jī)械施工道路，開(kāi)挖出渣難以完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，需要依靠人工進(jìn)行扒渣。因此壩肩工程投入占工程總投資的比例較高。

而窯洞式開(kāi)挖的對(duì)象主要是壩體輪廓范圍內(nèi)的巖體，可以避免對(duì)拱壩上部巖體與拱肩槽上下游面?zhèn)冗吰麓蠓秶拈_(kāi)挖，相應(yīng)地減少了邊坡支護(hù)工程量，能夠有效縮短壩肩工程的施工工期和節(jié)省大量工程投入成本（兩種開(kāi)挖方式投資對(duì)比如圖4所示），并且在降低安全投入、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、節(jié)約整體投資等方面，也能產(chǎn)生極好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2） 環(huán)保性。邊坡開(kāi)挖會(huì)大范圍破壞地表植被，加劇水土流失現(xiàn)象以及河道淤塞，開(kāi)挖產(chǎn)生的大量棄渣也需要固定的棄渣場(chǎng)進(jìn)行堆放，而棄渣場(chǎng)不僅需要占用大量土地，同樣也是水電工程建設(shè)過(guò)程中水土流失的重要策源地［21-24］。壩肩邊坡明挖不可避免地會(huì)對(duì)擾動(dòng)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞［25］，而擾動(dòng)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)是一個(gè)高成本投入工程。植被恢復(fù)和水道清淤不僅工作難度大、投入周期長(zhǎng)，而且恢復(fù)效果也往往不甚理想。

而窯洞式開(kāi)挖可以從源頭上避免對(duì)高陡邊坡進(jìn)行大范圍的開(kāi)挖，無(wú)須對(duì)壩肩邊坡表層進(jìn)行大規(guī)模清理，能最大程度降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。同時(shí)，壩肩窯洞式開(kāi)挖產(chǎn)生的棄渣量遠(yuǎn)小于明挖方式，可以很大程度上減少土地資源的浪費(fèi)以及棄渣場(chǎng)建設(shè)維護(hù)成本，根據(jù)GB 51018-2014《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》［26］的棄渣場(chǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，善泥坡水電站兩種開(kāi)挖方式棄渣量對(duì)比如表2所列。

（3） 安全性。高山峽谷地區(qū)岸坡坡度通常在60°～90°，甚至可能存在負(fù)坡。倘若采用常規(guī)明挖方式進(jìn)行壩肩邊坡開(kāi)挖，上游側(cè)將形成大范圍的百米以上的開(kāi)挖邊坡，同時(shí)由于高邊坡發(fā)育卸荷裂隙，開(kāi)挖卸荷和爆破振動(dòng)容易誘發(fā)高邊坡裂隙帶失穩(wěn)。小灣水電站、天生橋二級(jí)水電站等水電工程［27］由于高邊坡開(kāi)挖誘發(fā)邊坡失穩(wěn)災(zāi)害，不僅阻礙了整體工程的進(jìn)度，使工程工期、成本增加，而且影響了整體工程的質(zhì)量。而窯洞式開(kāi)挖僅限于拱壩設(shè)計(jì)輪廓范圍內(nèi)，在勘察設(shè)計(jì)階段可以合理規(guī)避不良地質(zhì)帶的影響，能很大程度上減少地質(zhì)缺陷處理的工程量，避免大范圍開(kāi)挖卸荷誘發(fā)邊坡失穩(wěn)。同時(shí)鑒于窯洞式壩肩槽開(kāi)挖方量小，可以采用更加精細(xì)化的方式進(jìn)行爆破作業(yè)，能顯著降低對(duì)山體的擾動(dòng)和建基面的損傷，使壩基保有較好的完整性、安全性。此外，壩肩窯洞式開(kāi)挖使建基面支護(hù)工程量更?。▋煞N開(kāi)挖方式支護(hù)工程量對(duì)比如圖5所示），因此能夠更加精細(xì)、更具針對(duì)性地開(kāi)展壩肩支護(hù)工作，對(duì)壩肩圍巖破碎程度較高、穩(wěn)定性較差的部位進(jìn)行重點(diǎn)支護(hù)加固，從而提高壩肩整體的安全儲(chǔ)備系數(shù)。

雖然壩肩窯洞式開(kāi)挖在安全性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但受限于施工技術(shù)水平以及地質(zhì)條件，跨度大、邊墻高陡的壩肩在穩(wěn)定性控制方面面臨著巨大的挑戰(zhàn)，且天然的高陡岸坡表層存在的危巖以及破碎裂隙帶有時(shí)難以進(jìn)行完全移除或者加固，加之表層巖體受風(fēng)化作用影響較大，壩肩邊坡將會(huì)存在危巖崩塌、巖體掉塊的安全隱患。

