阿爾塔什水利樞紐爆破料源選擇及開采規劃

齊江鵬

（新疆水利水電勘測設計研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐是葉爾羌河流域內最大的控制性山區水庫工程，工程任務是在保證向塔里木河干流生態供水的前提下，以防洪、灌溉為主，兼顧發電等綜合利用。阿爾塔什水利樞紐水庫總庫容22.45億 m3，最大壩高 164.8m，電站總裝機容量730MW，為大（1）型Ⅰ等工程。主要建筑物包括攔河壩、1#和2#表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#和2#深孔放空排沙洞、發電引水系統、電站廠房等。

本工程擋水建筑物為混凝土面板砂礫石堆石壩，總填筑量為2501.28萬m3，其中爆破料填筑1061.01萬m3。設計要求壩體爆破料Dmax≤800mm，設計孔隙率取n≤19%，內摩擦角＞40°，干容重γd＝21kN/m3～23kN/m3。本文主要針對壩體爆破料來源及開采規劃進行分析。

2 料源概況

根據可行性研究階段審查意見及規范要求，本階段共勘查了三個爆破塊石料場P1、P2、P3，并對建筑物石方開挖料進行了試驗分析。各料源概況如下：

2.1 P1爆破塊石料場

該料場位于壩址上游左岸約1.7km～2.5km處，料場地形呈NNW向的基巖山梁，巖性為中下石炭統的中厚層灰巖和白云質灰巖，巖石中硬～堅硬，巖層產狀330°～350°SW∠71°，巖體單層厚0.2m～0.5m，無大斷層分布，裂隙發育，巖體完整性差，開挖料塊徑小于30cm。強風化層厚1.0m～1.5m，弱風化層可用作筑壩塊石料。

2.2 P2爆破塊石料場

該料場位于壩址下游右岸1號和3號沖溝之間，距壩址約0.8km～1.6km，地形呈NW向展布的基巖山梁，長約700m，寬250m～340m，巖性為中下石炭統的薄層灰巖，巖石中硬，巖層產狀310°～320° SW∠66°，巖體單層厚 0.1m～0.3m，無大斷層分布，裂隙發育，巖體完整性差，開挖料塊徑小于30cm。弱風化層可用作筑壩塊石料。

2.3 P3爆破塊石料場

該料場位于壩址下游左岸4.5km～5.0km處，地形為近EW向的河谷岸坡，山頂高程1993m，坡面基巖裸露，巖性為中下石炭統的薄層灰巖，巖石中硬，巖層產狀350°～360°SW∠48°～55°，巖體單層厚0.2m～0.3m，無大斷層分布，裂隙發育，巖體完整性差，開挖料塊徑小于30cm。弱風化層可用作筑壩塊石料。

爆破塊石料場試驗指標見表1。

3 壩體爆破料料源選擇

3.1 石方開挖料平衡計算

本工程石方開挖總量較大，石方明挖272.19萬 m3、石方洞挖 202.87萬 m3。壩體爆破料盡量采用建筑物石方開挖料，部分建筑物開挖料可直接利用，以減少二次倒運。開挖料中含部分不可利用量，如土巖分界線混合料、石方開挖中強風化層、石方洞挖中強度過低的夾泥層、施工過程被污染料等。扣除不可利用量后，開挖料開采、運輸、堆存、倒運均有不同程度損耗，其中裝車、運輸損耗為3%，儲存的損耗為3%，各建筑物開挖料可利用數量分析見表2。

根據各建筑物施工進度安排、開挖料可利用量、施工總布置情況及對石方開挖料流向分析（表2）可知，石方明挖及洞挖料中約368.91萬m3（壓實方）用于壩體爆破料填筑，剩余爆破料由料場提供。

3.2 料場選擇

根據爆破料場地形地質、開采分區布置及交通運輸綜合分析，P1、P2及P3料場料質均滿足大壩堆石區填筑要求。P1料場運距近，爆破開挖塊徑相對較大，從料場地形、開采作業面、運輸條件等方面分析P1單獨供應不滿足大壩爆破料設計要求。P2料場運距最近，且為下游料場、開采運輸較方面無干擾、儲量及可開采量均滿足大壩爆破料設計要求，即P2料場可單獨作為料源進行大壩爆破料的供應。P3料場運距較遠，開采困難且與進場道路、輸變電線路安全存在干擾，綜合分析P3作為備用料場。

結合以上分析針對P1、P2料場供應大壩爆破料，擬定二個方案進行比選，方案一由P2料場單獨供料；方案二由P1料場及P2料場聯合供料，方案對比分析見表3。

表1 塊石料試驗指標與質量指標對比表

表2 建筑物開挖料可利用量分析表 單位：萬m3

表3 爆破料場選擇方案對比表

由表3從爆破料場地形、地質、開采運輸及經濟指標等分析，方案一相比方案二投資相差不大，根據施工總工期、壩體分區填筑規劃、壩體填筑曲線綜合分析可得，爆破料填筑高峰期發生在爆破料填筑區第Ⅱ、Ⅲ期（高程1675m～1685m及高程1700m～1725m），經分析高峰期時段大壩爆破料填筑需料場同時開采4個工作面來供應。如采用方案一在大壩爆破料填筑高峰期高程1675m～1685m和高程1700m～1725m時，P2爆破料場此時分別開采至高程1840m、1780m平臺均無法同時提供4個工作面供料，即達不到施工高峰強度要求。由于本工程填筑量大、施工高峰強度高、上壩交通運輸及結構設計要求，為確保滿足大壩填筑強度及料源儲量，選定方案二為大壩爆破料供應來源。

