毛爾蓋大壩堆石料料源規(guī)劃及開采

剛永才

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

毛爾蓋水電站是黑水河流域水電規(guī)劃二庫(kù)五級(jí)方案開發(fā)的第3級(jí)，為單一發(fā)電工程。攔河大壩采用礫石土心墻堆石壩梯級(jí)電站，大壩壩頂高程2 138.00 m，河床部位心墻底高程1 991.00 m，壩頂寬12.0 m，壩頂長(zhǎng)513.77 m，最大壩高147.00 m，上游壩坡1∶2.0，下游壩坡1∶1.8，壩體采用礫石土心墻防滲，心墻上、下游分別設(shè)反濾層，上、下游反濾層與壩體堆石之間設(shè)置過渡層。

大壩主體堆石料填筑量為742.7萬m3，過渡料填筑量為102萬m3，招標(biāo)過程中堆石料來自雙溜索料場(chǎng)(60%，填筑方量為469.09萬m3)、西爾料場(chǎng)(40%，填筑方量為273.61萬m3)；過渡料來自雙溜索料場(chǎng)、西爾料場(chǎng)(各50%)。

2008年“5.12”地震導(dǎo)致西爾料場(chǎng)邊坡出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重影響開采進(jìn)度；雙溜索料場(chǎng)石料質(zhì)量未能達(dá)到招標(biāo)文件中的相應(yīng)要求，致使大壩填筑進(jìn)度緩慢。為保證大壩施工進(jìn)度，中國(guó)水利水電第五工程局有限公司根據(jù)多年類似壩型的成功施工經(jīng)驗(yàn)，在業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理的大力配合下，結(jié)合該地區(qū)的施工工程特點(diǎn)，提出了料源多源化，通過加強(qiáng)對(duì)料源動(dòng)態(tài)開采規(guī)劃，把內(nèi)外因帶來的質(zhì)、量的變化轉(zhuǎn)化為料源時(shí)間與空間的動(dòng)態(tài)調(diào)整，合理科學(xué)解決了堆石料、過渡料的料源來源問題。

2 多源化料源，轉(zhuǎn)化供求矛盾

根據(jù)毛爾蓋工程的實(shí)際情況，只有多料源可以合理科學(xué)地解決料場(chǎng)地質(zhì)條件變化帶來的料源質(zhì)量問題以及下閘蓄水提前帶來的開采強(qiáng)度增加問題。通過空間上增加料源保證有足夠的滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的合格石料料源能夠及時(shí)開采，同時(shí)通過料源在空間上數(shù)量的增加來解決時(shí)間上供料強(qiáng)度的增加。把內(nèi)在質(zhì)量和外在強(qiáng)度的不匹配關(guān)系轉(zhuǎn)化為料源在空間上數(shù)量的變化。時(shí)間規(guī)劃是根據(jù)施工強(qiáng)度和壩體填筑部位變化選擇料場(chǎng)使用時(shí)機(jī)和填料的數(shù)量。隨著季節(jié)及壩前蓄水情況的變化，料場(chǎng)的工作條件也在變化。在用料規(guī)劃上應(yīng)力求做到上壩強(qiáng)度高時(shí)用近料場(chǎng)，低時(shí)用較遠(yuǎn)的料場(chǎng)，使運(yùn)輸任務(wù)盡量均衡。對(duì)近料和上游的料場(chǎng)應(yīng)先用，遠(yuǎn)料和下游的料場(chǎng)后用。

2.1 多源化

針對(duì)毛爾蓋水電站大壩上游西爾料場(chǎng)邊坡裂縫和地質(zhì)條件發(fā)生變化以及雙溜索料場(chǎng)坡度較陡導(dǎo)致的開采難度大實(shí)際情況，在業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)和施工單位的共同努力下，在西爾料場(chǎng)和雙溜索料場(chǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了堆石料料源的多源化規(guī)劃思路，在大壩上游規(guī)劃了磨子溝、河口、西爾瓜子溝塊石3個(gè)堆石料備用料場(chǎng)對(duì)兩個(gè)主料場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)充，其儲(chǔ)量分別約為56.5萬、112萬、40萬m3，同時(shí)對(duì)西爾料場(chǎng)進(jìn)行了進(jìn)一步的調(diào)整規(guī)劃，調(diào)整后規(guī)劃儲(chǔ)量為550萬m3，雙溜索料場(chǎng)規(guī)劃儲(chǔ)量為150萬m3，合計(jì)儲(chǔ)量為908.5萬m3，總體基本能滿足大壩塊石料填筑量。整個(gè)堆石料空間規(guī)劃采取“低料低用，高料高用”的原則，磨子溝、河口備用料場(chǎng)作為低料低用，西爾瓜子溝塊石備用料場(chǎng)作為高料高用。

