李 勇

(中國水利水電第十二工程局有限公司,浙江 杭州 310030)

1 工程概況

兩河口水電站為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫,電站以發(fā)電為主,兼顧防洪。電站裝機容量3 000 MW,多年平均年發(fā)電量110億 kW·h。擋水建筑物為礫石土心墻堆石壩,最大壩高295 m,土石方填筑約4 300萬 m3,是目前世界已建和在建的第三高壩,是中國藏區(qū)綜合規(guī)模最大的水電站工程。

該地區(qū)料源復(fù)雜,巖性多變,多為砂巖、板巖或砂板巖互層,而兩河口水電站主要筑壩石料為砂板巖。石料開采難度大,且目前國內(nèi)外采用砂板巖作為主要料源的土石壩工程較為罕見,在同行業(yè)間暫無成熟經(jīng)驗可借鑒是該水電站面臨的一大難點。

2 目的和意義

兩河口水電站大壩工程具有高海拔、超高陡邊坡、巖性多變、料源復(fù)雜等特點。筑壩石料針對不同巖性的巖石均有不同要求,且級配要求嚴(yán)格,給工程施工帶來一定難度。因此,石料開采采用深孔梯段爆破的方式可有效地解決巖石級配不連續(xù)的問題,同時爆后石料避免出現(xiàn)針片狀顆粒,保證工程質(zhì)量[1]。

隨著料場開采高程的降低,筑壩石料的飽和抗壓強度隨之增大,開采難度也隨之增加,因此需不斷對筑壩石料的爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,分析影響爆破參數(shù)調(diào)整的主要因素,制定可靠的爆破技術(shù)方案,減少石料開采難度,降低工程建設(shè)成本,保質(zhì)量、保進(jìn)度、保安全完成大壩填筑施工任務(wù),為類似工程條件下設(shè)計理想爆破參數(shù)提供技術(shù)參考。

通過不斷對筑壩石料爆破參數(shù)的優(yōu)化、調(diào)整,可降低爆破材料消耗及能源消耗,節(jié)約工程施工成本,經(jīng)濟效益巨大。

3 技術(shù)指標(biāo)

3.1 堆石料

用于填筑的堆石料采用微、弱風(fēng)化或新鮮的砂板巖石料。巖石的飽和抗壓強度大于45 MPa,軟化系數(shù)大于0.75。

(1)堆石料的最大與最小邊長之比不超過4,最大粒徑不大于800 mm;

(2)D15≤30 mm,小于5 mm的顆粒含量3%～15%,小于0.075 mm的顆粒含量不大于3%。

堆石料設(shè)計級配見表1。

表1 堆石料設(shè)計級配

3.2 過渡料

過渡料爆破開采,應(yīng)避免采用軟弱、片狀、針狀顆粒,要求耐風(fēng)化并不易為水溶解,石料的飽和抗壓強度應(yīng)大于45 MPa。

(1)最大粒徑不大于300 mm;

(2)小于0.075 mm的顆粒含量不宜超過5%;

(3)小于5 mm的顆粒含量不大于20%,D15≤20 mm。

過渡料設(shè)計級配見表2。

表2 過渡料設(shè)計級配

4 研究內(nèi)容

(1)借鑒長河壩、糯扎渡等類似工程經(jīng)驗并結(jié)合兩河口水電站實際地質(zhì)情況,制定合理的深孔梯段爆破參數(shù)設(shè)計方案。

(2)根據(jù)設(shè)計要求及爆破情況確定料場初期深孔梯段爆破技術(shù)的最優(yōu)爆破參數(shù)。

(3)根據(jù)料場開采層面的降低,新鮮巖石揭露,石料飽和抗壓強度增高等情況對爆破開采過程進(jìn)行監(jiān)控,時時根據(jù)壩體填筑狀態(tài)進(jìn)行爆破參數(shù)調(diào)整。

(4)通過實際運行及觀察,過程中收集相關(guān)資料與數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)。

4.1 初擬爆破參數(shù)

