狮子坪水电站牌坊沟堆石料场开采规划

庞 杰， 肖 海 涛， 彭 静

(水电七局成都工程有限公司，四川成都 610225)

1 牌坊沟堆石料场的基本情况

牌坊沟料场位于坝址区上游杂谷脑河左岸牌坊沟沟口，距坝址5.5 km，料场正下方有317国道通过，交通较方便。料场自然坡度为50°～55°，场地长约 600 m，宽约 150～250 m，分布高程2 460～2 650 m。

料场岩性为杂谷脑组(T2Z)的厚～巨厚层变质细砂岩夹砂质板岩，岩层产状N0°～30°E/SE(NW)∠80°～90°，层面陡倾下游，局部倾上游，节理裂隙发育，主要有四组，(1)N0°～30°E/SE(NW)∠80°～90°，层面;(2)N50°～75°W/SW∠25°～45°，延伸长度大于5 m，面微起伏粗糙，间距30 ～60 cm;(3)N45°～65°W/SW∠70°～75°，延伸长度1～3 m，面微起伏粗糙，间距20～40 cm;(4)N50°～80°E/NW∠10°～25°，延伸长度大于5 m，面微起伏粗糙，间距60～100 cm。以上四组裂隙相互切割，将岩石切割成0.3～0.8 m的块体，有利于开采。

料场基岩裸露，据料场勘探平硐揭示，强卸荷深一般为30～50 m，弱风化、弱卸荷深一般为70～90 m。以牌坊沟为界，把料场分为两个区，沟下游为Ⅰ区，沟上游为Ⅱ区。

变质砂岩的干密度为 2.66 ～2.72 g/cm3，湿抗压强度Rw=60～160 MPa，全部为坚硬岩石，岩块质量满足规范要求。

2 规划开采工程量及质量要求

2.1 规划开采工程量

牌坊沟料场用于开采坝壳堆石料，规划开采总量约288万m3。根据设计提供的地质资料及现场勘测资料，在考虑部分爆破、运输损耗并通过计算得知可用坝壳堆石料约228万m3(压实方)，需弃无用料约60万m3。

2.2 开采质量要求

设计方对坝壳堆石料的要求:石质坚硬，不易软化破碎，石料饱和抗压强度≥40 MPa，上坝石料颗粒级配须满足以下要求:粒径小于5 mm颗粒含量 ≤15%，最大粒径 ≤800 mm，粒径小于0.075 mm土粒含量≤2%，颗粒级配连续。压实后堆石孔隙率宜≤24%，渗透系数≥1×10－2cm/s。

3 料场布置

3.1 总体方案

由于牌坊沟料场顶部地形较陡，场内道路无法直接修到料场顶部，因此，料场高程2 570 m以上只修了重机道，其上部覆盖层、无用料直接甩至料场下部老317国道处，弃渣通过317国道运至大丘地弃渣场。对于2 570～2 500 m高程开采料通过P－2#路、5－4#路、5－1#路、R8#路运输上坝。2 500～2 460 m高程开采料通过P－3#路、P－4#路、5－4#路、5－1#路、R8#路运上坝。在开采施工过程中，与料场相接段道路路面随着料场的开采下降而下降。牌坊沟料场平面布置情况见图1。

3.2 运输道路布置

(1)P－1#路:连接老317国道和牌坊沟料场上游，道路全长约660 m，宽9 m，泥结碎石路面，主要用于牌坊沟料场I区上游侧高程2 500～2 550 m、II区高程2 500 m以上开采料的运输。

(2)P－2#路:连接牌坊沟料I区下游和5－4#路，道路全长约610 m，宽9 m，泥结碎石路面，主要用于牌坊沟料场I区2 500～2 570 m开采料的运输。

图1 牌坊沟料场平面布置图

(3)P－3#路:连接牌坊沟料I区下游和P－4#路，道路全长约680 m，宽9 m，泥结碎石路面，主要用于牌坊沟料场I区2 500～2 460 m高程开采料的运输。