4 料場規劃

4.1 開采規劃原則

爆破料場開采規劃的基本原則為：料場規劃必須滿足大壩填筑的高峰強度；充分利用建筑物的開挖料，力求挖填平衡；優先選用距壩址較近、采運條件較好、覆蓋層剝離量小、施工干擾小的料場；盡可能做到高料高用，低料低用，上游料場用于上游壩體、下游料場用于下游壩體，盡量避免和壩體交叉運輸；規劃料場的實際可開采總量，應考慮料場的調查勘探精度、料物天然容重與壩面壓實容重的差值以及料場開采、加工、運輸等各種損失量。

4.2 爆破料場開采規劃

根據大壩爆破料填筑時間、空間及填筑方量對P1及P2爆破料場進行初步規劃。

4.2.1 P1爆破料場

P1爆破料場地形陡峭，開采道路布置困難。結合P1料場地形條件，開采道路沿4#沖溝下游側布置道路爬升至1861.33m高程后，自上而下，分臺階進行料場開采。每層臺階高度為10m，坡度1∶0.5，預留2m寬的馬道，每層臺階寬度大于50m，最多分三層臺階同時施工。開采階段的場內施工道路主要為上下梯段間的連接道路，平臺之間利用開挖石渣墊成斜坡道路作為交通通道。開采道路長約1.5km，道路寬9.0m，起止高程1730m～1861.33m，綜合縱坡為9.2%。

4.2.2 P2爆破料場

P2料場Ⅰ區：位于1#、3#沖溝之間，開采條件相對較好。開采道路分別在1#、3#沖溝內布置，其中位于3#沖溝的開采道路可爬至料場前沿高程1891.91m，位于1#沖溝內的開采道路可爬至高程1831m。開采順序：自高而底，分臺階開挖。每層臺階高度為10m，坡度1∶0.5，預留2m寬的馬道，臺階寬度不小于50m，長度在80m～100m，最多分三層臺階同時施工，每個臺階平面上分2個～3個作業面。開采階段的場內施工道路主要為上下平臺間的連接道路，平臺之間利用開挖石渣墊成斜坡道路作為交通通道。

P2料場Ⅱ區：位于阿爾塔什水利樞紐永久過河大橋右岸下游側，該區呈東西長條布置。可在阿爾塔什永久跨河大橋右岸下游修建一條開采道路爬至該料場高程1890m。開采順序：自高而底，分臺階開挖。每層臺階高度為10m，坡度1∶0.5，預留2m寬的馬道，每個工作面沿臺階長度方向原則上為大于50m，最多分三層臺階同時施工。開采階段的場內施工道路主要為上下梯段間的連接道路，平臺之間利用開挖石渣墊成斜坡道路作為交通通道。

5 料場開采

5.1 開采方式選擇

目前國內開采爆破料場的主要爆破技術為洞室爆破和深孔梯段爆破。因深孔梯段爆破施工準備期短，爆破后塊石質量好，施工效率高，施工成本低；同時考慮到本工程料場位置及施工工期，本工程爆破料場開采方式選定為深孔梯段爆破。計劃毛料采用深孔梯段爆破法開采，邊坡采用預裂爆破法開挖。

5.2 梯段爆破設計

根據國內外爆破料場開采工程類比分析，結合本工程料場的巖層物理力學性質，毛料開采的炸藥單耗為0.4kg/m3～0.5kg/m3。初定各項爆破參數如下：鉆孔直徑采用φ100mm，CM351型鉆機孔排距為a×b=3.11m×3.11m，本工程在大壩爆破料填筑高峰期段，每個工作面一次爆破布置3排炮孔，一排布置12個炮孔，布孔方式采用矩形或梅花型，鉆孔角度一般為75°（可根據地形需要進行角度調整）。裝藥采用銨梯炸藥，φ80藥卷，鉆孔超深按1.2m～3.0m計算，標準孔深為11.2m～3.0m，堵塞長度為3.3m。

爆破網絡采用非電導爆管——導爆索網絡系統，采用排間微差同段起爆方式。導爆索直接下至孔底作為起爆體，炮孔間用導爆索連接（常用10ms～30ms），段間采用MS-2非電雷管接力或者采用MS-1～MS-10非電雷管控制起爆順序和時差。

6 結論與建議

（1）阿爾塔什水利樞紐石方開挖數量大，施工用時長，強度高，根據料場規劃、開采布置及土石方平衡計算結果，目前已勘探的爆破料場儲量和質量能夠滿足工程的需要。

（2）阿爾塔什水利樞紐爆破料施工高峰期月均上壩強度為 44.99萬 m3，P1、P2爆破料場地形陡峭，受交通條件限制，理論可開采量781萬m3，而P1、P2爆破料場均為中厚層式薄層結構，建議通過料場爆破試驗進一步論證P1、P2爆破料場可開采量。陜西水利