沐若水電站大壩料場規(guī)劃與施工

肖尊解 陳書桂 黃 勇

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 工程概況

沐若水電站RCC 大壩混凝土總量約為166 萬m3，其中碾壓混凝土約152 萬m3，常態(tài)混凝土約14萬m3。根據(jù)大壩混凝土總方量及施工配合比并結(jié)合砂石系統(tǒng)生產(chǎn)工藝，計(jì)算生產(chǎn)混凝土所需毛料為174 萬m3?？紤]砂巖中存在頁巖夾層及風(fēng)化夾層，毛料獲得率按75%～80%計(jì)算，則毛料開采規(guī)劃量不少于232 萬m3。

2 料場規(guī)劃

2.1 鉆孔勘探

投標(biāo)階段料場距離壩址較遠(yuǎn)，且根據(jù)勘探孔資料及地形地貌分析有用毛料分布情況，開采區(qū)選在細(xì)長山脈的中部山脊砂巖埋深相對(duì)較淺的范圍，采取小范圍深坑槽的開挖規(guī)劃方案，計(jì)算開挖總量約830 萬m3，其中毛料開采255 萬m3，剝離量為575萬m3，剝采比為2.25。為遵循降低剝采比、保證開采量、環(huán)境保護(hù)好的原則，經(jīng)現(xiàn)場勘探最終選定與原投標(biāo)階段料場屬同一巖層的瀑布溝料場。

經(jīng)過現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，左岸瀑布溝位于壩址下游直線距離約1.2 km 處的山包處。地形特征顯示，地表覆蓋第四系殘積物，表面坡度范圍在20°～60°，但在山頂及瀑布溝水流兩側(cè)直接出露砂巖塊石，部分直徑大于20 m。褶皺的沉積性巖石形成了一個(gè)多山和崎嶇的地形，山峰的高度范圍在（300～500）m。

根據(jù)規(guī)劃要求及現(xiàn)場實(shí)際情況，為進(jìn)一步探明瀑布溝料場巖石質(zhì)量、儲(chǔ)量及剝離量，在料場布置了縱橫兩條鉆探剖面，共計(jì)11個(gè)鉆探孔，并于2008年10月28日～2009年1月19日完成了其中9個(gè)鉆探孔施工（圖1），合計(jì)進(jìn)尺919.6 m，另兩個(gè)鉆探孔PK5、PK6 由于地形較陡未能成孔。

縱剖面完成5個(gè)鉆探孔（PK7、PK8、PK2、PK9以及PK10），主要勘探了解料場有用料巖層的走向及延伸范圍；橫剖面完成6個(gè)孔（PK1、PK2、PK9、PK3、PK4 以及PK11），主要勘探了解有用料巖層厚度、傾向、傾角及分布寬度，從而分析判斷瀑布溝料場的儲(chǔ)量、有用料開采量及剝離量。

2.2 鉆探資料分析

（1）從大范圍來看，地表至地下150 m 內(nèi)，從上至下，依次為含砂粘土層、砂巖層、頁巖層。覆蓋層沿剖面NWW-SEE 向厚度逐漸變小。覆蓋層下的砂巖層沿縱剖面延展情況較好，反映了剖面基本上是順著巖層走向布置。

（2）縱向剖面上，普遍覆蓋第四紀(jì)覆蓋層，覆蓋層厚度不大，最少2.0 m，最深33.4 m（含全風(fēng)化砂巖層），平均值為16.0 m，上部巖石風(fēng)化程度高。覆蓋層下的在鉆探范圍內(nèi)砂巖層延展情況較好，沒有發(fā)現(xiàn)頁巖層。

圖1 瀑布料場地質(zhì)勘探孔布置圖

砂巖普遍風(fēng)化，且上部風(fēng)化程度強(qiáng)烈，新鮮基巖硬度較大，主要礦物是石英、長石、云母，含有少量的鐵質(zhì)礦物和綠泥石，礦物顆粒從細(xì)粒到粗粒不等，不同段位巖石顆粒和成分含量變化大，少有夾石，可見微細(xì)的方解石條帶。同時(shí)，初步判斷在砂巖沉積時(shí)代發(fā)生海浸海退現(xiàn)象，造成部分段位存在（2～3）mm 的有機(jī)夾層。

