獅子坪水電站牌坊溝堆石料場開采規劃

龐 杰， 肖 海 濤， 彭 靜

(水電七局成都工程有限公司，四川成都 610225)

1 牌坊溝堆石料場的基本情況

牌坊溝料場位于壩址區上游雜谷腦河左岸牌坊溝溝口，距壩址5.5 km，料場正下方有317國道通過，交通較方便。料場自然坡度為50°～55°，場地長約 600 m，寬約 150～250 m，分布高程2 460～2 650 m。

料場巖性為雜谷腦組(T2Z)的厚～巨厚層變質細砂巖夾砂質板巖，巖層產狀N0°～30°E/SE(NW)∠80°～90°，層面陡傾下游，局部傾上游，節理裂隙發育，主要有四組，(1)N0°～30°E/SE(NW)∠80°～90°，層面;(2)N50°～75°W/SW∠25°～45°，延伸長度大于5 m，面微起伏粗糙，間距30 ～60 cm;(3)N45°～65°W/SW∠70°～75°，延伸長度1～3 m，面微起伏粗糙，間距20～40 cm;(4)N50°～80°E/NW∠10°～25°，延伸長度大于5 m，面微起伏粗糙，間距60～100 cm。以上四組裂隙相互切割，將巖石切割成0.3～0.8 m的塊體，有利于開采。

料場基巖裸露，據料場勘探平硐揭示，強卸荷深一般為30～50 m，弱風化、弱卸荷深一般為70～90 m。以牌坊溝為界，把料場分為兩個區，溝下游為Ⅰ區，溝上游為Ⅱ區。

變質砂巖的干密度為 2.66 ～2.72 g/cm3，濕抗壓強度Rw=60～160 MPa，全部為堅硬巖石，巖塊質量滿足規范要求。

2 規劃開采工程量及質量要求

2.1 規劃開采工程量

牌坊溝料場用于開采壩殼堆石料，規劃開采總量約288萬m3。根據設計提供的地質資料及現場勘測資料，在考慮部分爆破、運輸損耗并通過計算得知可用壩殼堆石料約228萬m3(壓實方)，需棄無用料約60萬m3。

2.2 開采質量要求

設計方對壩殼堆石料的要求:石質堅硬，不易軟化破碎，石料飽和抗壓強度≥40 MPa，上壩石料顆粒級配須滿足以下要求:粒徑小于5 mm顆粒含量 ≤15%，最大粒徑 ≤800 mm，粒徑小于0.075 mm土粒含量≤2%，顆粒級配連續。壓實后堆石孔隙率宜≤24%，滲透系數≥1×10－2cm/s。

3 料場布置

3.1 總體方案

由于牌坊溝料場頂部地形較陡，場內道路無法直接修到料場頂部，因此，料場高程2 570 m以上只修了重機道，其上部覆蓋層、無用料直接甩至料場下部老317國道處，棄渣通過317國道運至大丘地棄渣場。對于2 570～2 500 m高程開采料通過P－2#路、5－4#路、5－1#路、R8#路運輸上壩。2 500～2 460 m高程開采料通過P－3#路、P－4#路、5－4#路、5－1#路、R8#路運上壩。在開采施工過程中，與料場相接段道路路面隨著料場的開采下降而下降。牌坊溝料場平面布置情況見圖1。

3.2 運輸道路布置

(1)P－1#路:連接老317國道和牌坊溝料場上游，道路全長約660 m，寬9 m，泥結碎石路面，主要用于牌坊溝料場I區上游側高程2 500～2 550 m、II區高程2 500 m以上開采料的運輸。

(2)P－2#路:連接牌坊溝料I區下游和5－4#路，道路全長約610 m，寬9 m，泥結碎石路面，主要用于牌坊溝料場I區2 500～2 570 m開采料的運輸。

圖1 牌坊溝料場平面布置圖

(3)P－3#路:連接牌坊溝料I區下游和P－4#路，道路全長約680 m，寬9 m，泥結碎石路面，主要用于牌坊溝料場I區2 500～2 460 m高程開采料的運輸。