另外，在堆石料多源化基礎(chǔ)上，石料場(chǎng)的開采規(guī)劃儲(chǔ)量也進(jìn)行了以下優(yōu)化規(guī)劃：

(1)參考以往土石壩工程的施工經(jīng)驗(yàn)，在石料場(chǎng)開采的過渡料可以采用河床砂石料，如四川省平武縣華能水牛家水電站大壩工程，過渡料全部采用河床砂礫石料，毛爾蓋大壩的過渡料也全部采用河床砂礫石料。

(2)為了更好地利用建筑物開挖料，根據(jù)前期室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，引水隧洞2、3號(hào)洞的開挖利用料滿足大壩堆石料技術(shù)要求，可以作為大壩堆石料進(jìn)行填筑上壩，并進(jìn)行實(shí)施填筑。

(3)根據(jù)西爾料場(chǎng)和雙溜索料場(chǎng)實(shí)際地形條件以及規(guī)劃布置，兩個(gè)料場(chǎng)還可以有繼續(xù)向下挖開采空間。

2.2 料源保證系數(shù)

DL/T5129—2013《碾壓式土石壩施工規(guī)范》中規(guī)定：在進(jìn)行料場(chǎng)規(guī)劃時(shí)，要考慮各種因素對(duì)儲(chǔ)量的影響，因此其料場(chǎng)儲(chǔ)量規(guī)劃與壩體填筑數(shù)量的比例一般為土料2.0～2.5(寬級(jí)配礫質(zhì)土取上限)，砂石料1.5～2.0，水下砂礫料2.0～2.5，石料1.2～1.5，并有時(shí)選定備用料場(chǎng)，以免施工時(shí)被動(dòng)。在此提出的動(dòng)態(tài)規(guī)劃就是在料場(chǎng)開采過程中對(duì)儲(chǔ)量系數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。首先在進(jìn)行料場(chǎng)初期規(guī)劃時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的天然建筑材料的地質(zhì)報(bào)告和料場(chǎng)復(fù)查一般儲(chǔ)量系數(shù)取上限，后期根據(jù)料場(chǎng)開采揭露的地質(zhì)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，降低儲(chǔ)量系數(shù)，最大化利用料場(chǎng)。

根據(jù)毛爾蓋大壩工程料場(chǎng)特性，考慮料場(chǎng)調(diào)查精度、開挖與運(yùn)輸、雨后壩面清理、壩面返工及削坡等損失，石料場(chǎng)規(guī)劃儲(chǔ)量與壩體填筑數(shù)量的比例初始階段取1.3。但是在實(shí)際開采過程出現(xiàn)的地質(zhì)條件變化和邊坡裂縫等一系列問題，導(dǎo)致在后期規(guī)劃時(shí)發(fā)生變化，最終達(dá)到1.7。

2.3 注意事項(xiàng)

雖然對(duì)毛爾蓋大壩堆石料的料源進(jìn)行了多源化規(guī)劃，在工程具體實(shí)施過程中發(fā)揮了很大的作用，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，但是應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

(1)在進(jìn)行料源多點(diǎn)化的規(guī)劃時(shí)要再次考慮料場(chǎng)地形地質(zhì)條件，特別是料場(chǎng)周圍的外圍環(huán)境。同時(shí)考慮多點(diǎn)化的規(guī)劃帶來的料場(chǎng)前期勘探工作和臨時(shí)設(shè)施等的工程造價(jià)，因此要選擇多點(diǎn)化與少點(diǎn)化的最佳價(jià)值點(diǎn)。

(2)規(guī)劃時(shí)遵循”高料高用，低料低用”的原則，同時(shí)考慮大壩上下游不同方向的來料對(duì)壩體整體填筑的平衡關(guān)系，盡量減少跨心墻運(yùn)輸。