（3）橫剖面上，覆蓋層較厚，主要為粘土化強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)層，砂巖層沿剖面方向延展較好，沒有發(fā)現(xiàn)頁巖夾層。上層砂巖風(fēng)化嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，鐵質(zhì)礦物填充，下層砂巖顆粒較粗，硬度和密度較小，較破碎。砂巖層沿NWW-SEE 方向縱向延展情況較好，橫向上初步判斷砂巖層在PZK1 號(hào)控制區(qū)域內(nèi)向SSW 方向轉(zhuǎn)變成頁巖層。

（4）從取芯試驗(yàn)成果看，弱風(fēng)化～微風(fēng)化巖石，飽和抗壓強(qiáng)度（65～105）MPa，平均飽和抗壓強(qiáng)度為91.72 MPa，表觀密度>2.55 g/cm3，石料質(zhì)量滿足規(guī)范要求。但由于采石場分布頁巖夾層，巖體局部完整性差，軟弱、破碎及風(fēng)化物質(zhì)應(yīng)在開采時(shí)予以剔除，嚴(yán)格控制石料質(zhì)量。

2.3 規(guī)劃設(shè)計(jì)

考慮到料場開采所需巖石的巖性、可開采量、儲(chǔ)量、剝離量，實(shí)際施工時(shí)瀑布溝料場沿所布置縱剖面從PZK8 號(hào)孔開始向PZK10 孔方向開采。

根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料，初步確定料場開采線范圍，梯段邊坡角及終采高程等參數(shù)。經(jīng)過對(duì)有用料和無用料的估算，料場總的開挖量約為523 萬m3，其中覆蓋層剝離量約182 萬m3，強(qiáng)風(fēng)化砂巖、頁巖等夾層剔除約120 萬m3，毛料約221萬m3，平均剝采比約為1.37。后來根據(jù)補(bǔ)充鉆孔勘探情況，優(yōu)化調(diào)整了開采范圍，并將料場分為A、B 兩個(gè)區(qū)域，其邊坡最高開挖高程為600.0 m，覆蓋層邊坡坡比為1∶1.5，強(qiáng)風(fēng)化巖體邊坡坡比為1∶1，微風(fēng)化巖石邊坡坡比為1∶0.3。A區(qū)終采高程為500.0 m，終采面寬度40 m，長度為330 m；B 區(qū)終采高程為480.0 m，終采面寬度55 m，長度為220 m。邊坡平均坡比為1∶0.8。

調(diào)整后瀑布溝料場總的開挖量約為505 萬m3，其中覆蓋層及全強(qiáng)風(fēng)化巖剝離量約250 萬m3，毛料約255 萬m3，平均剝采比約為0.98。料場至大壩砂石系統(tǒng)平均運(yùn)距約3 km。

3 料場開采施工

3.1 開挖施工程序

開挖按照“自上而下、從外向內(nèi)、分區(qū)分層（梯段）”的原則進(jìn)行，當(dāng)施工高峰期一層開挖工作面無法滿足毛料開采強(qiáng)度要求時(shí)，可上下層結(jié)合施工，且應(yīng)保證每層留有足夠的平臺(tái)寬度以便于取料作業(yè)，一般平臺(tái)寬度最小為30 m。

先剝離無用料（覆蓋層及巖體邊緣），然后進(jìn)行有用毛料的開采。覆蓋層開挖分層高度不大于5 m，石方開挖分層高度不大于10 m。

3.2 開挖施工方法

（1）覆蓋層剝離。料場覆蓋層剝離包括投產(chǎn)前的揭頂剝離和投產(chǎn)后的巖體邊緣剝離。

土方采用CAT330 型挖掘機(jī)配合25 t 自卸汽車直接挖裝運(yùn)往指定渣場，采用推土機(jī)直接推挖時(shí)，應(yīng)在距離渣場100 m 范圍內(nèi)進(jìn)行推挖作業(yè)；石方經(jīng)鉆孔爆破后，再運(yùn)往指定渣場。