(4)P－4#路:連接老317國道和5－4#路，道路全長約480 m，寬9 m，泥結碎石路面，主要用于牌坊溝料場I區2 500～2 460 m高程開采料的運輸。

(5)P－6#路:連接牌坊溝料II區和P－1#路，道路全長約200 m，寬9 m，泥結碎石路面，主要用于牌坊溝料場II區高程2 500 m以下開采料的運輸。

(6)5－4#路:連接P－2#、P－4#和5－1#路，道路全長約870 m，寬9 m，泥結碎石路面，主要用于牌坊溝料場I區開采料的運輸。

3.3 風、水、電布置

料場開采用風主要為鉆孔設備動力用風和邊坡支護用風。由于鉆機主要為液壓鉆機和高風壓鉆機，供風需求不大，采用20 m3和12 m3油動空壓機輔助使用。

料場開采用水主要為生產用水。根據現場實際地形及料場內水源情況，截取牌坊溝溝水，用水泵抽水至新建10 m3水池。供水主管采用DN50鋼管從水池接至各工作面。

施工用電的用電纜從安裝在大牌路九架棚溝轉彎處的500 kVA(35 kV/0.4 kV)變壓器引出，然后架設四平線至各工作面并設置配電盤，用電纜接至工作面。

3.4 排水系統布置

沿料場牌坊溝附近開挖開口線上部順地形設M10漿砌石排水溝，采用自然排水的方式將牌坊溝溝水引排至雜谷腦河。排水溝深60 cm，底寬120 cm，邊坡1∶1，漿砌石厚度為50 cm，水溝內壁抹1∶3水泥砂漿。

為便于排水，在跨越場內道路時埋設混凝土涵管排水，以防止夏季山水暴漲沖斷道路。

4 開采方法

牌坊溝料場開采的施工程序:運輸、場內道路修建→風、水、電系統等臨建設施修建→料場上部覆蓋層、無用料剝離→爆破試驗→料場開采→成型邊坡支護。

4.1 施工準備

料場開采前，首先進行原始地形測量并協同監理工程師進行料場及其周圍情況的復查，內容包括:開采區的地質、地形、水文氣象、施工條件等，確定剝離層厚度、構造帶的分布情況;通過取樣試驗，核實上壩料的物理力學特性;石料物理力學特性復核的重點是比重、天然容重、干濕抗壓強度等;復查結果報監理工程師審批后方能進行石料開采。

運輸道路路基開挖采用CAT330C挖掘機在前面開挖毛路，CAT330D挖掘機在后面降路，棄渣裝15 t自卸汽車運至大丘地棄渣場。石方開挖采用20 m3移動式油動空壓機供風，CM－351鉆機造孔。破碎的高邊坡采用錨噴方式支護。

4.2 覆蓋層以及無用料的開挖

由于牌坊溝料場頂部地形陡峭，場內道路無法修至料場頂部，因此，采用先在料場頂部修建重機道與P－2#路相接。覆蓋層、無用料的開挖采用CAT330挖掘機進行，渣料先用CAT330挖掘機甩至P－2#路路口或老317國道處，裝15 t自卸汽車運至大丘地棄渣場。

4.3 爆破試驗

根據現場實際地形、地質情況，分別在牌坊溝料場I區2 570 m高程和II區2 540 m高程兩個平臺進行爆破試驗。

4.3.1 試驗目的

(1)確定合理的爆破參數:包括臺階高度、孔排距、底盤抵抗線、單耗藥量等。

(2)確定合理的起爆網路。

(3)確定合理的裝藥結構。

(4)震動測試:測試爆破震動對周圍建筑物和料場邊坡的影響。

(5)宏觀調查和安全評估:通過對爆破試驗后的地形、地貌、邊坡危巖、裂縫變化的調查，與監理工程師一道進行爆破安全評估，以指導后續爆破作業。

4.3.2 試驗步驟

(1)按經監理批準的爆破試驗大綱及爆破設計施工。(2)爆后對爆堆形狀和巖塊外觀進行分析、錄像。(3)選擇代表性區域進行篩分試驗。(4)將每次試驗成果繪制成級配曲線，并與設計的級配包絡線相比較，確定最優爆破參數。(5)編寫試驗成果報告報監理審批。

4.3.3 鉆孔爆破方案及參數初選

根據所需堆石料的質量要求，結合現場實際地形、地質情況，采用深孔微差擠壓爆破方案，非電毫秒雷管孔外微差起爆網路，電雷管激發，卷狀或散裝銨銻炸藥。CM－351高風壓鉆機和湯姆洛克液壓鉆機造孔。

