金沙水電站可用料開(kāi)挖管理措施研究

劉同林，曹 帥

(1.中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川二灘國(guó)際工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，四川 成都 610000)

0 前 言

不專(zhuān)設(shè)料場(chǎng)，利用挑選的開(kāi)挖渣料生產(chǎn)混凝土砂石骨料是水電站建設(shè)較理想的開(kāi)發(fā)模式，但從實(shí)際操作看，水電站施工工期緊張，可用料開(kāi)采容易出現(xiàn)粒徑偏大，爆破區(qū)域外質(zhì)點(diǎn)振速超標(biāo)，影響其他結(jié)構(gòu)物質(zhì)量；渣場(chǎng)管理不到位導(dǎo)致可用料和無(wú)用料混堆，影響可用料回采質(zhì)量。因此可用料的開(kāi)采和管理不僅是制約施工工期的主要因素，也是施工中主要的矛盾點(diǎn)。文章結(jié)合金沙水電站實(shí)例，根據(jù)料源的特性，進(jìn)行多次爆破試驗(yàn)和爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，擇優(yōu)選擇爆破參數(shù)，通過(guò)科學(xué)化的渣場(chǎng)管理，解決了實(shí)際施工中的矛盾。

1 工程概況

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，由河床式發(fā)電廠房、泄洪閘及擋水壩等建筑組成，金沙水電站正常蓄水位1 022 m，校核洪水位為1 025.30 m，相應(yīng)凈庫(kù)容為1.08億m3，電站裝機(jī)容量560 MW，壩頂總長(zhǎng)392.5 m，最大壩高66.0 m，多年平均發(fā)電量為25.07億kW·h。金沙水電站的主要開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電，兼有供水、改善城市水域景觀和取水條件，及對(duì)觀音巖水電站的反調(diào)節(jié)作用等。本工程混凝土總量為158.85萬(wàn)m3，共需人工骨料184.5萬(wàn)m3(自然方)，砂礫石料7.96萬(wàn)m3。

2 料源選擇

2.1 料源介紹

本工程填筑用料、骨料加工用料、圍堰截流備用料等統(tǒng)稱(chēng)為可用料。此處主要對(duì)電站二期廠壩工程骨料加工用料進(jìn)行闡述。根據(jù)工程設(shè)計(jì)階段調(diào)查，金沙水電站壩址上、下游20 km范圍內(nèi)的河道內(nèi)及其附近無(wú)符合質(zhì)量要求、可供開(kāi)采的天然砂礫石料，只能選擇原巖軋制人工骨料。壩址區(qū)及其外圍可作為混凝土用人工骨料軋制料源的巖性有4種:二疊系中統(tǒng)陽(yáng)新組(P2y)灰?guī)r、華力西期(ξ4)正長(zhǎng)巖、二疊系上統(tǒng)峨眉山(P3em)玄武巖與晉寧期(δο2)石英閃長(zhǎng)巖。因陽(yáng)新組灰?guī)r儲(chǔ)量很少，且開(kāi)采條件較差，石英閃長(zhǎng)巖運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，均不宜作為備選料源；壩區(qū)正長(zhǎng)巖與玄武巖分布范圍大，儲(chǔ)量豐富，考慮各料源開(kāi)采條件，經(jīng)比較將壩區(qū)工程開(kāi)挖可用料作為人工骨料料源[1]。

壩址左岸安裝場(chǎng)、廠房及右岸導(dǎo)流明渠下游段等部位工程開(kāi)挖料原巖為正長(zhǎng)巖。據(jù)試驗(yàn)成果顯示，弱微風(fēng)化巖石的天然塊體密度、飽和抗壓強(qiáng)度與軟化系數(shù)均符合混凝土用人工骨料質(zhì)量指標(biāo)要求。[2]開(kāi)挖可用料雖然具潛在堿活性反應(yīng)，但可采用摻粉煤灰或使用低堿水泥的抑制措施予以解決，其他質(zhì)量指標(biāo)符合混凝土用人工骨料要求。