根據(jù)類似工程經(jīng)驗,初擬堆石料主爆孔孔深11.2 m,梯段高度10 m,孔徑80 mm,間距3.0～4.0 m,排距2.5 m;過渡料主爆孔孔深10.8 m,梯段高度10 m,孔徑80 mm,間距2.0 m,排距2.0 m。

4.2 確定初期最優(yōu)爆破參數(shù)

1)開采初期,堆石料采用如下參數(shù):

(1)炮孔采用不耦合裝藥,改變了裝藥結(jié)構(gòu),孔深設(shè)為12.5 m,梯段高度11 m,鉆設(shè)炮孔過程中嚴(yán)格控制了鉆孔角度,孔斜75°～80°,在炮孔高差和傾角作用下,在裝藥過程中,炮孔底部沖擊力大,裝藥密實且藥量大,中上部沖擊力小,藥量逐漸減小;

(2)孔徑:T40液壓鉆機配115 mm鉆頭成118 mm孔;

(3)裝藥結(jié)構(gòu):φ70乳化炸藥均采用不耦合裝藥;

(4)裝設(shè)雷管:炮孔內(nèi)采用雙根MS13雷管進(jìn)行引爆,以達(dá)到雙保險目的;孔外采用MS5雷管進(jìn)行延時,MS3雷管控制單響藥量;

(5)炮孔參數(shù):孔距4.2 m,排距3.6 m,底盤抵抗線2.5～3.6 m,堵塞長度2.5～3.5 m,藥卷直徑70 mm;

(6)采用“V”型毫秒微差非電起爆網(wǎng)路,爆破過程中形成炮孔排與排之間的擠壓,較好控制顆粒粒徑;

(7)爆破區(qū)域揭露巖層為粉質(zhì)板巖夾少量砂巖,裂隙較多,屬Ⅳ類圍巖區(qū)域。

顆分曲線結(jié)果表明,四組取樣料級配曲線均在設(shè)計包絡(luò)線范圍內(nèi),說明開采初期堆石料采用深孔梯段爆破開采的爆破參數(shù)合理可行。

2)開采初期,過渡料采用如下參數(shù):

(1)采用“V”型或斜線型毫秒微差非電起爆網(wǎng)路;

(2)孔深12.5 m,梯段高度11 m,孔徑90 mm,鉆設(shè)炮孔過程中嚴(yán)格控制了鉆孔角度,孔斜90°;

(3)裝藥結(jié)構(gòu)采用主爆孔耦合裝藥,周邊孔底部耦合、上部不耦合的裝藥結(jié)構(gòu),可以較好地控制爆破料粒徑和級配;

(4)炮孔內(nèi)統(tǒng)一裝雙根MS13雷管進(jìn)行引爆,以達(dá)到雙保險目的,孔外采用MS3雷管進(jìn)行延時;

(5)炮孔參數(shù):孔距2.5 m,排距2.0 m,底盤抵抗線2.5～3.6 m,堵塞長度2.5 m,藥卷直徑70 mm;

(6)爆破區(qū)域揭露巖層為粉質(zhì)板巖夾少量砂巖,裂隙較多,屬Ⅳ類圍巖區(qū)域。

顆分曲線結(jié)果表明,三組取樣料級配曲線均在設(shè)計包絡(luò)線范圍內(nèi),說明開采初期過渡料采用深孔梯段爆破開采的爆破參數(shù)合理可行。

開采初期,堆石料、過渡料開采高程在EL.2 890 m～EL.2820 m之間,石料實際檢測飽和抗壓強度平均值在55～72 MPa之間,料場均采用了以上參數(shù)進(jìn)行了爆破開采。

4.3 爆破參數(shù)動態(tài)調(diào)整

隨著大壩填筑強度的不斷提高,料場開采高程逐步降低,微、弱風(fēng)化和新鮮巖石揭露,開采高程在EL.2820 m～EL.2750 m之間,石料實際檢測飽和抗壓強度平均值在155～190 MPa之間,巖石強度的增大導(dǎo)致爆破鉆孔效率低,鉆頭耗損大,施工效率降低,壩面填筑推平碾設(shè)備消耗大。針對該情況,對料場堆石料、過渡料爆破參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