初選爆破參數:孔徑d=100 mm，藥徑φ=80 mm或散裝藥。單耗炸藥量初選定q=0.4、0.45、0.5 kg/m3進行試驗。采取寬孔距、小抵抗線、梅花狀的方式布孔，初選孔距3.0 m，排距2.6 m。臺階高度H=10 m，鉆孔超深h=1.0 m，孔斜75°～80°。單孔裝藥量 Q=35～44 kg，裝藥長度為7.5～8.0 m，堵塞長度為 3.0 ～2.5 m，連續耦合裝藥方式。臨近邊坡預裂孔的爆破區域設緩沖孔，采用不耦合裝藥，孔深與爆破區主爆孔相同，孔徑90 mm，藥徑60 mm，孔距3.0 m，緩沖孔距隔震孔距離為2.0 m，單孔裝藥量Q=20 kg。預裂孔裝藥結構采取間隔不耦合裝藥結構，選用φ25的乳化炸藥，線裝藥密度擬采用350～500 g/m。

4.4 料場開采

4.4.1 開采規劃

根據現場地形情況及安全防護要求，采取自上而下分層、自下游向上游方向連續推進法進行開采，分層厚10 m，規劃每次爆破面積大約600～800 m2，單次爆破石方工程量為6 000～8 000 m3。臨近牌坊溝側邊坡附近爆破區規模減小到300～400 m2，每層開采臨近待開采區附近預留部分開挖料不挖裝，作為下一次爆破的壓渣。高峰期每天爆破一次，爆破石方約7 000 m3;一般施工期每兩天爆破一次可滿足供料強度。

4.4.2 施工方法

石料開采主要采用深孔微差擠壓爆破分層開挖，分層厚度10 m，周邊采用預裂爆破。為保證邊坡穩定，在開挖邊坡上每兩個層間設一層2～3 m寬馬道。工作面上運輸道路隨開挖及時下降。

(1)鉆 孔。石料開采采用“臺階法鉆孔爆破，分層開采”的施工方法，深孔梯段微差擠壓爆破。梯段高10 m，采用湯姆洛克700液壓鉆和CM－351鉆機造孔，同時配備足夠數量的手風鉆進行超徑石的二次破碎。料場后邊坡開挖采用預裂爆破，并在靠近邊坡處采用緩沖爆破。施工預裂、緩沖爆破采用湯姆洛克700液壓鉆鉆孔。

(2)裝藥、聯網爆破。主爆破孔以人工裝藥為主，采取不耦合柱狀連續裝藥;緩沖及預裂孔采用條形乳化炸藥，柱狀分段不耦合裝藥。巖石爆破單位耗藥量暫按0.4～0.6 kg/m3考慮，最終單耗據爆破試驗確定。

梯段爆破采用微差爆破網絡，1～15段為非電毫秒雷管連網，用火雷管點火起爆，導火索長度不少于2.0 m(具體長度根據點炮人員的避炮點與點炮點的距離確定)，每次點火至少用兩發火雷管。

(3)挖、裝、運。本料場的石料主要采用反鏟CAT330D(1.8 m3)反鏟挖掘機、CAT330C(1.6 m3)反鏟等進行挖裝，采用15 t自卸汽車運輸石料，挖裝車時剔除少量D＞800 mm的石料，將其集中堆放，二次解爆成合格料。

(4)邊坡支護。為確保邊坡穩定，按不同情況，根據邊坡實際地質情況分別采用了以下處理措施對邊坡進行支護:①錨桿支護;②噴混凝土支護;③錨桿和噴混凝組合支護;④掛網和噴混凝土組合支護。

具體的支護參數根據技術規范設計要求或監理工程師要求確定。邊坡支護緊跟開挖進行施工，以確保下部料場開采施工安全。

4.4.3 施工進度計劃及強度

2007年2月25日前，爆破試驗完畢;2007年2月26日，Ⅱ區堆石料開始上壩;2007年3月25日，Ⅰ區堆石料開始上壩;2008年10月25日，料場開采完成。月開采高峰強度為20萬m3/月，具體開采強度見圖2。

圖2 開采強度示意圖

4.5 環保及安全措施

在牌坊溝料場施工前，制定了環保和安全專用施工措施，在此不再單獨敘述。

5 結語

獅子坪水電站大壩壩殼料主要來源于牌坊溝料場，而該料場作為壩殼料的主料場具有棄料不多、利用率高、開采運輸條件好，能夠滿足高強度上壩要求。因此，合理規劃開采牌坊溝料場，對于獅子坪水電站建設具有十分重要的意義。