(4)P－4#路:连接老317国道和5－4#路，道路全长约480 m，宽9 m，泥结碎石路面，主要用于牌坊沟料场I区2 500～2 460 m高程开采料的运输。

(5)P－6#路:连接牌坊沟料II区和P－1#路，道路全长约200 m，宽9 m，泥结碎石路面，主要用于牌坊沟料场II区高程2 500 m以下开采料的运输。

(6)5－4#路:连接P－2#、P－4#和5－1#路，道路全长约870 m，宽9 m，泥结碎石路面，主要用于牌坊沟料场I区开采料的运输。

3.3 风、水、电布置

料场开采用风主要为钻孔设备动力用风和边坡支护用风。由于钻机主要为液压钻机和高风压钻机，供风需求不大，采用20 m3和12 m3油动空压机辅助使用。

料场开采用水主要为生产用水。根据现场实际地形及料场内水源情况，截取牌坊沟沟水，用水泵抽水至新建10 m3水池。供水主管采用DN50钢管从水池接至各工作面。

施工用电的用电缆从安装在大牌路九架棚沟转弯处的500 kVA(35 kV/0.4 kV)变压器引出，然后架设四平线至各工作面并设置配电盘，用电缆接至工作面。

3.4 排水系统布置

沿料场牌坊沟附近开挖开口线上部顺地形设M10浆砌石排水沟，采用自然排水的方式将牌坊沟沟水引排至杂谷脑河。排水沟深60 cm，底宽120 cm，边坡1∶1，浆砌石厚度为50 cm，水沟内壁抹1∶3水泥砂浆。

为便于排水，在跨越场内道路时埋设混凝土涵管排水，以防止夏季山水暴涨冲断道路。

4 开采方法

牌坊沟料场开采的施工程序:运输、场内道路修建→风、水、电系统等临建设施修建→料场上部覆盖层、无用料剥离→爆破试验→料场开采→成型边坡支护。

4.1 施工准备

料场开采前，首先进行原始地形测量并协同监理工程师进行料场及其周围情况的复查，内容包括:开采区的地质、地形、水文气象、施工条件等，确定剥离层厚度、构造带的分布情况;通过取样试验，核实上坝料的物理力学特性;石料物理力学特性复核的重点是比重、天然容重、干湿抗压强度等;复查结果报监理工程师审批后方能进行石料开采。

运输道路路基开挖采用CAT330C挖掘机在前面开挖毛路，CAT330D挖掘机在后面降路，弃渣装15 t自卸汽车运至大丘地弃渣场。石方开挖采用20 m3移动式油动空压机供风，CM－351钻机造孔。破碎的高边坡采用锚喷方式支护。

4.2 覆盖层以及无用料的开挖

由于牌坊沟料场顶部地形陡峭，场内道路无法修至料场顶部，因此，采用先在料场顶部修建重机道与P－2#路相接。覆盖层、无用料的开挖采用CAT330挖掘机进行，渣料先用CAT330挖掘机甩至P－2#路路口或老317国道处，装15 t自卸汽车运至大丘地弃渣场。

4.3 爆破试验

根据现场实际地形、地质情况，分别在牌坊沟料场I区2 570 m高程和II区2 540 m高程两个平台进行爆破试验。

4.3.1 试验目的

(1)确定合理的爆破参数:包括台阶高度、孔排距、底盘抵抗线、单耗药量等。

(2)确定合理的起爆网路。

(3)确定合理的装药结构。

(4)震动测试:测试爆破震动对周围建筑物和料场边坡的影响。

(5)宏观调查和安全评估:通过对爆破试验后的地形、地貌、边坡危岩、裂缝变化的调查，与监理工程师一道进行爆破安全评估，以指导后续爆破作业。

4.3.2 试验步骤

(1)按经监理批准的爆破试验大纲及爆破设计施工。(2)爆后对爆堆形状和岩块外观进行分析、录像。(3)选择代表性区域进行筛分试验。(4)将每次试验成果绘制成级配曲线，并与设计的级配包络线相比较，确定最优爆破参数。(5)编写试验成果报告报监理审批。

4.3.3 钻孔爆破方案及参数初选

根据所需堆石料的质量要求，结合现场实际地形、地质情况，采用深孔微差挤压爆破方案，非电毫秒雷管孔外微差起爆网路，电雷管激发，卷状或散装铵锑炸药。CM－351高风压钻机和汤姆洛克液压钻机造孔。