（4） 技術(shù)難度。窯洞式開(kāi)挖施工方法、施工工藝較為復(fù)雜，施工組織的難度較高。壩肩設(shè)計(jì)以及施工都需要大量高精度的地質(zhì)勘察資料支撐；壩肩分層爆破開(kāi)挖需要嚴(yán)格控制施工工藝，同時(shí)需要大量機(jī)械設(shè)備在有限的空間內(nèi)緊密配合工作，這給施工組織帶來(lái)了諸多難題。但窯洞式開(kāi)挖與其他工程開(kāi)挖技術(shù)有許多相似之處：窯洞式分層開(kāi)挖可參考地下廠房開(kāi)挖技術(shù)，原始邊坡加固亦可借鑒常規(guī)明挖方式中上部天然邊坡的穩(wěn)定性控制方法，雖然相對(duì)明挖方式而言該技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，但在國(guó)內(nèi)外有大量成熟的施工方法、監(jiān)測(cè)手段和高邊坡穩(wěn)定性控制技術(shù)可以借鑒。

2 工程應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題及對(duì)策

2.1 高陡邊坡不穩(wěn)定地質(zhì)體處理

水電工程壩址區(qū)岸坡地形高聳，基巖裸露，多懸崖峭壁。常規(guī)明挖方式通常會(huì)清除壩肩部位的巖體卸荷帶并形成坡度相對(duì)較緩的穩(wěn)定邊坡，以及將壩頂以上幾十米甚至數(shù)百米范圍的巖體全部挖除或形成人工邊坡，而窯洞式開(kāi)挖則會(huì)選擇保留除開(kāi)挖輪廓面之外的絕大部分巖體。由于原始邊坡表層存在大量不穩(wěn)定地質(zhì)體，不穩(wěn)定地質(zhì)高陡壩肩邊坡體失穩(wěn)崩塌會(huì)嚴(yán)重威脅到水電工程建設(shè)與運(yùn)行安全。因此，對(duì)存在不穩(wěn)定地質(zhì)體的邊坡進(jìn)行處理是壩肩窯洞式開(kāi)挖中極為重要的部分，也是工程建設(shè)中十分棘手的問(wèn)題。

不穩(wěn)定地質(zhì)體失穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)而形成崩塌，是高山峽谷地區(qū)常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型之一。受地形條件、裂隙及斷層的切割影響，在招徠河兩岸存在體積分別為4.86萬(wàn)m3和0.35萬(wàn)m3的危巖體，巖體已發(fā)生較強(qiáng)的傾覆變形［28］。如圖6所示，善泥坡水電站同樣面臨壩肩邊坡表層強(qiáng)卸荷裂隙帶發(fā)育，邊坡穩(wěn)定性極差的難題［8］。蓋下壩壩址右岸也存在高約240 m，總體積約25萬(wàn)m3的危巖體［29］。危巖體部位由于裂隙和層理切割，局部具有卸荷性質(zhì)，在外力作用下可能誘發(fā)局部崩塌和掉塊，會(huì)對(duì)大壩安全構(gòu)成較為嚴(yán)重的威脅，而危巖治理是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。目前高陡邊坡危巖整治主要依靠清除、支護(hù)、護(hù)坡、錨固、攔截、灌漿和排水等措施。對(duì)于招徠河拱壩右岸危巖體，沿危巖體后緣卸荷裂隙徹底開(kāi)挖清除；左岸危巖體則從上至下逐步開(kāi)挖，并對(duì)開(kāi)挖邊坡進(jìn)行了削坡處理，對(duì)危巖體剩余部分后緣發(fā)育的斷層和裂隙進(jìn)行灌漿封閉處理，并埋設(shè)了排水設(shè)施，兩岸危巖體治理之后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。在善泥坡拱壩，則對(duì)壩肩附近的強(qiáng)卸荷巖體提前進(jìn)行清除或支護(hù)，同時(shí)考慮到壩頂以上原始邊坡的安全隱患，采取明洞防護(hù)方式進(jìn)行被動(dòng)防護(hù)，防止巖體碎石崩落威脅拱壩安全。蓋下壩拱壩右岸存在的危巖體規(guī)模極大，并且其所處位置十分陡峭，致使勘察資料精度較差，給危巖治理工作帶來(lái)很大的難度，為盡量減少對(duì)危巖體的擾動(dòng)，在壩肩邊坡開(kāi)挖過(guò)程中需要嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，同時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)危巖體的變形觀測(cè)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行加固處理，以保證水電工程施工期和運(yùn)行期的安全。

