劉成友，李 鵬，康向文，王燕山，郭 成，楊致遠(yuǎn)

(國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610041)

0 引 言

雙江口水電站采用礫石土心墻堆石壩，最大壩高312 m[1]，“高水頭、大泄量、窄河谷”的泄水建筑物布置，高陡邊坡開挖支護(hù)及復(fù)雜危巖體防治，以及施工場地緊湊、施工強(qiáng)度高、基坑開挖深等特點(diǎn)，增加了現(xiàn)場施工控制難度；同時，大壩工程壩肩邊坡開挖過程中存在超欠挖、平整度等不滿足設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)象，制約了優(yōu)良單元工程的評定[1-2]。因此，系統(tǒng)分析雙江口水電站壩肩開挖影響因素，對提高壩肩邊坡開挖單元工程優(yōu)良率具有重要的意義。

目前，國內(nèi)缺乏在高山峽谷地區(qū)建設(shè)300 m級心墻壩的經(jīng)驗(yàn)，而國外300 m級心墻壩的實(shí)例也極少，壩肩開挖這一影響整個壩體后期填筑質(zhì)量的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，其質(zhì)量控制就顯得尤為重要[3-5]。因此，本文以雙江口水電站300 m級高壩為例，結(jié)合不平整度和超欠挖這兩個影響小洞室開挖單元工程優(yōu)良率的主要因素展開討論和評估，并針對影響壩肩邊坡開挖優(yōu)良率的各項(xiàng)因素進(jìn)行檢查和統(tǒng)計(jì)分析，提出了基于G1-熵權(quán)組合分析方法，通過該方法的應(yīng)用，達(dá)到為雙江口水電站大壩壩肩邊坡開挖質(zhì)量控制要因確定及控制措施制定提供依據(jù)的目的，并為今后其他300 m級高壩壩肩開挖等類似問題提供參考。

1 雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素分析

1.1 壩肩單元工程開挖現(xiàn)狀調(diào)查

雙江口水電站兩岸壩肩邊坡陡峭，巖石整體較為破碎，裂隙發(fā)育(左岸堆石壩心墻沿軸線開挖高度約370～380 m，心墻及反濾區(qū)壩基邊坡開挖坡比1∶1.15～1∶1.3；右岸堆石壩心墻沿軸線開挖高度約350～360 m，心墻及反濾區(qū)壩基邊坡開挖坡比1∶0.58～1∶0.8)，加之施工管理有待提升，導(dǎo)致已開挖完成的邊坡存在平整度差、超欠挖過大、半孔率低等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響單元工程優(yōu)良率，針對這一情況，成立QC小組，通過現(xiàn)場調(diào)研、資料查詢等工作，統(tǒng)計(jì)出影響壩肩邊坡開挖優(yōu)良率因素，其中，不平整度占比67.5%；超欠挖占比18.2%；底部標(biāo)高占比8%；半孔率占比6.3%。雙江口水電站大壩壩肩邊坡開挖優(yōu)良率影響因素統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 雙江口水電站大壩壩肩邊坡開挖優(yōu)良率影響因素統(tǒng)計(jì)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，影響雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率的主要因素是不平整度和超欠挖，兩項(xiàng)因素占總數(shù)的85.7%。

1.2 壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，小組成員進(jìn)行了原因分析，并繪制成關(guān)聯(lián)圖，如圖1所示。

圖1 雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素關(guān)聯(lián)

基于關(guān)聯(lián)圖分析，根據(jù)工程施工實(shí)際情況，參考并借鑒相關(guān)文獻(xiàn)，遵循數(shù)據(jù)可獲得性、系統(tǒng)性和科學(xué)性等原則，選取預(yù)裂樣架不滿足要求、預(yù)裂孔鉆孔質(zhì)量差、爆破參數(shù)不合理、鉆爆人員操作不當(dāng)、預(yù)裂孔孔位偏差大5個評價(jià)依據(jù)，鋼管剛度不足、樣架加固方式不合理、角度檢查頻率不夠、鉆爆設(shè)備性能差等11項(xiàng)末端因素構(gòu)建出雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)體系

2 基于組合賦權(quán)的壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素模型計(jì)算

2.1 基于G1-熵權(quán)組合權(quán)重的壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素模型構(gòu)建思路

壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素模型構(gòu)建思路為：①步驟1。標(biāo)準(zhǔn)化處理壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)數(shù)據(jù)。②步驟2。分別運(yùn)用G1法和熵值法對各影響因素指標(biāo)賦權(quán)。③步驟3。確定上述賦權(quán)方法的權(quán)重系數(shù)，計(jì)算得到各影響因素指標(biāo)的組合權(quán)重。

2.2 指標(biāo)的規(guī)范化處理

指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理如下

(1)

式中，Aj為評價(jià)原始數(shù)據(jù)矩陣；aij為第i個單元工程第j個影響因素[6]。

2.3 單一評價(jià)法賦權(quán)

分別運(yùn)用G1法、熵值法等進(jìn)行影響指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，選取雙江口水電站左壩肩(2 340～2 198 m高程)、右壩肩(2 340～2 198 m高程)共計(jì)74個單元工程作為獲取各影響因素指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)。

2.3.1G1法計(jì)算權(quán)重

G1法充分反映專家的主觀意見，是對影響指標(biāo)的重要性排序，排序越靠前權(quán)重越大[7-9]。

(1)確定相鄰影響因素xk的理想賦值。雙江口水電站壩肩開挖相鄰影響因素的重要性程度之比xk的理性賦值為

(2)

式中,xk為相鄰影響因素rk-1與rk重要性程度之比，k=l,l-1,l-2,…,3,2，其中，l為實(shí)際影響因素指標(biāo)數(shù)，l=11。

(2)計(jì)算各因素G1法權(quán)重。首先，計(jì)算壩肩開挖第i個因素的G1法權(quán)重wi，即

(3)

接下來，根據(jù)wi值，分別計(jì)算壩肩開挖的第l-1,l-2，…,3,2個影響因素的權(quán)重

wk-1=xkwk

(4)

式中，wk為第k-1個指標(biāo)的G1法權(quán)重，k=l,l-1,l-2,…,3,2，l=11。

2.3.2熵值法計(jì)算權(quán)重

熵值法是通過計(jì)算同一指標(biāo)的數(shù)值差客觀反映指標(biāo)的重要性程度的一種方法，差值越大權(quán)重越大[10-11]。

(1)構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣。雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率指標(biāo)體系具有n(n=11)個影響因素，針對m(m=74)個單元工程，則其原始數(shù)據(jù)矩陣為

(5)

(2)標(biāo)準(zhǔn)化原始數(shù)據(jù)矩陣。將aij帶入式(1)，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

(6)

(3)計(jì)算影響因素熵值。根據(jù)式(6)得到的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，計(jì)算第j個影響因素的熵值，即

(7)

式中，d=1/lnm。

(4)計(jì)算影響因素熵權(quán)。根據(jù)熵值計(jì)算第j個影響因素的熵權(quán)φj，即

(8)

則n個影響因素的熵權(quán)值為φ=(φ1φ2…φn)。

2.4 組合權(quán)重的確定

為充分利用壩肩開挖領(lǐng)域的專家經(jīng)驗(yàn)，同時又參照實(shí)際開挖單元工程數(shù)據(jù)，通過對各影響因素的G1法主觀權(quán)重和熵權(quán)法客觀權(quán)重的線性組合，計(jì)算第j個影響因素的組合權(quán)重，即

w′j=λ×wj+(1-λ)φj

(9)

式中，λ為調(diào)節(jié)系數(shù)。

根據(jù)總誤差平方和最小化原則，建立目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算調(diào)節(jié)系數(shù)λ，即

(10)

對式(10)求導(dǎo)，并令其等于零，可解得調(diào)節(jié)系數(shù)λ=0.5，即

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，二語學(xué)習(xí)者與母語者在判斷句子是否合乎語法方面沒有顯著差異，二語水平?jīng)]有影響到學(xué)習(xí)者對句子的判斷。所以推論出:中國英語學(xué)習(xí)者沒有受到母語影響，他們對非限定動詞的特征有清晰認(rèn)識，了解其語法規(guī)則，擁有顯性知識。這種顯性知識也體現(xiàn)了學(xué)習(xí)者的元語言能力。

(11)

式(11)表明，組合權(quán)重為G1法權(quán)重和熵權(quán)權(quán)重的均值，最終可得各影響因素的組合權(quán)重為w′j=(w′1,w′2,…,w′n)T。

3 結(jié)果分析

本文選取雙江口水電站左壩肩(2 340～2 198 m高程)、右壩肩(2 340～2 198 m高程)共計(jì)74個單元工程獲取各影響因素指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，將各指標(biāo)數(shù)值規(guī)范化處理，得到第i個單元工程第j個影響因素指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值sij，i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

