瀑布沟水电站石料平衡设计

，，

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072)

1 工程概况

瀑布沟水电站位于大渡河中游的四川省汉源县及甘洛县境内，是一座以发电为主，兼具防洪、拦沙等综合利用效益的大型水电工程，总装机3600MW。

电站枢纽由碎石土心墙堆石坝、左岸地下厂房系统、左岸岸边开敞式溢洪道、左岸泄洪洞、右岸放空洞及尼日河引水工程等建筑物组成。

碎石土心墙堆石坝最大坝高186m，坝体建基面高程670.00m，坝顶高程856.00m，坝顶宽14m，上游边坡1∶2、1∶2.25，下游边坡1∶1.8。碎石土心墙的顶高程为854.00m，顶宽6m，上、下游边坡均为1∶0.25，心墙上、下游面均设有反滤层，反滤层以外为过渡料和坝壳料。心墙底高程670.00m下接两道厚1.2m、间隔12m的插入式混凝土防渗墙，最大墙深78m。心墙内在675.00m高程处设有灌浆廊道。

大坝填筑主要工程量见下页表1。

表1 大坝填筑主要工程量 单位：万m3

2 开挖料利用

坝址附近有两个石料场：上游加里俄呷石料场和下游卡尔沟石料场。石料场的质量和储量均能够满足大坝填筑要求。坝址附近无天然砂石料，因此混凝土骨料及反滤料采用人工砂石骨料。根据地质资料，坝址区内可利用的人工骨料场为坝址附近石料场和该工程地下洞室开挖石渣。为降低工程造价，利用地下洞室群的开挖石渣作为砂石加工厂加工砂石骨料和坝体过渡区的填筑料，反滤料由石料场开采加工。

该工程大坝坝基、溢洪道、引水发电系统、泄洪洞、放空洞及导流洞等建筑物有大量的开挖石渣。除地下洞室开挖石渣外，还有大量的明挖石渣，能满足围堰、大坝次堆石及下游坝体压重的填筑要求。因此，为减少工程投资，在满足大坝设计要求的前提下，考虑尽量利用开挖石渣填筑坝体。

2.1 工程建筑物开挖料概况

该工程导流及主体建筑物土石明挖1379万m3，其中石方开挖629.64万m3。地下工程石方洞挖417.9m3。各主要建筑物岩石的地质条件及物理性质如下：

a.大坝基础。坝址两岸谷坡一般为35°～55°，河谷狭窄，谷坡陡峻，左岸坝肩岩性主要为弱风化和弱卸荷的中粗粒花岗岩，无强风化岩石分布。右岸坝肩为玄武岩和凝灰岩两种岩体。玄武岩可满足筑坝要求。凝灰岩层面、节理裂隙等软弱结构面发育，抗风化、抗水性能差，岩体完整性差。

b.溢洪道。位于左岸坝肩斜坡Ⅳ级阶地平台，地势相对较平坦，但该阶地平缓地形为早期古河道流经之地，古河道冲积、堆积物深厚，两侧花岗岩岩体风化卸荷较强，岩体质量较差。根据分析计算，强风化岩石约占20%，其余为弱风化中粗花岗岩。

c.引水发电建筑物。地下厂房系统岩性为单一的中粗粒花岗岩，岩体内无大的断层分布，完整性好，洞挖岩石为新鲜—微风化岩石。进水口岩石为弱风化岩石，属强卸荷和弱卸荷范围。尾水隧洞出口段岩石约有15%为强风化岩石，其余为弱风化岩石。开关站岩体主要为弱风化花岗岩，局部存在强风化夹层。

d.泄洪洞。泄洪洞进口位于左岸进水口上游约300m，隧洞沿线山体雄厚，围岩岩性以中粗粒花岗岩为主，出口挑流段由流纹斑岩组成，沿线无大的断层或控制性软弱结构面，洞身围岩以微风化—新鲜花岗岩为主，岩体一般呈块状—整体结构；进、出口岩石为弱风化岩石，由强卸荷和弱卸荷花岗岩组成。

e.放空洞。放空洞布置于右岸条形山体内，洞身通过的岩性自上游至下游依次为浅变质玄武岩、凝灰岩和花岗岩，岩石呈新鲜—微风化。经分析计算，隧洞围岩约30%是凝灰岩，进口岩体为浅变质玄武岩，属弱风化弱卸荷区，出口为弱风化花岗岩。

f.导流洞。导流洞设于地下厂房与河床之间，洞身除160m长段由玄武岩组成外，其余为岩性单一的花岗岩，围岩主要为新鲜—微风化岩石。进口和出口段岩石呈弱风化状态。

g.尼日河引水系统。尼日河引水系统首部岩石开挖料岩性主要为凝灰质砂岩，洞挖料主要为凝灰岩、花岗岩。

2.2 开挖料使用原则

对工程开挖石渣的上坝使用原则，主要考虑在满足施工方便、组织容易、填料质量保证的条件下尽可能利用。

a.覆盖层、强风化料不用。

b.分布零星、不易分选者，不作为坝体填筑料。

c.因开挖工艺，使可用料与不可用料容易混杂，为不可用料。

d.凝灰岩不能作为坝体填料。

e.临建工程开挖料及岩石明挖施工附加量由于数量小、不易集中，不考虑使用。

由于坝肩开挖厚度薄，施工中分层开挖时，对覆盖层和岩石可用与不可用料难以分离，该部位开挖料不考虑作为大坝填筑料。尼日河引水系统因开挖料质量符合要求的量少、分布零星，且不易分离堆存和管理，故也考虑该开挖料不作为大坝填筑料。其他部位的开挖料，根据总进度安排及开挖质量的要求，在合理的时段内考虑其开挖料作为工程的填筑料使用。