每個(gè)開挖梯段的外側(cè)周邊均存在一定厚度的覆蓋層，這部分的剝離隨開挖高程的下降先期進(jìn)行，總的原則是先剝離后開采。

（2）毛料開采。料場毛料開采按照梯段分高度逐層向下開挖，一般梯段高度為10 m 開采梯段平臺(tái)下降時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，以解決好道路布置為原則，選擇合理的位置開始打開新的平臺(tái)工作面。

（3）鉆孔和爆破。料場風(fēng)化巖石剝離及毛料開采均采用鉆孔梯段爆破法施工。

鉆孔機(jī)械采用CM351、D7 型液壓鉆以及YQ100B 型潛孔鉆，孔徑為Φ105 mm 和Φ76 mm，梯段爆破高度10 m，采用寬孔距的孔網(wǎng)參數(shù)，以保證爆塊粒徑小于70 cm。料場邊坡采用預(yù)裂爆破，孔距根據(jù)巖石風(fēng)化程度通過爆破試驗(yàn)確定，最終確定的爆破參數(shù)如表1。

表1 料場開采爆破參數(shù)表

3.3 毛料質(zhì)量控制措施

由于料場砂巖層普遍存在頁巖夾層及邊邦強(qiáng)風(fēng)化砂巖，為保證弱風(fēng)化帶下限有用毛料不與頁巖及強(qiáng)風(fēng)化砂巖混雜，保證混凝土砂石骨料質(zhì)量，需采取切實(shí)有效的控制措施。

針對(duì)本工程料場實(shí)際地形地質(zhì)條件，毛料開挖質(zhì)量控制程序?yàn)椋合葎冸x覆蓋層，進(jìn)行土石分界線界定；再剝離強(qiáng)風(fēng)化砂巖及頁巖，進(jìn)行有用料及無用料邊界界定。巖石質(zhì)量鑒定方法為：先用肉眼鑒定，肉眼無法鑒定的在室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)鑒定。

在施工環(huán)節(jié)中采取如下管理措施：

（1）爆破設(shè)計(jì)做到爆塊巖石質(zhì)量等級(jí)分明，在邊界部位無用料范圍應(yīng)延伸到有用毛料范圍內(nèi)至少3m（爆破破裂區(qū)以內(nèi)）。

（2）毛料與無用料區(qū)設(shè)立明顯的開挖分區(qū)分塊標(biāo)志。毛料裝車時(shí)，現(xiàn)場工程師跟蹤旁站檢查。

（3）在人工砂石系統(tǒng)粗碎平臺(tái)布置面積足夠大的毛料臨時(shí)堆放場，盡量避免來料直接傾倒至粗碎車間，以便于現(xiàn)場工程師進(jìn)行二次檢查。

3.4 重銨油炸藥混裝車技術(shù)

由于受當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)及市場限制，申請程序復(fù)雜，運(yùn)輸條件有限，所用乳化炸藥一直供應(yīng)不暢，甚至因乳化炸藥不能及時(shí)到位而導(dǎo)致開挖停工的現(xiàn)象。為了扭轉(zhuǎn)不利局面，通過廣泛的市場調(diào)研、科學(xué)的爆破試驗(yàn)，最終確定在料場開采施工中采用重銨油炸藥（Heave ANFO）代替乳化炸藥。該炸藥不僅爆炸性能良好，成本低廉，還可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工。

3.4.1 重銨油炸藥性能

重銨油炸藥是由乳膠基質(zhì)與多孔粒狀硝銨按一定比例混合（3∶7）而成具有良好爆炸性能的防水性炸藥，其主要性能參數(shù)見表2。

表2 重銨油炸藥性能表

重銨油炸藥為乳膠狀，剛拌制的成品流動(dòng)性較大。當(dāng)暴露在空氣中時(shí)間較長時(shí)，重銨油炸藥中含有的酸性物質(zhì)（起稀釋作用）將揮發(fā)而導(dǎo)致其體積膨脹，流動(dòng)性減小，體積膨脹率達(dá)到5%～10%。