3.1 G1法權(quán)重計(jì)算

QC小組專家對影響雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率的11個因素指標(biāo)的主觀排序?yàn)閞2>r3>r5>r7>r1>r10>r8>r6>r11>r4>r9；相鄰影響因素的重要程度之比xk的立項(xiàng)理想賦值為：x2=r1/r2=0.3；x3=r2/r3=1.1；x4=r3/r4=6.9；x5=r4/r5=0.15；x6=r5/r6=6.1；x7=r6/r7=0.65；x8=r7/r8=1.3；x9=r8/r9=2.6；x10=r9/r10=0.35；x11=r10/r11=1.3。

將由式(2)得到的理性賦值代入式(3)、(4)中，得到樣架鋼管剛度不足(r1)、樣架加固方式不合理(r2)、角度檢查頻率不夠(r4)、鉆爆設(shè)備性能差(r4)、梯段高度不合適(r5)、火工材料性能不滿足要求(r6)、裝藥聯(lián)網(wǎng)不滿足要求(r7)、預(yù)裂孔放樣精度不足(r8)、施工技術(shù)交底不到位(r9)、鉆爆人員工作經(jīng)驗(yàn)不足(r10)和預(yù)裂孔間距不合理(r11)等11個影響因素的G1法權(quán)重為

3.2 熵權(quán)值法權(quán)重計(jì)算

采用0～3的4級測度法對單元工作的各影響因素進(jìn)行打分，構(gòu)造評價(jià)的原始數(shù)據(jù)矩陣，即

根據(jù)上述得到的原始數(shù)據(jù)矩陣，運(yùn)用式(1)、(6)、(7)和(8)可計(jì)算得到雙江口水電站大壩壩肩開挖單元工程優(yōu)良率各影響因素的熵權(quán)權(quán)重為

3.3 基于G1-熵權(quán)值組合賦權(quán)的權(quán)重計(jì)算

將各影響因素運(yùn)用G1法和熵權(quán)值法得到的權(quán)重代入式(11)，得到雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素組合權(quán)重為

綜上，可得雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素指標(biāo)權(quán)重賦值，如表2所示。

表2 雙江口水電站壩肩開挖單元工程影響因素指標(biāo)權(quán)重

3.4 綜合分析

影響因素指標(biāo)權(quán)重的大小可直接反映該因素的關(guān)鍵程度，根據(jù)評價(jià)結(jié)果可知，樣架加固不合理、梯段高度不合理和角度檢查頻率不夠三項(xiàng)影響因素的組合權(quán)重值分別為0.276 81、0.218 50、0.210 95，累計(jì)權(quán)重值達(dá)到0.706 26，是影響雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率的主要因素，需重點(diǎn)關(guān)注。

4 壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響要因措施控制

針對樣架加固不合理、梯段高度不合理和角度檢查頻率不夠等影響雙江口水電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率的要因，制訂專項(xiàng)技術(shù)和管理措施，并應(yīng)用于實(shí)踐。

4.1 措施制定

(1)對策實(shí)施一——提高樣架搭設(shè)質(zhì)量。①斜桿間距由1.5 m改為0.8 m，一孔一桿進(jìn)行控制；②嚴(yán)格控制前后兩排插管深度，并用砂漿充填密實(shí)，以牢靠固定樣架；③將原獨(dú)立樣架調(diào)整為緊貼巖面搭設(shè)，盡量減小鉆機(jī)平臺寬度，以控制技術(shù)性超欠挖(采用YQ100B型鉆機(jī)造孔不可避免)，樣架應(yīng)安裝牢靠，剛度滿足施工要求。

(2)對策實(shí)施二——減小梯段高度。通過綜合對比分析，將左壩肩(坡比1∶1.3)開挖梯段高度由10 m降到7.5 m，鉆孔深度由16.13 m減小到11.17 m以下，大大減小了鉆孔過深造成“飄孔”風(fēng)險(xiǎn)和飄孔偏差較大的問題。試驗(yàn)段預(yù)裂孔采用采用YQ100B型鉆機(jī)造孔，孔徑90 mm；梯段高度為7.5 m，預(yù)裂孔鉆孔深度12.3 m，傾角為38°,孔間距為0.8 m，孔內(nèi)采用φ32 mm乳化藥卷不耦合間隔裝藥，線裝藥密度為280 kg/m，單孔裝藥量3.92 kg，最大單響39.2 kg。

(3)對策實(shí)施三——增加角度檢查頻次。①樣架搭設(shè)前必須測量放樣，樣架搭設(shè)后對樣架角度進(jìn)行測量復(fù)核，鉆機(jī)固定后再次復(fù)核角度，鉆桿安裝后對其角度和對準(zhǔn)孔位進(jìn)行校對，監(jiān)理工程師對其校對情況進(jìn)行復(fù)核，偏差滿足要求后方同意開鉆。②鉆孔過程中嚴(yán)格落實(shí)“五步校桿法”，即在開鉆后20、50、100、150 cm及200 cm部位均進(jìn)行校桿，確保鉆桿在鉆孔過程中角度無誤。

(4)對策實(shí)施四——加強(qiáng)管理措施，一炮一評價(jià)。加強(qiáng)管理措施，實(shí)行預(yù)裂孔鉆孔責(zé)任到人(定機(jī)、定孔、定人)，采取獎罰措施，對鉆孔多次不合格人員予以辭退或調(diào)換工作崗位。

(5)嚴(yán)格爆破開挖過程工序控制，實(shí)行爆破開挖“三準(zhǔn)證”制度；嚴(yán)格落實(shí)“一炮一設(shè)計(jì)”、“一炮一總結(jié)”，不斷提高開挖爆破水平。

4.2 爆破效果檢查

將上述措施應(yīng)用于實(shí)際施工過程中，爆破后對爆破效果進(jìn)行檢查，檢查情況如下：

(1)爆破裂隙。壁面基本無新生爆破裂隙。

(2)半孔率。本梯段半孔檢查總長度為479.33 m，有效半孔長度為436.8 m，半孔率91.1%，由于下游側(cè)存在3條地質(zhì)裂隙，導(dǎo)致半孔率偏低。

(3)平整度。本梯段共計(jì)檢查30個點(diǎn)，最大值16 cm，最小值4 cm，平均值8.5 cm合格率96.7%。

(4)超欠挖。本梯段共檢測29個點(diǎn)，無欠挖情況，最大超挖34 cm，最小超挖4 cm，平均超挖16.1 cm，超欠挖合格率93.1%。

通過對比試驗(yàn)得出，開挖梯段高度7.5 m時，半孔率、不平整度、超欠挖均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.3 結(jié)果對比分析

經(jīng)過對以上措施的逐步落實(shí)，左壩肩(2 340.00～2 272.5 m高程)超欠挖檢測斷面206條，測點(diǎn)1 268個，檢測最大超挖129 cm(地質(zhì)缺陷)，平均超挖14 cm，無欠挖，超欠挖合格率93.8%；開挖綜合半孔率82.3%(局部巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育)；開挖面不平整度檢測534個點(diǎn)，合格率93%，最大值20 cm，平均值8.7 cm。

右壩肩(2 360.00～2 272.5 m高程)超欠挖檢測斷面 125條，測點(diǎn)920個，超欠挖合格率95%，檢測最大超挖50 cm(局部巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育)，平均超挖13 cm，無欠挖；開挖綜合半孔率90.07%；開挖面不平整度檢測300個點(diǎn)，合格率94%，最大值20 cm，平均值8.7 cm。

5 結(jié) 論

(1)結(jié)合雙江口水電站壩肩開挖實(shí)際，通過QC小組活動，提高了該電站壩肩開挖單元工程優(yōu)良率，達(dá)到了“拱肩槽”開挖效果，減少了欠挖處理費(fèi)用和后續(xù)岸坡混凝土超填費(fèi)用，有利于節(jié)約投資。

(2)該工程處于高地應(yīng)力地區(qū)，邊坡開挖后存在巖爆風(fēng)險(xiǎn)。通過減小開挖梯段高度，在下一梯段開挖前通過堆渣即可完成邊坡的支護(hù)施工，提高了支護(hù)施工的及時性；同時，減少了排架搭設(shè)工程量，降低了邊坡支護(hù)高排架作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

(3)本文提出的方法能較好地實(shí)現(xiàn)對300 m級高壩壩肩開挖單元工程優(yōu)良率影響因素的分析，并據(jù)此提出相應(yīng)的防控措施，這不僅為雙江口水電站壩肩開挖質(zhì)量控制和安全管理提供依據(jù)，還可為今后其他300 m級高壩壩肩開挖等類似問題提供借鑒。