(3)在進(jìn)行多源化規(guī)劃時(shí)，盡量考慮庫(kù)區(qū)淹沒線以下的位置，有利于保證工程安全及征地移民工作。

3 動(dòng)態(tài)規(guī)劃

質(zhì)量要滿足設(shè)計(jì)要求，數(shù)量要滿足填筑的要求。在選擇和規(guī)劃使用料場(chǎng)時(shí)，應(yīng)對(duì)料場(chǎng)的地質(zhì)成因、產(chǎn)狀、埋深、儲(chǔ)量以及各種物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行全面勘探和試驗(yàn)。在施工組織設(shè)計(jì)中，進(jìn)行用料規(guī)劃，不僅應(yīng)使料場(chǎng)的總儲(chǔ)量滿足壩體總方量的要求，而且要滿足施工各階段最大上壩強(qiáng)度的要求。壩料的使用規(guī)劃，應(yīng)根據(jù)壩型、料場(chǎng)地形、施工方法、倒流方式和施工分期等具體條件，按照施工方便、投資經(jīng)濟(jì)、保證質(zhì)量、不占或少占耕地以及在施工期間各種壩料的綜合平衡的原則進(jìn)行規(guī)劃編制，簡(jiǎn)單可概括為“先開采山包、其次開采山脊、最后開采山坡，同時(shí)考慮剝采比和坡采比兩個(gè)指標(biāo)”的原則。

毛爾蓋水電站大壩工程在初期料場(chǎng)勘探和規(guī)劃時(shí)，規(guī)劃開采的是山坡，規(guī)劃時(shí)開采坡面面積約9.8萬m2，料場(chǎng)最大開采面積為5.2萬m2，坡采比為1.88，開采高差達(dá)280 m，開采過程中由于料場(chǎng)地質(zhì)發(fā)生變化，開采100 m高差后，料場(chǎng)無用料發(fā)生110萬m3，有用料出料28萬m3，剝采比為3.9，同時(shí)開采后料場(chǎng)坡面面積較大，地質(zhì)條件差，后邊坡出線裂縫，因此停止開采，調(diào)整開采范圍和規(guī)劃，變山坡開采為山脊開采，調(diào)整后開采坡面面積為6.6萬m2，料場(chǎng)最大開采面積為4.6萬m2，坡采比為1.57，開采高差264 m，根據(jù)目前開采揭露的地質(zhì)情況，調(diào)整后地質(zhì)條件比較好，無用料為98萬m3，有用料為554萬m3，剝采比為0.17。通過以上分析，料場(chǎng)規(guī)劃參數(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 材料規(guī)劃參數(shù)對(duì)比

從表1可以看出，料場(chǎng)規(guī)劃后，有用料數(shù)量得到很大提高，節(jié)約了工程造價(jià)并且提高了工程安全性。

4 料場(chǎng)開采

針對(duì)料場(chǎng)開采，西爾料場(chǎng)位于壩址上游黑水河右岸西爾村麻窩溝上游側(cè)，距壩址約5 km，有公路相通，交通便利。受到“5.12”汶川特大地震及其多次余震影響，料場(chǎng)邊坡擾動(dòng)強(qiáng)烈，料場(chǎng)橫Ⅱ～橫Ⅴ斷面開口邊坡上部出現(xiàn)不同程度裂縫，并且發(fā)生局部塌方事故，為確保施工安全，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)踏勘后確定對(duì)西爾料場(chǎng)開采方案進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整方案如下：將料場(chǎng)開采區(qū)向外擴(kuò)(麻窩溝溝口)，開采區(qū)域?yàn)榱蠄?chǎng)橫Ⅳ～橫Ⅴ以及溝口山脊部分，料場(chǎng)橫Ⅱ～橫Ⅳ之間原規(guī)劃開采區(qū)域不再進(jìn)行開采。

考慮料場(chǎng)的現(xiàn)狀、料場(chǎng)的實(shí)際地形條件和料場(chǎng)開采的安全風(fēng)險(xiǎn)等因素，結(jié)合大壩填筑施工進(jìn)度計(jì)劃(提前下閘蓄水計(jì)劃)，擬將料場(chