复杂地质条件下料源选择及料场敏感度分析

于 淼，刘成浩，周 鑫，刘 畅

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

1 料源选择特点

料源选择应根据工程建设对各种天然填筑材料的数量、质量及供应强度要求，在地质勘察和试验的基础上，通过对料源的分布、储量、质量及开采运输条件的综合分析和物料平衡规划，按优质、经济、节能、就近取材等基本原则，经技术经济比较选定，同时应优先利用工程开挖料[1]。

可利用开挖料可作为大坝填筑料、混凝土骨料及其他填筑料使用。其中混凝土骨料和土石坝的主堆石料、垫层料、干砌石护坡料等对材料要求较高，作料源选择时应优先对这部分材料进行设计分析，尽量减少石料场开采量和弃渣量。进而减少料场和渣场规模，减少占地面积。料源地质条件单一时，料源去向明确清晰。但料源地质条件往往较复杂，节理裂隙及软弱夹层的存在将会影响料源质量。如果设计不当，该部分开挖料可能只能运入弃渣场，将导致料场开采量增大以及弃渣场容量增大，增加投资。如金安桥工程土石方开挖总量约为1443 万m3，石方洞挖147 万m3，实际只利用了约7 万m3，造成巨大的浪费。通过合理的施工组织设计及采用新工艺新方法，可以对软弱夹层料进行有效地剥离，减少开挖料掺混，从而实现对开挖料利用的最大化。但是，由于地质勘察的精度问题，且施工单位施工水平参差不齐，可能导致实际开采可利用量比设计可利用量少的情况，因此在作料源选择及料场规划时，应对料源进行敏感度分析，保证工程料源充足。

2 料源选择分析方法

复杂地质条件下料源选择应进行以下工作：

1）在地质勘察时提高勘察精度，根据实际情况加密勘察断面。

2）作区域划分，根据物理力学等参数划分开挖料类别，明确可利用量与夹层的界限。

3）细化施工组织设计，根据不同区域特点精准设计开采方法与工艺。

4）进行分区分块统计可利用量。

2.1 地质勘察

某抽水蓄能电站上水库库盆，根据地形地貌、地层岩性及岩层走向与边坡夹角等，将上水库库内开挖料场分4个区。

通过地质勘察分析，覆盖层物质组成为崩坡积碎石混合土和块石，厚度一般小于3 m，基岩中石英砂岩、砂屑灰岩为硬质岩，其余为软质岩，硬质岩与软质岩交互，成层状，硬质岩厚度均大于20 m。根据物理力学性质将开挖料分为4 种：

1）岩性界限至地面线范围内为覆盖层。

2）强风化下限以下0.3 m 至岩性界限范围内为强风化。

3）断层及断层两侧0.5 m 范围内开挖料和互层料为软硬岩互层料、硬质岩中互层料。

4）其余开挖料为硬质岩料。

2.2 施工组织设计

根据开挖料的不同性质，采用不同开挖方法。覆盖层使用挖掘机和推土机剥离，强风化及弱微风化料采用钻孔微差挤压爆破法。通过钻孔微差挤压爆破控制爆破梯段高度与宽度，分离硬质岩料和互层料。由于硬质岩厚度均大于20 m，所以设计爆破台阶宽5 m，高10 m，开挖坡度1.0∶0.5。在地质断面上分块绘制出可利用硬岩区域（图略）。统计区域面积后乘以断面间距可计算可利用硬岩量。计算硬岩量见表1。

表1 硬质岩及互层料统计表

上水库砂岩总开挖量约为251.23 万m3，可利用量144.41 万m3，利用率约为58%。

2.3 料场敏感度分析

由于勘察成果与实际地质条件存在误差，且水电工程开挖普遍采用分包，分包施工单位施工水平参差不齐，难以保证开挖能严格按照设计进行，混料现象比较普遍，进而造成可利用料数量减少。因此，在料场规划时应考虑上水库库盆开挖料可利用量可能发生变化带来的影响，应就上水库库盆开挖硬岩利用率的变化，对料场规划开采量的备用系数作敏感性分析，保证石料的可靠度。通过分区分块计算上水库硬岩料可利用率约为58%，应分别对利用率为50%，40%，30%，20%，10%及0%时，对应的石料场备用系数是否满足要求进行分析。分析结果见表2。

根据表2 分析结果可知，当上水库库盆开挖料硬岩利用率大于32%时，开挖至规划底高程911 m时，程家山料场规划开采量备用系数不小于1.25，满足DL/T5397-2007《水电工程施工组织设计规范》规定，规划需要量满足设计需要量的1.25～1.50 倍[1]选取的要求。当上水库库盆开挖料硬岩利用率小于32%时，开挖至规划底高程911 m 时，程家山料场规划开采量备用系数小于1.25，不能满足DL/T5397-2007《水电工程施工组织设计规范》的要求。在保证料场规划开采面积不变的前提下，再向下卧18 m，开挖至底高程893 m处，规划开采量为432.69 万m3，则即使上水库库盆开挖硬岩利用率为0%时，程家山料场开采量备用系数也不小于1.25，满足DL/T5397-2007《水电工程施工组织设计规范》要求。

表2 料场开采量敏感性分析表

3 结语

通过提高工程地质勘察精度，制定合理施工组织设计方案，对料源采用分区分块法，可以较精准地估算出可利用料数量。就开挖利用率的变化，对料场规划开采量的备用系数作敏感性分析，保证料场备用系数满足规范要求，不满足时，提出合理的备用方案，使现有规划料场范围可开采量的备用系数满足规范需要。通过分区分块法与料场敏感性分析相结合的方法，可以得到较优的料场设计方案。