初选爆破参数:孔径d=100 mm，药径φ=80 mm或散装药。单耗炸药量初选定q=0.4、0.45、0.5 kg/m3进行试验。采取宽孔距、小抵抗线、梅花状的方式布孔，初选孔距3.0 m，排距2.6 m。台阶高度H=10 m，钻孔超深h=1.0 m，孔斜75°～80°。单孔装药量 Q=35～44 kg，装药长度为7.5～8.0 m，堵塞长度为 3.0 ～2.5 m，连续耦合装药方式。临近边坡预裂孔的爆破区域设缓冲孔，采用不耦合装药，孔深与爆破区主爆孔相同，孔径90 mm，药径60 mm，孔距3.0 m，缓冲孔距隔震孔距离为2.0 m，单孔装药量Q=20 kg。预裂孔装药结构采取间隔不耦合装药结构，选用φ25的乳化炸药，线装药密度拟采用350～500 g/m。

4.4 料场开采

4.4.1 开采规划

根据现场地形情况及安全防护要求，采取自上而下分层、自下游向上游方向连续推进法进行开采，分层厚10 m，规划每次爆破面积大约600～800 m2，单次爆破石方工程量为6 000～8 000 m3。临近牌坊沟侧边坡附近爆破区规模减小到300～400 m2，每层开采临近待开采区附近预留部分开挖料不挖装，作为下一次爆破的压渣。高峰期每天爆破一次，爆破石方约7 000 m3;一般施工期每两天爆破一次可满足供料强度。

4.4.2 施工方法

石料开采主要采用深孔微差挤压爆破分层开挖，分层厚度10 m，周边采用预裂爆破。为保证边坡稳定，在开挖边坡上每两个层间设一层2～3 m宽马道。工作面上运输道路随开挖及时下降。

(1)钻 孔。石料开采采用“台阶法钻孔爆破，分层开采”的施工方法，深孔梯段微差挤压爆破。梯段高10 m，采用汤姆洛克700液压钻和CM－351钻机造孔，同时配备足够数量的手风钻进行超径石的二次破碎。料场后边坡开挖采用预裂爆破，并在靠近边坡处采用缓冲爆破。施工预裂、缓冲爆破采用汤姆洛克700液压钻钻孔。

(2)装药、联网爆破。主爆破孔以人工装药为主，采取不耦合柱状连续装药;缓冲及预裂孔采用条形乳化炸药，柱状分段不耦合装药。岩石爆破单位耗药量暂按0.4～0.6 kg/m3考虑，最终单耗据爆破试验确定。

梯段爆破采用微差爆破网络，1～15段为非电毫秒雷管连网，用火雷管点火起爆，导火索长度不少于2.0 m(具体长度根据点炮人员的避炮点与点炮点的距离确定)，每次点火至少用两发火雷管。

(3)挖、装、运。本料场的石料主要采用反铲CAT330D(1.8 m3)反铲挖掘机、CAT330C(1.6 m3)反铲等进行挖装，采用15 t自卸汽车运输石料，挖装车时剔除少量D＞800 mm的石料，将其集中堆放，二次解爆成合格料。

(4)边坡支护。为确保边坡稳定，按不同情况，根据边坡实际地质情况分别采用了以下处理措施对边坡进行支护:①锚杆支护;②喷混凝土支护;③锚杆和喷混凝组合支护;④挂网和喷混凝土组合支护。

具体的支护参数根据技术规范设计要求或监理工程师要求确定。边坡支护紧跟开挖进行施工，以确保下部料场开采施工安全。

4.4.3 施工进度计划及强度

2007年2月25日前，爆破试验完毕;2007年2月26日，Ⅱ区堆石料开始上坝;2007年3月25日，Ⅰ区堆石料开始上坝;2008年10月25日，料场开采完成。月开采高峰强度为20万m3/月，具体开采强度见图2。

图2 开采强度示意图

4.5 环保及安全措施

在牌坊沟料场施工前，制定了环保和安全专用施工措施，在此不再单独叙述。

5 结语

狮子坪水电站大坝坝壳料主要来源于牌坊沟料场，而该料场作为坝壳料的主料场具有弃料不多、利用率高、开采运输条件好，能够满足高强度上坝要求。因此，合理规划开采牌坊沟料场，对于狮子坪水电站建设具有十分重要的意义。