2.2 料源質(zhì)量指標(biāo)及控制要求

開(kāi)挖前剝離覆蓋層，對(duì)可用料和無(wú)用料界面劃分，選取巖質(zhì)堅(jiān)硬、完整性好、透水性弱微風(fēng)化的正長(zhǎng)巖，其飽和單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)82～234 MPa，平均強(qiáng)度為150.85 MPa，軟化系數(shù)為0.78～0.95，天然塊體密度為2.66～2.76 g/cm3。[3]可用料運(yùn)至堆存可用料渣場(chǎng)粒徑不得大于80 cm，大于80 cm可用料統(tǒng)稱(chēng)為超徑石，需進(jìn)行解小破碎處理。

2.3 儲(chǔ) 量

開(kāi)挖范圍內(nèi)扣除表層覆蓋層、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化上帶巖體后，可用料儲(chǔ)量為176萬(wàn)m3(見(jiàn)表1)。

表1 工程開(kāi)挖可用料勘察儲(chǔ)量

3 料場(chǎng)規(guī)劃

在工程區(qū)內(nèi)規(guī)劃了4處存棄渣場(chǎng)，分別為左岸上游石家溝存棄渣場(chǎng)、鋼廠溝存棄渣場(chǎng)、左岸上游、左岸下游二期圍堰備料場(chǎng)。左岸上下游二期圍堰備料場(chǎng)已在一期堆滿(mǎn)，此處不做介紹。

3.1 石家溝存棄渣場(chǎng)

石家溝存棄渣場(chǎng)位于距壩上游3.8～4.4 km范圍內(nèi)，占地約25.0萬(wàn)m2，棄渣至高程1 250 m，渣場(chǎng)容量630萬(wàn)m3，主要容納來(lái)自導(dǎo)流工程、大壩及廠房工程的存棄渣。

3.2 鋼廠溝存棄渣場(chǎng)

鋼廠溝存棄渣場(chǎng)位于左岸上游，距壩址2.4～3.7 km，規(guī)劃為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)，僅供堆存可用料。其中Ⅰ區(qū)下部棄渣(無(wú)用料)已堆存至1 062～1 065 m，堆存量約75萬(wàn)m3，上部可用料規(guī)劃堆存至1 095～1 115 m，可用料堆存容量約為62萬(wàn)m3；Ⅱ區(qū)可用料已堆存至高程1 062～1 073 m，已堆存約75萬(wàn)m3。

4 可用料管理難點(diǎn)

(1)可用料的粒徑不大于80 cm，利用率不小于75%。由于電站右岸為一期導(dǎo)流明渠已建構(gòu)筑物，邊坡噴錨區(qū)與軟弱破碎基巖層及地質(zhì)缺陷部位爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)控制要求高，因此，對(duì)鉆孔、爆破參數(shù)要求極高。

(2)開(kāi)挖出渣單位與料場(chǎng)管理單位分屬兩個(gè)不同單位，料源鑒定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。開(kāi)挖出渣單位如管理不到位將出現(xiàn)超徑石和較強(qiáng)風(fēng)化料混裝情況，增加料場(chǎng)管理單位回采難度，降低回采效率，增加合同風(fēng)險(xiǎn)。

(3)混凝土澆筑工程量約123萬(wàn)m3，廠壩結(jié)構(gòu)混凝土澆筑高峰強(qiáng)度超7萬(wàn)m3/月，對(duì)可用料場(chǎng)規(guī)劃和毛石料回采效率要求較高。

(4)左岸安裝場(chǎng)、廠房基巖開(kāi)挖施工工期緊，現(xiàn)場(chǎng)工作面、機(jī)械設(shè)備多，施工管理難度大，現(xiàn)場(chǎng)可用料篩選挖裝難度較大，工效不高。