在工程利用开挖料时，还须考虑到下列物料损耗因素：

a.断层和软弱结构面。

b.可用岩体和不可用岩体在多数情况下并不分明，剥除不可用岩体时，将可用岩体挖除一部分。

c.明挖采用梯段爆破时，导致部分可用岩石舍弃。

d.爆破飞石和炸碎损失。

e.施工组织不力可能带来的损失。

根据工程施工总进度的安排，前期工程用于场地填筑和平整的，按不可用料处理。

按上述原则及各主要建筑物岩石条件，岩石明挖可上坝利用量349.52万m3，占岩石明挖总量的55.5%。岩石洞挖可利用量341.33万m3，占岩石洞挖总量的81.7%。明挖、洞挖可利用总量690.85万m3，占石方开挖总量的65.95%(见表2)。

表2 各单项工程石方开挖量可用岩统计 单位：万m3

2.3 坝料供料规划

2.3.1 反滤料

由于坝址附近无天然砂石料，故坝体反滤料全部采用人工砂石厂生产的人工骨料，共计146.21万m3(压实方)。料源来自卡尔沟石料场。

2.3.2 坝壳料

根据大坝设计，过渡料和堆石料均可采用石料场开采或工程开挖的花岗岩、玄武岩。

过渡料粒径要求D100≤300mm，坝工结构要求尽量利用新鲜岩石；堆石料粒径要求D100≤800mm，采用新鲜或微风化的花岗岩、玄武岩，弱风化岩石可用在下游坝壳料700.00m高程以上次堆石部位、与坝体结合的上游围堰及坝体下游压重区。

按照大坝设计要求，结合施工因素，洞挖爆破岩石粒径小、岩石新鲜，应首先满足觉托砂石加工厂料源需要，剩余部分用于坝体上下游过渡区填料，不足部分分别从加里俄呷料场和卡尔沟料场开采。工程洞挖可利用量341.33万m3(自然方)，考虑开挖、运输等因素，实际可利用量为299.41万m3。觉托砂石加工厂混凝土骨料料源需要212.73万m3(自然方)，剩余部分折合成压实方113.55万m3，考虑堆存、运输损耗，实际方量为108.14万m3。坝体上游过渡料填筑需要量145.41万m3(压实方)，可充分利用洞挖剩余渣料，不足的过渡料由加里俄呷料场提供。

工程明挖岩石属微—弱风化部分，粒径大，明挖料直接上坝，落哈渣场回采部分用于坝体下游700.00m高程以上次堆石填筑部位及下游坝体压重区，三谷庄渣场回采部分用作上游围堰堆筑料，相应的工程量分别为281.83万m3、73.01万m3和89.24万m3(压实方)，合计444.08万m3(压实方)。工程明挖可利用量349.52万m3(自然方)，考虑开挖、运输及二次倒运等因素造成的材料损耗，折合成压实方339.16万m3。下游坝体次堆石区部分料还需要从料场开采上坝填筑。

为减小施工干扰，保证防渗心墙的填筑质量，上、下游坝壳料分别由上、下游石料场供料。坝体上游坝壳料填量585.16万m3(压实方)由加里俄呷料场供应，该料场还负担上游过渡料37.32万m3(压实方)和上游块石护坡15.30万m3(实方)的料源。料场共需开采545.60万m3(自然方)，根据开采布置方案计算料场有效储量975万m3，开采量占有效储量的56.0%。

坝体下游填筑工程量主要为主堆石料311.08万m3(压实方)、次堆石料281.83万m3(压实方)、下游大块石护坡15.97万m3(压实方)及压重区73.01万m3(压实方)，合计681.89万m3(压实方)。其中采用工程明挖石渣填筑量249.92万m3(压实方)，余下431.97万m3(压实方)由卡尔沟料场供应，该料场还负担下游过渡料152.82万m3(压实方)料源、卡尔沟砂石加工厂349万m3(自然方)人工骨料(含反滤料)料源。考虑开采、运输、上坝等施工环节损耗，料场需开采量为654.98万m3(自然方)，料场有效储量1200万m3，开采量占储量的55.0%。

3 结 语

根据对工程石料平衡设计，有效地利用了工程建筑物开挖料，减少了石料场开采量，缩小了渣场占地面积，降低了工程造价。

[1] 瀑布沟水电站可研报告施工组织设计[R]. 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,2005.

[2] 袁建丰. 线性规划在三峡右岸土石方调配中的应用研究[J].水力发电学报，2006,25(1):99-103.

[3] 杨超. 运筹学[M] . 北京: 科学出版社,2004.

[4] 申明亮,刘少林,陈伟,等.水利水电工程施工仿真与土石方平衡[M] . 北京: 中国水利水电出版社,2007.

[5] 陈钢、陈朝,糯扎渡心墙堆石坝土石方调配平衡研究[J] . 长江科学院院报，2009,26(6):60-62.