綜上可見(jiàn)，受地形地質(zhì)條件、不穩(wěn)定地質(zhì)體規(guī)模等多因素的影響，窯洞式開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行不穩(wěn)定地質(zhì)體治理時(shí)有許多難題亟待解決，而目前在不穩(wěn)定地質(zhì)體治理研究方面總體水平有限，尚未構(gòu)建起成熟的研究體系，不穩(wěn)定地質(zhì)體治理的研究工作任重而道遠(yuǎn)。

2.2 爆破開(kāi)挖擾動(dòng)控制

窯洞式開(kāi)挖成型的壩肩具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，在爆破振動(dòng)作用下的動(dòng)力響應(yīng)特性以及潛在失穩(wěn)區(qū)域相比明挖壩肩亦有不同。一方面，施工洞鎖口襯砌承載著上部巖體的荷載，對(duì)保障壩肩開(kāi)挖過(guò)程安全穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用，但其距爆破中心較近，加之高陡窯洞式壩肩槽存在爆破振動(dòng)高程放大效應(yīng)，因此需要重點(diǎn)關(guān)注爆破振動(dòng)對(duì)其穩(wěn)定性的影響。另一方面，建基面是壩體和基巖銜接的關(guān)鍵部位，而窯洞式開(kāi)挖成型后的建基面十分高陡，且可能存在的結(jié)構(gòu)面使得建基面的穩(wěn)定性控制難度較高。因此窯洞式開(kāi)挖對(duì)爆破開(kāi)挖的精度要求較高，一方面要保證壩肩開(kāi)挖成型的質(zhì)量，另一方面又要注意對(duì)巖體的損傷控制。

現(xiàn)有的水電工程項(xiàng)目主要采取調(diào)整爆破參數(shù)、加固壩肩邊坡等措施來(lái)控制爆破擾動(dòng)所造成的影響。在天花板拱壩壩肩開(kāi)挖過(guò)程中，爆破擾動(dòng)導(dǎo)致上、下游側(cè)開(kāi)挖面巖體發(fā)生松動(dòng)，甚至出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，壩肩外側(cè)巖體也出現(xiàn)松動(dòng)跡象［10］。其應(yīng)對(duì)措施主要是嚴(yán)格控制開(kāi)挖用藥量和加強(qiáng)建基面的支護(hù)措施，并對(duì)上部穩(wěn)定性較差的巖體進(jìn)行削坡加固處理以及采用錨索加固。大河水庫(kù)工程右壩肩附近存在斷層、泥質(zhì)粉砂巖薄弱層等軟弱結(jié)構(gòu)面，且有已建成的施工洞和灌漿平洞，主要考慮通過(guò)控制最大單響藥量來(lái)降低開(kāi)挖對(duì)山體以及水工建筑物的擾動(dòng)影響。

雖然以上工程案例應(yīng)對(duì)爆破擾動(dòng)的方法確實(shí)行之有效，但面對(duì)地質(zhì)條件較差、開(kāi)挖規(guī)模較大的壩肩邊坡，僅采用加固壩肩以及調(diào)整爆破參數(shù)等方法在成本投入、開(kāi)挖效率以及損傷控制等方面往往難以滿足工程需求。因此，優(yōu)化爆破開(kāi)挖方案和加強(qiáng)精細(xì)爆破技術(shù)研究是窯洞式開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展應(yīng)用亟需開(kāi)展的工作。

目前，國(guó)內(nèi)外在地下廠房開(kāi)挖、高邊坡開(kāi)挖等工程實(shí)踐中研究并應(yīng)用了許多成熟的精細(xì)爆破技術(shù)［30-31］。比如在光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化以及方法創(chuàng)新，提出了雙層水平光面爆破法、預(yù)裂-光面組合爆破法、雙層預(yù)裂爆破法等。除此之外，對(duì)炮孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，在炮孔底部設(shè)置不同材料或結(jié)構(gòu)的墊層，形成了如空氣墊層爆破、水墊層爆破、柔性墊層爆破以及新型的聚－消能爆破技術(shù)［32-33］等。雖然有大量成熟的精細(xì)爆破技術(shù)可以參考借鑒，但目前針對(duì)窯洞式開(kāi)挖的精細(xì)爆破技術(shù)研究尚少，且缺乏在實(shí)際工程中應(yīng)用的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)窯洞式開(kāi)挖也未建立相關(guān)的爆破振動(dòng)安全判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到窯洞式開(kāi)挖的壩肩結(jié)構(gòu)特征，如何因地制宜地選擇精細(xì)爆破技術(shù)手段和設(shè)計(jì)精細(xì)爆破方案是值得研究的重要工程問(wèn)題。同時(shí)，窯洞式開(kāi)挖爆破標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范以及爆破開(kāi)挖的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)也需要逐漸完善。