5 可用料開(kāi)挖回采管理

5.1 可用料管理原則

(1)為了加強(qiáng)可用料開(kāi)挖管理力度，開(kāi)挖單位與渣場(chǎng)管理單位分別成立專(zhuān)門(mén)以項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為組長(zhǎng)的可用料管理領(lǐng)導(dǎo)小組，明確各職能部門(mén)分工和職責(zé)。開(kāi)挖單位各部門(mén)做好源頭把控，針對(duì)可用料開(kāi)采區(qū)域設(shè)計(jì)專(zhuān)項(xiàng)爆破方案，對(duì)爆破孔間距及裝藥量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確定最優(yōu)控制參數(shù)，減少爆破后可用料超徑數(shù)量。渣場(chǎng)管理單位對(duì)存料、棄渣作業(yè)面規(guī)劃及維護(hù)，及時(shí)提供存料、棄渣作業(yè)面。

(2)針對(duì)開(kāi)挖出渣單位與料場(chǎng)管理單位對(duì)可用料鑒別標(biāo)準(zhǔn)存在一定爭(zhēng)議的情況，成立現(xiàn)場(chǎng)可用料聯(lián)合鑒定小組，聯(lián)合鑒定小組分別由設(shè)計(jì)地質(zhì)人員、監(jiān)理、業(yè)主、廠壩標(biāo)承包人4方組成，必要時(shí)通知渣場(chǎng)管理單位參與，具體鑒定工作由監(jiān)理工程師組織[4]。

5.2 可用料與無(wú)用料的界定原則以及現(xiàn)場(chǎng)辨識(shí)方式

對(duì)于開(kāi)挖料的利用，考慮在滿(mǎn)足施工組織方便、調(diào)整合理、混凝土骨料質(zhì)量保證的條件下盡可能利用。開(kāi)挖料利用原則為:

(1)覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化料，不可用；弱風(fēng)化上帶中局部風(fēng)化相對(duì)較弱、完整性較好者可用；分布零星，不易分選者，不可用。

(2)弱風(fēng)化下帶料和微新巖體可用。為便于實(shí)際開(kāi)挖工程中辨別、分離可用料，可依據(jù)巖體新鮮斷面上巖石礦物風(fēng)化后所呈現(xiàn)的不同顏色，對(duì)可用料與無(wú)用料進(jìn)行簡(jiǎn)單區(qū)分。實(shí)際開(kāi)挖施工中若遇難以辨別的問(wèn)題時(shí)，可通知設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行辨認(rèn)[5]。

5.3 可用料管理流程

可用料管理流具體如圖1所示。

圖1 可用料管理流程示意

6 可用料管控措施

6.1 料源鑒別

鉆孔前，施工單位通知監(jiān)理單位，由監(jiān)理單位聯(lián)合施工單位、業(yè)主、設(shè)計(jì)地質(zhì)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)即將鉆孔爆破區(qū)域進(jìn)行鑒定。若該區(qū)域鑒定為無(wú)用料區(qū)域，則采用普通爆破參數(shù)，并按棄料處理。若該區(qū)域鑒定為可用料區(qū)域，則采用專(zhuān)項(xiàng)爆破參數(shù)。

