普西橋水電站料場開采規劃優化分析

冷冰川

(云南省能源投資集團有限公司，昆明 650000)

1 概 況

普西橋水電站位于云南省墨江縣雅邑鄉普西村普西鐵索橋附近河段，以發電為主，水庫具有年調節能力。最大壩高140 m，水庫正常蓄水位為737.00 m，死水位705.00 m，正常蓄水位以下庫容為5.04×108m3，總裝機容量為190 MW(2×95 MW)。普西橋水電站樞紐由面板堆石壩、右岸開敞式溢洪道、左岸引水系統、左岸泄洪隧洞及左岸岸邊主副廠房等建筑物組成，樞紐等級屬二等大(Ⅱ)型工程。

隔界箐料場是普西橋水電站混凝土骨料以及大壩堆石料的主要石料來源，位于壩址右岸隔界箐溝下游山坡上，距壩址1.5～1.8 km，分布高程630～865 m，料場開采范圍高差100～230 m，總面積約18×104m2。該料場上下游邊界各發育一條沖溝，在中間發育一條切割較淺的小沖溝，料場地形相對較完整，地表普遍為第四系覆蓋，厚度在1.2～14.2 m，下伏基巖為三疊系上統一碗水組上段(T3yc)及少量中段(T3yb)地層。原開采規劃方案中，料場終采平臺高程625 m，有用料可開采儲量為393.77×104m3，開挖剝采比約為1∶2.37。

2 優化必要性

2.1 地質條件變化

隔界箐料場在開采施工至高程775 m時，發現地質條件與前期勘察結果不一致，可能對料場儲量和上壩料質量有影響[1]，故布設了4個勘探孔進行地質復核，以進一步查明隔界箐料場的實際可用層儲量及受斷層影響的范圍。

經復核鉆孔揭露，斷層F19產狀N25°～59°W，SW∠70°～84°，構造帶寬5～10 m，斷層帶組成物質主要有碎塊巖、碎裂巖、糜棱巖，碎裂巖體垂直深度約35 m。受斷層F19上盤逆沖，隔界箐料場高程760 m以上可用料(T3yc-1)層厚變薄，巖體風化強，夾泥多，巖體質量更差。

2.2 建筑物開挖可利用料變化

原規劃左岸引水發電系統、泄洪沖沙洞等洞挖料質量滿足大壩填筑料要求，約11.4×104m3。但因與大壩及溢洪道工程分屬不同承包商承建，在實際施工過程中，大量的洞挖可用料并未按設計要求有序堆存，并且從多次現場協調來看，洞挖料上壩不確定性較大。而此時大壩壩基已清理完畢通過驗收，即將開始大規模填筑，對隔界箐料場開采規劃進行優化調整十分必要[2]。

3 優化方案評價

由于現場已按原開采方案進行了料場頂部開挖，形成了邊坡和施工道路，為保證開采施工的連續性，結合前期征地紅線邊界條件限制和斷層F19地質條件的影響，擬放棄高程760 m以上開采，轉而從高程760 m向下開挖，料場終采平臺從高程625 m降低至高程610 m，并向下游擴展至10#沖溝。優化開挖示意圖見圖1。

補充勘探表明，當終采平臺降低至高程610 m時，料源主要質量技術指標滿足上壩條件但根據普西橋水電站壩址、廠址各頻率施工洪水成果，5年一遇的洪水流量為1 570 m3/s，此時水位約618.15 m。因此，在進行高程625 m以下的開挖時，需采取預留巖埂或者修筑圍堰等措施。

從經濟性指標來看，原開采規劃方案料場高程760 m以上總開采量僅為36.95×104m3，占開采總量的6.6%；有用料19.9×104m3，占有用料開采總量的5.1%，且支護工程量主要集中在料場上部，因此放棄高程760 m以上開采有利于降低開挖難度及成本[3]。