3.4.2 混裝車系統(tǒng)

重銨油炸藥混裝車系統(tǒng)工作原理是先將多孔粒狀硝銨、柴油及乳膠基質(zhì)裝入1 臺(tái)卡車的不同料倉內(nèi)，運(yùn)送到爆破現(xiàn)場后再進(jìn)行重銨油炸藥的混制，最后用特制輸送管進(jìn)行炮孔裝藥（圖2 所示）。它是一種移動(dòng)式炸藥系統(tǒng)，集原材料運(yùn)輸、炸藥混制、機(jī)械化裝藥于一體，取代了傳統(tǒng)的炸藥制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和人工裝藥過程及方法，具有生產(chǎn)效率高、爆破效果好、使用安全可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 炸藥混裝車側(cè)視圖

沐若工程所采用的炸藥混裝車載重量為（10～13）t，裝藥效率為100 kg/min。

3.4.3 裝藥結(jié)構(gòu)

采用重銨油炸藥（Heave ANFO）裝藥的炮孔直徑不能小于40 mm，否則會(huì)產(chǎn)生孔內(nèi)炸藥傳爆不完全甚至拒爆現(xiàn)象。

根據(jù)沐若工程經(jīng)驗(yàn)，大壩料場毛料開采均采用鉆孔梯段爆破法施工，梯段爆破高度為（5～10）m。鉆孔機(jī)械采用CM351、HCR1200 型（古河）液壓鉆以及YQ100B 型潛孔鉆，孔徑為Φ76 mm、Φ89 mm 或Φ105 mm，線裝藥密度分別為4.78 kg/m、6.5 kg/m、9.1 kg/m。

由于重銨油炸藥起爆敏感度較低，普通雷管爆炸威力較小，無法將其引爆，因此在進(jìn)行孔內(nèi)裝藥前，需首先安置起爆藥包。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用10 cm 長Φ55 mm 乳化藥卷作為起爆藥包可以引爆孔徑為Φ105 mm，孔深為10 m 左右的炮孔，并能使其完全傳爆。炮孔結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 炮孔結(jié)構(gòu)示意圖

3.4.4 現(xiàn)場裝藥

（1）炸藥混裝。爆破施工前一天，作業(yè)隊(duì)技術(shù)人員根據(jù)爆破設(shè)計(jì)及實(shí)際鉆孔資料，計(jì)算所需炸藥用量，并通知炸藥混裝車作業(yè)班組。作業(yè)班組根據(jù)炸藥用量按比例配置各種原材料（硝酸銨、柴油、乳膠基質(zhì)及稀釋酸等），并在炸藥庫指定區(qū)域進(jìn)行裝車。

（2）炮孔檢查。當(dāng)爆破區(qū)內(nèi)巖體裂隙發(fā)育，完整性較差時(shí)，炮孔孔壁裂隙可能延伸較遠(yuǎn)，甚至?xí)l(fā)生串孔現(xiàn)象，此時(shí)炸藥在裝藥壓力下會(huì)沿著裂隙滲透到鄰近炮孔，對(duì)控制爆破單響不利。特別應(yīng)注意的是，當(dāng)主爆孔與鄰近預(yù)裂孔（或光爆孔）發(fā)生裂隙貫通現(xiàn)象時(shí)，預(yù)裂孔（或光爆孔）爆破后會(huì)同時(shí)引爆主爆孔，客觀上消除了預(yù)裂孔（或光爆孔）與主爆孔間的爆破網(wǎng)絡(luò)時(shí)差，導(dǎo)致永久邊坡預(yù)裂面（光爆面）無法形成而遭到爆破振動(dòng)破壞。

因此裝藥前除要求檢查炮孔孔深外，還需觀測炮孔孔壁裂隙發(fā)育情況，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行通水檢查，以確定裂隙是否貫通。

將檢查結(jié)果詳細(xì)記錄在冊，并經(jīng)整理分門別類，針對(duì)不同的裂隙發(fā)育情況采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施：