2.3 高陡壩肩加固設(shè)計(jì)

窯洞式開(kāi)挖通常用于建基面標(biāo)高與開(kāi)挖山體標(biāo)高相差較大的壩肩，兩岸壩肩槽成型后將形成大跨度的懸空體和陡峭的高邊墻。然而壩肩邊坡地質(zhì)構(gòu)造往往較為復(fù)雜，存在斷層、節(jié)理裂隙、層間擠壓帶及深部裂縫等軟弱結(jié)構(gòu)面，加之有地應(yīng)力、拱壩荷載、庫(kù)水滲流以及開(kāi)挖擾動(dòng)等多種因素的影響，壩肩槽穩(wěn)定性控制面臨著極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

高陡壩肩槽穩(wěn)定性控制一直以來(lái)是窯洞式開(kāi)挖過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。招徠河拱壩左壩肩巖層走向在高程300 m左右處發(fā)生倒轉(zhuǎn)，因此此處巖層順、橫河向裂隙發(fā)育，施工洞洞口沿裂隙有明顯的滲水現(xiàn)象。如圖7所示，在開(kāi)挖過(guò)程中下游側(cè)近施工洞洞口段及洞頂部分巖體沿夾泥層發(fā)生滑塌，已布設(shè)的錨桿也隨同滑落［13］。壩肩局部失穩(wěn)給施工開(kāi)挖帶來(lái)極大的困難，滑塌發(fā)生后根據(jù)地質(zhì)條件對(duì)施工洞洞頂部分巖體及下游側(cè)不穩(wěn)定的“三角體”部位采取預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固處理。天花板拱壩右壩肩局部被斷層切割，拱壩壩肩存在不均勻性［34］。其應(yīng)對(duì)措施主要是對(duì)建基面出露斷層進(jìn)行回填混凝土處理以及鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加強(qiáng)，并對(duì)部分?jǐn)鄬舆M(jìn)行了混凝土置換和高壓固結(jié)灌漿等處理，以提高壩肩穩(wěn)定的安全儲(chǔ)備。

招徠河、天花板水電站多年以來(lái)的穩(wěn)定運(yùn)行說(shuō)明所采取的一系列支護(hù)措施對(duì)壩肩加固卓有成效。但對(duì)于地質(zhì)條件較差、失穩(wěn)隱患較大的建基面，僅采用簡(jiǎn)單的錨噴支護(hù)往往具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。例如招徠河水電站壩肩支護(hù)效果不理想致使局部失穩(wěn)，不僅危及了工程安全、延誤了工期，而且增加了施工難度和施工成本。因此，除了在勘察設(shè)計(jì)階段根據(jù)地質(zhì)條件合理布置壩肩位置以規(guī)避失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)之外，采用合適的穩(wěn)定性分析方法和針對(duì)性的支護(hù)措施亦尤為重要。面向窯洞式開(kāi)挖的支護(hù)加固設(shè)計(jì)，應(yīng)從壩肩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和開(kāi)挖方式出發(fā)，并充分考慮到壩肩的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征以開(kāi)展針對(duì)性的支護(hù)工作，積極參考借鑒新型的支護(hù)技術(shù)手段，例如新型混凝土（超細(xì)硅粉噴射混凝土、納米鋼纖維混凝土等）、新型錨桿（全螺紋纖維增強(qiáng)樹(shù)脂錨桿、高壓灌漿型及旋噴灌漿擴(kuò)體型錨桿等）以及新型支護(hù)施工方法（分散型錨固體系施工、錨索和錨筋樁快速施工工藝等）［35-37］。同時(shí)需要充分考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土齡期的影響，將爆破開(kāi)挖與支護(hù)施工緊密聯(lián)系，對(duì)開(kāi)挖與支護(hù)施工工序進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，以此保證支護(hù)結(jié)構(gòu)在爆破擾動(dòng)下具有足夠的安全系數(shù)。

總之，在充分考慮地質(zhì)條件等環(huán)境因素的基礎(chǔ)上，因地制宜地選擇合適的支護(hù)技術(shù)手段，并視爆破開(kāi)挖與支護(hù)施工為一體，協(xié)調(diào)好兩者之間的關(guān)系，從而圍繞壩肩窯洞式開(kāi)挖構(gòu)建一套安全可靠的支護(hù)體系。