圖1 隔界箐料場優化開挖示意圖

4 料源計算

4.1 建筑物開挖可利用料分析

根據施工現狀，不考慮不確定性較大的洞挖料，建筑物開挖料上壩主要來源于溢洪道泄槽段開挖。溢洪道泄槽段土石比例以弱風化界線綜合計算，比值為0.36/0.64，總開挖量166.6×104m3，弱風化以下基巖開挖量為106.6×104m3，考慮因地質條件影響以及開采損耗，溢洪道泄槽段可用開挖量約為72×104m3。建筑物開挖料上壩用于堆石料填筑，結合大壩堆石料填筑指標，折合壩上方為80.4×104m3，施工圖階段的大壩堆石料填筑設計量338.36×104m3，剩余257.96×104m3由料場供應。

4.2 石料需求量

石料需求包括大壩墊層料、過渡料、堆石料以及砂石生產系統生產的混凝土骨料。鑒于導流工程基本完工，根據施工圖階段的設計工程量，除去導流工程混凝土量，全工程混凝土量(含噴混凝土)共37.88×104m3。料場設計需要量見表1。其中，比例系數根據巖石天然干密度、設計壓實干密度計算。

表1 料場設計需要量計算表

由表1可知，料場共需開采有用料321.05×104m3(自然方)，考慮規劃系數1.25，料場規劃開采量為401.31×104m3。

4.3 料場復核

根據優化調整方案，從高程760 m至終采平臺610 m，每15 m高差形成一個平切圖，開挖坡比在建議剝離厚度底界以下采用1∶0.5，以上采用1∶0.75放坡，剔除F19斷層影響帶，考慮地表覆蓋層的厚度約10 m。計算成果見表2。

表2 優化方案開采規劃分層特性表

由表2可知，經過復核計算，隔界箐料場的可采儲量約為383.49×104m3，可滿足設計需要量321.05×104m3，但達不到規劃開采量的要求。從工程安全角度出發，需考慮備用料場。

經勘查，距普西橋水電站壩址公路里程約10 km，進場公路左岸一段山脊可作為備用料場。公路料場出露巖性較均一，為長石石英砂巖、粉砂巖、鈣質砂巖、砂質灰巖，沿公路料場基巖出露范圍長約300 m，向內延伸寬度約40 m，高約50 m，初步估算可用料約60×104m3，料源質量滿足堆石壩填筑料需求。若考慮備用料場的儲量，料場的開采儲量約為443.49×104m3，可以達到規劃開采量要求，為設計需要量的1.38倍。

4.4 優化效果

調整開采方案后，隨著隔界箐料場開采高程不斷下降，巖石越趨新鮮完整，采區內未出現軟弱夾層等大范圍不良地質條件。

結合大壩填筑強度和工期，普西橋水電站制定了土石方調配計劃。根據壩體各料區技術指標不同，通過級配料爆破試驗，確定最優爆破參數，盡可能利用開采料直接上壩，減少中轉堆存，減少二次加工等各項損耗。并且在施工過程中，多次結合填筑實際核算料場剩余儲量和大壩剩余填筑量[4]，對邊坡適時調整放緩。通過采取加強料物管理、減少各項損耗等施工控制措施，有效提高了有用料的利用率。至大壩填筑完畢，普西橋水電站并未啟動備用料場，優化效果明顯。

5 結 語

料場準確詳實的開采規劃是堆石壩填筑施工取得成功的關鍵。普西橋水電站在大壩填筑伊始就面臨料源變化，結合料場已開挖地形和征地紅線，及時進行調整優化，保證了施工的連續性。在優化方案實施過程中，通過采取加強料物管理、減少各項損耗等施工控制措施，有效提高了有用料的利用率。隔界箐料場在滿足質量要求的前提下，保證了大壩填筑供應強度，降低了料場因高開口帶來的施工難度和支護成本，并且最終未啟用規劃備用料場，投資、進度、環保等綜合效益顯著。