4.3.1 堆石料爆破參數(shù)調(diào)整

將孔深調(diào)整為16.5 m,孔徑調(diào)整為115 mm,梯段高度調(diào)整為15 m,孔距調(diào)整為4.0 m,排距調(diào)整為3.4 m,其他堆石料爆破參數(shù)沿用初期參數(shù)不作調(diào)整,見表3。

表3 調(diào)整后堆石料爆破參數(shù)

通過隨巖石強度調(diào)整爆破參數(shù)后,堆石料的顆分曲線圖表明,三組取樣料級配曲線均在設(shè)計包絡(luò)線范圍內(nèi),說明按上述調(diào)整后爆破參數(shù)爆出的堆石料滿足設(shè)計級配要求,調(diào)整后的爆破參數(shù)合理可行。

4.3.2 過渡料爆破參數(shù)調(diào)整

將孔深調(diào)整為16.5 m,孔徑調(diào)整為115 mm,梯段高度調(diào)整為15 m,孔距調(diào)整為2.2 m,排距2.0 m,其他過渡料爆破參數(shù)沿用初期參數(shù)不作調(diào)整,具體參數(shù)見表4。

表4 調(diào)整后過渡料爆破參數(shù)

過渡料的顆分曲線圖表明,三組取樣料級配曲線均在設(shè)計包絡(luò)線范圍內(nèi),說明按上述調(diào)整后爆破參數(shù)爆出的過渡料滿足設(shè)計級配要求,調(diào)整后的爆破參數(shù)合理可行。

4.4 研究總結(jié)

根據(jù)開采初期以來筑壩石料爆破效果情況,對爆破參數(shù)不斷總結(jié)并優(yōu)化,得出了兩河口水電站筑壩石料深孔梯段爆破開采適合的梯段高度為11～15 m。大量數(shù)據(jù)表明,該梯段高度是合理可行的。通過深孔梯段爆破技術(shù)開采筑壩石料確保了兩河口水電站大壩工程質(zhì)量。

通過研究總結(jié),對處于不同階段的爆破作業(yè)調(diào)整孔距、排距、孔深、梯段高度以及炸藥單耗等參數(shù)歸集如下:

(1)料場初擬參數(shù)為:堆石料孔徑80～140 mm,孔距3.0～5.5 m,排距2.5～4.0 m,孔深11.2 m,梯段高度10 m;過渡料孔徑90 mm,孔距2.0 m,排距2.0,孔深10.8 m,梯段高度10 m。

(2)料場初期壩料開采采用了堆石料爆破參數(shù)為孔徑118 mm,孔距4.2 m,排距3.6 m,孔深12.5 m,梯段高度11 m;過渡料爆破推薦參數(shù)為孔徑90 mm,孔距2.5 m,排距2.0 m,孔深12.5 m,梯段高度11 m。

(3)料場開采高程逐步降低,巖石飽和抗壓強度提高,爆破參數(shù)調(diào)整為:堆石料孔徑115 mm,孔距4 m,排距3.4 m,孔深16.5 m,梯段高度15 m;過渡料孔徑115 mm,孔距2.2 m,排距2.0 m,孔深16.5 m,梯段高度15 m。

5 結(jié)語

(1)通過石料場爆破參數(shù)設(shè)計、設(shè)備選型、技術(shù)改造及開采過程中不斷的探索,總結(jié)出一套完善、成熟的砂板巖筑壩石料深孔梯段爆破開采技術(shù)。

(2)目前國內(nèi)300 m級土石壩較為罕見,使用砂板巖作為主要料源的工程少之又少,兩河口水電站針對砂板巖的巖性特點,對砂板巖爆破參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,使爆破技術(shù)更加完善,級配效果好,滿足了設(shè)計要求,產(chǎn)品質(zhì)量可控。同時,大幅提高了壩面推平碾的施工效率,減少了設(shè)備的損耗,有關(guān)經(jīng)驗可供同類行業(yè)借鑒。