2.4 施工組織設(shè)計(jì)優(yōu)化

水電工程施工是一項(xiàng)極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要通過(guò)嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì)，來(lái)管理施工生產(chǎn)活動(dòng)以及解決設(shè)備材料配給等諸多問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)中施工人員、機(jī)械設(shè)備、物資材料等高效有序運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保障水電工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益［38］。而施工方案的設(shè)計(jì)是水電工程施工組織設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是工程施工安全順利開(kāi)展的重要保障。因此，在設(shè)計(jì)階段需要充分考慮施工方案在技術(shù)上的可行性以及經(jīng)濟(jì)性。

壩肩若采用窯洞式開(kāi)挖，則普遍采用先布置施工洞，再由施工洞從上至下進(jìn)行分層開(kāi)挖的施工方案。因此人員通行以及機(jī)械設(shè)備、物資材料運(yùn)輸極度依賴施工洞。此外，每個(gè)分層或分區(qū)進(jìn)行爆破開(kāi)挖時(shí)，人員、設(shè)備需要轉(zhuǎn)移到施工洞避炮，爆破完成后再返回工作面進(jìn)行支護(hù)以及鉆孔裝藥等工作。然而每次開(kāi)挖以此循環(huán)往復(fù)不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且機(jī)械設(shè)備上下提升的距離有限且安全隱患較大。當(dāng)壩肩的設(shè)計(jì)規(guī)模較大時(shí)，目前窯洞式開(kāi)挖技術(shù)所采用的施工方案施工效率極其有限，施工工期以及施工成本難以控制。

因此，為保證壩肩工程在高效率、低成本、短時(shí)間內(nèi)順利的完成，以及確保壩肩開(kāi)挖質(zhì)量和施工安全，亟需考慮對(duì)當(dāng)前施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行完善和優(yōu)化。壩肩窯洞式分層開(kāi)挖可以參考地下廠房、立井以及地下洞室等開(kāi)挖方案，例如采用螺旋式開(kāi)挖方式、布置聯(lián)通工作面以及進(jìn)行避炮設(shè)計(jì)等［39-43］，以此避免人員、設(shè)備頻繁上下往來(lái)，保證壩肩施工的連續(xù)不間斷，從而提高窯洞式開(kāi)挖技術(shù)的施工效率、降低人員機(jī)械的工作強(qiáng)度。除此之外，考慮到施工洞有限的運(yùn)輸能力以及儲(chǔ)存能力，需要充分注重對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)人員、設(shè)備、材料、費(fèi)用、工期等因素進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理，將壩肩開(kāi)挖施工計(jì)劃與施工洞調(diào)配能力緊密聯(lián)系并進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制、調(diào)整和優(yōu)化，保證施工洞安全有序運(yùn)行并最大化利用其運(yùn)輸能力與儲(chǔ)存能力，以達(dá)到縮短工期、降低成本的目的。

2.5 壩肩安全監(jiān)測(cè)及應(yīng)急處理

壩肩是拱壩的支撐和傳力機(jī)構(gòu)。由于工程場(chǎng)址主要受自然地質(zhì)災(zāi)害（包括滑坡、崩塌、泥石流、雪崩等）的危害，因而壩肩邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與控制便是眾多水電工程所關(guān)注的主要工程地質(zhì)問(wèn)題。窯洞式開(kāi)挖成型的壩肩在結(jié)構(gòu)上與明挖壩肩槽存在較大的差異，在壩肩建設(shè)期與運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)方面關(guān)注的對(duì)象亦有不同。相比于明挖壩肩，窯洞式開(kāi)挖的壩肩還具有以下突出風(fēng)險(xiǎn)：①壩肩邊墻高陡，甚至存在負(fù)坡；②陡峭超高自然邊坡，治理難度大；③壩肩跨度大，受力情況復(fù)雜；④壩肩邊坡表層巖體易受風(fēng)化破碎、卸荷，誘發(fā)滾石、滑坡災(zāi)害。因此需要系統(tǒng)全面評(píng)價(jià)窯洞式開(kāi)挖的壩肩運(yùn)行期失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)和開(kāi)展安全監(jiān)測(cè)、預(yù)警及治理關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用，以保證壩肩能夠有效防范地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、保證工程安全。