①當(dāng)裂隙寬度＞3 mm，且延伸較遠(yuǎn)（或串孔）時(shí)，需先在孔內(nèi)套上一層塑料薄膜封閉后再進(jìn)行裝藥；

②當(dāng)裂隙寬度＞3 mm，但延伸不遠(yuǎn)（或未串孔）時(shí)，可直接裝藥；

③當(dāng)裂隙寬度介于（1.5～3）mm 之間時(shí)，減小裝藥壓力后可直接裝藥；

④當(dāng)裂隙寬度小于1.5 mm 時(shí)，可直接裝藥。

（3）裝藥。

①炸藥混裝車應(yīng)停放在距離爆破區(qū)最遠(yuǎn)炮孔距離不超過50 m 的范圍內(nèi)，以不影響交通為宜。停放區(qū)與爆破區(qū)之間應(yīng)地勢平坦，無遮擋物。停放區(qū)地面與爆破作業(yè)工作面高差不宜超過±10 m，地勢太高將增大輸藥壓力及速度，不便于控制；地勢太低將超出混裝車壓力泵揚(yáng)程，致使藥膏無法輸出。

②根據(jù)炮孔檢查資料，做好裝藥前的準(zhǔn)備工作，需鋪塑料薄膜封閉的炮孔應(yīng)安排在最后施工。

首先用導(dǎo)爆管雷管將起爆藥包（10 cm 長Φ55乳化藥卷）按規(guī)范要求捆綁，緩緩放入孔內(nèi)，并確保起爆藥包到達(dá)孔底，然后將導(dǎo)爆管雷管腳線固定在孔口附近，確保牢靠。

③挑選經(jīng)驗(yàn)豐富、操作熟練的控制盤操作手及裝藥工裝藥，控制盤操作手與裝藥工應(yīng)配合默契，聯(lián)系暢通。

裝藥時(shí)，輸藥軟管應(yīng)伸入到孔底，并逐步向上提升，這樣既可以確保裝藥密實(shí)，還可以隨時(shí)掌握裝藥高度，以免炸藥裝填過高而導(dǎo)致堵塞長度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響爆破效果。輸藥流量應(yīng)遵循“先小→后大→再小”的原則。在裝藥過程中，如遇特殊情況需暫停裝藥時(shí)，暫停時(shí)間不得超過15 min，否則殘留的炸藥膨脹硬化后會(huì)導(dǎo)致輸藥軟管堵塞。裝藥完成后應(yīng)用混裝車自帶的清水對(duì)輸藥軟管進(jìn)行沖洗。

（4）堵塞?？紤]到重銨油炸藥成品具有膨脹性的特點(diǎn)，為確保足夠的炮孔堵塞長度，裝藥前需根據(jù)炸藥膨脹率δ 計(jì)算出實(shí)際裝藥高度Ha[由式（1）計(jì)算得出]，待炸藥膨脹完成后（一般為10 min），再采用炮孔巖屑進(jìn)行堵塞。

式中 Ha——實(shí)際裝藥高度（m）；

Hd——設(shè)計(jì)裝藥高度（m）；

δ——孔內(nèi)膨脹率（由試驗(yàn)得出）。

4 小 結(jié)

（1）根據(jù)馬來西亞沐若水電站壩址區(qū)地形地質(zhì)特點(diǎn)，需采用加強(qiáng)鉆孔勘探的方法選定料場，確定開采范圍。根據(jù)砂巖發(fā)育特點(diǎn)，確定毛料開采剝采比，并在毛料選定過程中需加強(qiáng)質(zhì)量控制。

（2）采用鉆孔梯段爆破法進(jìn)行毛料開采是保證料場邊坡穩(wěn)定及開挖范圍控制的有效作業(yè)方式，符合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求。

（3）重銨油炸藥的組成材料硝酸銨、柴油、乳化劑等來源廣泛，不在馬來西亞政府規(guī)定的化學(xué)危險(xiǎn)品之列，采購、運(yùn)輸、貯存程序簡單，安全可靠、成本低廉（價(jià)格是乳化炸藥的1/3），被廣泛運(yùn)用于沐若水電站工程、料場開采施工中，并可以在類似工程中推廣，應(yīng)用前景廣闊。