6.2 開(kāi)挖管理

6.2.1 鉆孔爆破

為有效控制爆破后石塊粒徑，通過(guò)爆破試驗(yàn)確定科學(xué)合理的爆破參數(shù)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，也為后期參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化提供依據(jù)。為保證試驗(yàn)效果和試驗(yàn)可靠性，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取左岸邊坡Ⅲ區(qū)1 050 m高程平臺(tái)作為試驗(yàn)區(qū)，該區(qū)域?qū)儆谌躏L(fēng)化區(qū)，巖層較完整且屬于正長(zhǎng)巖，裂隙較少，并且可用于可用料儲(chǔ)存；右岸大壩基坑爆破選用靠導(dǎo)流明渠位置，該處巖石為弱風(fēng)化正長(zhǎng)巖，且離導(dǎo)流明渠最近，具有試驗(yàn)代表性。左岸邊坡試驗(yàn)一共進(jìn)行3組爆破試驗(yàn)，右岸基礎(chǔ)爆破開(kāi)挖進(jìn)行1組爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 爆破試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)一～試驗(yàn)三起爆方式均采用電磁雷管起爆，延時(shí)采用導(dǎo)爆管延時(shí)，聯(lián)網(wǎng)方式采用孔外延時(shí)；試驗(yàn)四起爆采用電磁雷管起爆，延時(shí)采用導(dǎo)爆管延時(shí)，聯(lián)網(wǎng)方式采用孔外延時(shí)，其中孔內(nèi)采用14段導(dǎo)爆管，孔間采取2段和3段延時(shí)(其中第1排采用2段，其他位置采用3段)，排間采用5段延時(shí)[6]。

監(jiān)測(cè)儀器布設(shè):爆破試驗(yàn)一離2號(hào)線塔和開(kāi)挖成型邊坡較近，設(shè)2臺(tái)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，主要布置在2號(hào)線塔塔基位置和離爆區(qū)較近的邊坡位置，其中邊坡儀器離爆破區(qū)域最近距離約為15 m。試驗(yàn)二爆破監(jiān)測(cè)儀器在2號(hào)線塔位置布置1臺(tái)儀器。試驗(yàn)三爆破在試驗(yàn)一爆破開(kāi)挖完后的大面進(jìn)行，爆區(qū)離下游圍堰較近，且對(duì)右岸導(dǎo)墻有一定影響，因此本次振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器分別布置在下游圍堰和右岸導(dǎo)墻位置。試驗(yàn)四爆破離導(dǎo)流明渠較近，共設(shè)3臺(tái)監(jiān)測(cè)儀器，主要沿導(dǎo)流明渠線性布置，其中離爆破區(qū)域最近距離約為5 m[7]。試驗(yàn)爆破成果見(jiàn)表3。

表3 爆破試驗(yàn)成果

6.2.2 爆破試驗(yàn)效果與分析

根據(jù)左岸邊坡3次爆破和右岸導(dǎo)流明渠1次爆破最終效果分析，使用4組不同爆破參數(shù)爆破以后塊石粒徑總體小于80 cm，其中試驗(yàn)一、二、四塊石粒徑大于80 cm控制在5%以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足有用料要求。并且通過(guò)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足要求。因此綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，最終確定左岸邊坡鉆爆參數(shù)為試驗(yàn)一、試驗(yàn)四。

按照試驗(yàn)數(shù)據(jù)所得的參數(shù)進(jìn)行實(shí)際開(kāi)挖，爆破質(zhì)量和可用料質(zhì)量基本滿(mǎn)足要求。但由于局部邊坡存在穩(wěn)定問(wèn)題，斷層、裂隙較發(fā)育，影響可用料爆破質(zhì)量，且鉆工操作水平不一，導(dǎo)致開(kāi)挖面不在同一高程，爆破效果不能滿(mǎn)足可用料粒徑要求。因此爆破后要對(duì)渣料進(jìn)行二次鑒別，對(duì)超粒徑可用料進(jìn)行挑選，利用破碎錘或手風(fēng)鉆單獨(dú)解爆。

6.3 裝運(yùn)管理

(1)現(xiàn)場(chǎng)配備施工管理人員對(duì)可用料和超粒徑料進(jìn)行辨別，保證運(yùn)輸至渣場(chǎng)的料物基本滿(mǎn)足要求。渣料外運(yùn)及領(lǐng)用實(shí)行掛牌管理，車(chē)輛應(yīng)進(jìn)行編號(hào)統(tǒng)一管理，一車(chē)一牌，運(yùn)輸車(chē)輛分為可用料車(chē)輛和無(wú)用料車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)車(chē)專(zhuān)用，標(biāo)識(shí)牌擺放在擋風(fēng)玻璃車(chē)窗前。