由于地質(zhì)災(zāi)害的突發(fā)性、隱蔽性、復(fù)雜性，地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生將對(duì)水電工程建設(shè)與運(yùn)行造成嚴(yán)重的危害。這就要求工程建設(shè)時(shí)需充分重視地質(zhì)災(zāi)害的防治工作，從源頭上控制地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生和最大限度地減少地質(zhì)災(zāi)害造成的損失。因此，需要在系統(tǒng)開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害勘查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上，著重進(jìn)行有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警、治理等技術(shù)的研究與應(yīng)用。通過(guò)科學(xué)治理和現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)、預(yù)警技術(shù)措施的實(shí)施，提高壩肩地質(zhì)災(zāi)害的整體監(jiān)測(cè)預(yù)警水平，達(dá)到有效防控地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的目的。首先需要深入開(kāi)展地震作用下窯洞式開(kāi)挖的壩肩在拱壩－地基的動(dòng)力相互作用和邊坡動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征以及庫(kù)水、雨水滲流下壩肩應(yīng)力應(yīng)變特征等方面的理論研究。在此基礎(chǔ)上，利用光纖傳感器等先進(jìn)設(shè)備以及先進(jìn)監(jiān)測(cè)方法，搭建起一套高精度、高效率、高覆蓋的壩肩安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)壩肩變形較大、失穩(wěn)隱患較大的區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。然后及時(shí)反饋進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并采取相應(yīng)的治理措施，以提高壩肩應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的安全系數(shù)。最后，需要結(jié)合壩址區(qū)工程地質(zhì)環(huán)境，建立失事后的災(zāi)害損失評(píng)估分析體系，并提出地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，以降低水電工程受災(zāi)后的損失。

3 窯洞式開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的若干思考

3.1 高寒地區(qū)高陡壩肩工程建設(shè)

中國(guó)高寒地區(qū)蘊(yùn)藏著極為豐富的水能資源，以西藏地區(qū)為例，西藏全區(qū)水能資源理論蘊(yùn)藏量約占全國(guó)1/3，是全國(guó)乃至世界少有的水力資源“富礦”［44］。但目前西藏水電開(kāi)發(fā)裝機(jī)量?jī)H為其技術(shù)可開(kāi)發(fā)量的1.3 % 左右，水能資源具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力。然而，高寒地區(qū)具有氣候條件多樣且復(fù)雜、凍融作用顯著以及生態(tài)環(huán)境脆弱等特點(diǎn)（見(jiàn)表3）［45-46］，壩肩開(kāi)挖施工和擾動(dòng)區(qū)生態(tài)修復(fù)難度更為突出，工程造價(jià)也更為高昂。這些因素很大程度上影響和制約著高寒地區(qū)的水電工程建設(shè)和水能資源開(kāi)發(fā)效能。因此亟需在壩肩設(shè)計(jì)和施工技術(shù)等方面有所突破。

面對(duì)高寒地區(qū)壩肩工程建設(shè)的特點(diǎn)，常規(guī)的壩肩明挖方式具有較大的局限性，因此需要在壩肩設(shè)計(jì)思路方面尋求新的方向，而窯洞式開(kāi)挖所具備的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在高寒地區(qū)有很大應(yīng)用潛力可以發(fā)掘：

（1） 有利于保護(hù)高寒地區(qū)生態(tài)環(huán)境。窯洞式開(kāi)挖僅對(duì)建基面部分進(jìn)行開(kāi)挖，能夠避免對(duì)上部植被和上覆凍土產(chǎn)生破壞，同時(shí)也能減少爆炸產(chǎn)生的有害氣體、粉塵等對(duì)大氣環(huán)境的污染，對(duì)高寒地區(qū)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)能起到很好的保護(hù)作用。

（2） 有利于降低高寒地區(qū)水電開(kāi)發(fā)成本。窯洞式開(kāi)挖的開(kāi)挖工程量和支護(hù)工程量明顯低于明挖方式，其所需的施工人員、機(jī)械設(shè)備以及錨桿、混凝土、炸藥等物資材料相對(duì)較少，能有效節(jié)省在壩肩開(kāi)挖支護(hù)以及棄渣運(yùn)輸填埋等方面的資金投入。

（3） 有利于改善高寒地區(qū)水電施工環(huán)境。壩肩采用窯洞式開(kāi)挖保留了壩頂高程以上的巖體，能在有效避免壩肩施工場(chǎng)地受到強(qiáng)烈紫外線直射以及為施工人員、機(jī)械設(shè)備提供遮風(fēng)擋雨的庇護(hù)，給施工人員營(yíng)造一個(gè)相對(duì)舒適的施工環(huán)境。

（4） 有利于提高高寒地區(qū)水電建設(shè)效率。壩肩采用窯洞式開(kāi)挖施工會(huì)使其工作面施工受高寒地區(qū)雨雪天氣的影響相對(duì)較小，壩頂施工洞能保持正常運(yùn)行并且能夠儲(chǔ)存施工物資材料，能實(shí)現(xiàn)在常規(guī)冬歇期開(kāi)展有序的壩肩開(kāi)挖工作。

（5） 有利于保障高寒地區(qū)水電工程安全。窯洞式開(kāi)挖能避免邊坡大范圍開(kāi)挖引起的凍巖邊坡穩(wěn)定性控制難題，減少開(kāi)挖擾動(dòng)誘發(fā)雪崩等地質(zhì)災(zāi)害的隱患。同時(shí)壩肩上覆巖體對(duì)壩基能起到保護(hù)、保溫作用，能夠有效減緩凍融作用對(duì)壩基承載力的影響，使水電工程施工期與運(yùn)行期間更加安全穩(wěn)定。

綜上所述，窯洞式開(kāi)挖技術(shù)具有解決高寒地區(qū)壩肩開(kāi)挖中的諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的前景。但面對(duì)高寒地區(qū)在自然環(huán)境、工程建設(shè)等方面的特點(diǎn)，窯洞式開(kāi)挖技術(shù)現(xiàn)有的資源如施工方案、配套機(jī)械設(shè)備、工程管理等面臨著新的挑戰(zhàn)。凍融影響下高陡壩肩失穩(wěn)機(jī)理、爆破開(kāi)挖作用下凍巖邊坡動(dòng)力響應(yīng)特性、高寒高陡壩肩邊坡穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)、雪崩冰崩等自然災(zāi)害以及惡劣氣候環(huán)境下施工組織等問(wèn)題在一定程度上超出了現(xiàn)有的工程認(rèn)知，其應(yīng)對(duì)措施需要結(jié)合水電開(kāi)發(fā)的實(shí)際要求進(jìn)行深入研究。

3.2 構(gòu)建壩肩窯洞式智能開(kāi)挖體系

2020年住建部等聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出“以數(shù)字化、智能化升級(jí)為動(dòng)力，創(chuàng)新突破相關(guān)核心技術(shù)，加大智能建造在工程建設(shè)各環(huán)節(jié)應(yīng)用”［47］。推行新理念、新技術(shù)、新方法，推動(dòng)以能源革命與信息化變革為核心的智能建造是當(dāng)今水利水電行業(yè)的主要著力點(diǎn)［48］。

近些年來(lái)，水利水電行業(yè)智能建造技術(shù)發(fā)展迅速，智能管理［49］、智能安全［50］、智能碾壓［51］、智能溫控［52］、智能灌漿［53］以及BIM應(yīng)用［54］等數(shù)字化和智能化技術(shù)已經(jīng)相對(duì)較為成熟，但在壩肩智能開(kāi)挖方面面臨的難題眾多，發(fā)展相對(duì)較為緩慢，目前尚未構(gòu)建起成熟的壩肩智能開(kāi)挖體系。

壩肩開(kāi)挖受到地形地質(zhì)條件、道路交通設(shè)施、周?chē)鷳B(tài)環(huán)境、天氣以及水文等眾多因素的影響，加之不同工程在工程地質(zhì)條件與壩肩設(shè)計(jì)、施工方案上有著顯著差異。因此無(wú)法用數(shù)學(xué)物理模型進(jìn)行精確求解，也難以滿足人工智能算法所需的數(shù)據(jù)支撐。而窯洞式開(kāi)挖技術(shù)提供了一種解決復(fù)雜問(wèn)題的途徑。首先，窯洞式開(kāi)挖的壩肩其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，僅由施工洞與壩肩兩部分組成，不需布置大量的輔助設(shè)施和設(shè)置多個(gè)開(kāi)挖階梯，不同水電工程在壩肩結(jié)構(gòu)形式上差異較小。其次，窯洞式開(kāi)挖范圍小，開(kāi)挖過(guò)程能規(guī)避大部分不可控因素的影響，幾乎不受地形條件、邊坡表層覆蓋情況、天氣狀況等因素的約束，壩肩槽開(kāi)挖過(guò)程智能識(shí)別只需在有限的開(kāi)挖范圍內(nèi)進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的對(duì)象以及干擾的因素較少，能保證數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和精確性。此外，智能分析過(guò)程數(shù)據(jù)處理和傳遞的工作量相對(duì)較少，有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線分析并進(jìn)行快速反饋，保證壩肩智能開(kāi)挖閉環(huán)控制的效率與精度。因此，窯洞式開(kāi)挖技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)壩肩智能化開(kāi)挖而言具有明顯的先天優(yōu)勢(shì)。