(2)在上游索道橋處設(shè)置發(fā)票點(diǎn)，對(duì)經(jīng)過(guò)該處的所有車(chē)輛進(jìn)行區(qū)分發(fā)票，裝運(yùn)可用料車(chē)輛下發(fā)可用料專(zhuān)用票，同時(shí)進(jìn)行登記，制定臺(tái)賬。并在3號(hào)路2號(hào)崗?fù)の恢迷俅卧O(shè)置驗(yàn)證區(qū)，對(duì)可用料進(jìn)行再次鑒別，當(dāng)車(chē)輛標(biāo)識(shí)與裝運(yùn)料物匹配，且均為可用料時(shí)，直接分流至鋼廠溝渣場(chǎng)堆存，無(wú)用料直接分流至石家溝渣場(chǎng)堆棄。

6.4 渣場(chǎng)管理

(1)因金沙水電站石渣產(chǎn)出單位與渣場(chǎng)管理單位分屬兩個(gè)不同標(biāo)段，為減少合同糾紛，石渣產(chǎn)出單位開(kāi)始堆渣前，渣場(chǎng)管理單位應(yīng)與石渣產(chǎn)出單位共同對(duì)渣場(chǎng)地形地貌進(jìn)行測(cè)量。渣場(chǎng)進(jìn)料和出料應(yīng)建立臺(tái)賬，定期對(duì)進(jìn)、出料工程量進(jìn)行測(cè)量核算，保證土料平衡。[8]

(2)根據(jù)要求，鋼廠溝渣場(chǎng)分為大石區(qū)(粒徑超80 cm)和小石區(qū)。石渣產(chǎn)出單位在渣場(chǎng)布置1臺(tái)破碎錘，采取解爆或者破碎等方式進(jìn)行處理，以滿(mǎn)足可用料的粒徑要求。

(4)渣場(chǎng)管理單位應(yīng)加強(qiáng)存料、棄渣作業(yè)面、道路規(guī)劃及維護(hù)，同時(shí)結(jié)合存棄料場(chǎng)防護(hù)、排水、環(huán)保、水保工程措施，建立存料管理制度。

6.5 建立獎(jiǎng)勵(lì)與懲罰制度

(1)渣料產(chǎn)出單位應(yīng)按照渣場(chǎng)管理單位和監(jiān)理單位的要求有序堆放，嚴(yán)禁將棄渣與可用料混堆；對(duì)于下江或承包人隨意堆放的渣料，違規(guī)的車(chē)輛及司機(jī)，不服從監(jiān)理、渣場(chǎng)管理單位對(duì)渣料協(xié)調(diào)和管理的承包人，應(yīng)視情況按照電站渣場(chǎng)管理辦法進(jìn)行處罰。

(2)根據(jù)工程建設(shè)進(jìn)展情況，由工程監(jiān)理單位不定期組織對(duì)渣料產(chǎn)出單位和渣場(chǎng)管理單位進(jìn)行考核，對(duì)考核成績(jī)突出的單位給予適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)。要求涉及違反環(huán)境保護(hù)、水土保持等法律法規(guī)的承包人，承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。

7 結(jié) 語(yǔ)

金沙水電站通過(guò)對(duì)爆破參數(shù)的優(yōu)化以及合理的渣場(chǎng)規(guī)劃、科學(xué)有效的管理，將可用料由原來(lái)合同說(shuō)明堆存的103萬(wàn)m3提高至176.34萬(wàn)m3，可用料的增加減少了外購(gòu)骨料量，從而節(jié)約外購(gòu)骨料成本達(dá)2 481.18萬(wàn)元。利用石渣開(kāi)挖料作為砂石骨料原材料，過(guò)程中不可控因素多、多工序交叉多、協(xié)調(diào)難度大，但只要提前籌劃、科學(xué)管理，就會(huì)實(shí)現(xiàn)極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。