若想實(shí)現(xiàn)壩肩采用窯洞式智能開(kāi)挖，需要重點(diǎn)研究壩肩智能開(kāi)挖的總體架構(gòu)、核心內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)等主要問(wèn)題。依托包括互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等在內(nèi)的“互聯(lián)網(wǎng)＋”平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代技術(shù)，在自動(dòng)化技術(shù)和軟硬件技術(shù)的加持下，圍繞壩肩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和開(kāi)挖方式展開(kāi)配套的智能裝備、智能開(kāi)挖技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，構(gòu)建壩肩窯洞式智能開(kāi)挖體系，實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖全過(guò)程智能爆破、智能支護(hù)、智能出渣等，在少人或無(wú)人干預(yù)的情況下自主驅(qū)動(dòng)機(jī)器完成控制目標(biāo)。同時(shí)對(duì)爆破開(kāi)挖全過(guò)程進(jìn)行智能識(shí)別，智能分析優(yōu)化爆破開(kāi)挖方案，根據(jù)爆破開(kāi)挖效果和巖層出露條件進(jìn)行實(shí)時(shí)高效調(diào)整爆破參數(shù)，實(shí)現(xiàn)窯洞式智能爆破開(kāi)挖走向閉環(huán)控制，達(dá)到壩肩開(kāi)挖全過(guò)程可知可控的目的。

4 結(jié) 論

本文闡述了窯洞式開(kāi)挖技術(shù)在中國(guó)西南高山峽谷地區(qū)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，并總結(jié)了該技術(shù)目前應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題以及相應(yīng)的對(duì)策，最后提出了關(guān)于窯洞式開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的若干思考。主要結(jié)論如下：

（1） 相比于明挖方式，窯洞式開(kāi)挖在開(kāi)挖規(guī)模、環(huán)境保護(hù)、成本控制等方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)適用于高山峽谷地帶的高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的壩肩開(kāi)挖技術(shù)。

（2） 窯洞式開(kāi)挖存在開(kāi)挖流程復(fù)雜、開(kāi)挖技術(shù)難度高、壩肩穩(wěn)定性控制難度高等問(wèn)題。這些問(wèn)題會(huì)制約窯洞式開(kāi)挖的應(yīng)用和發(fā)展空間，因此需要在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善和優(yōu)化，并引進(jìn)先進(jìn)的開(kāi)挖、支護(hù)加固、監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，以保證窯洞式開(kāi)挖更加高效、環(huán)保、安全、優(yōu)質(zhì)。

（3） 窯洞式開(kāi)挖能較好地適應(yīng)高寒地區(qū)特殊工程環(huán)境，可以有效解決高寒地區(qū)水電開(kāi)發(fā)中所面臨的一些工程難題，在高寒地區(qū)具有很大的工程應(yīng)用潛力。

（4） 窯洞式開(kāi)挖技術(shù)的特征對(duì)實(shí)現(xiàn)壩肩智能開(kāi)挖具有明顯的優(yōu)勢(shì)和很好的發(fā)展前景，對(duì)于推動(dòng)水電工程智能建造以及智能控制有重要意義。

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（編輯：胡旭東）

Research status and prospect of cave type excavation technology for dam abutment

LUO Yi1，2，LI Qiaoliang2，3，LI Xinping1，2，GONG Hangli2，3，DENG Yunchen2

（1.Hubei Key Laboratory of Roadway，Bridge and Structure Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2.School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China； 3.Sanya Science and Education Innovation Park，Wuhan University of Technology，Sanya 572024，China）

Abstract：

Southwest China has high mountains and deep valleys，and abundant hydropower resources.However，the excavation of dam abutments of hydropower stations is often affected by special topographic and geological conditions，ecological environment requirements and other factors，which has become one of the key problems restricting the construction of hydropower projects in Southwest China.In view of the challenges faced by the common open excavation method of dam abutment，the advantages and disadvantages of cave type excavation technology were expounded from many aspects.Based on the practical application experiences of existing projects，the key problems and corresponding countermeasures of cave type excavation technology in engineering application were analyzed.Finally，focusing on the great potential of hydropower development in alpine regions and the development demands of water conservancy and hydropower technology，the application prospect of cave type excavation technology and the inherent advantages of implementing dam abutment intelligent excavation in alpine regions are briefly analyzed.The research results can provide reference for promoting the development of dam construction technology and promoting the high-quality，safe，green and efficient development of hydropower.

Key words：

dam abutment；cave type excavation；green hydropower；deep valley area in southwest China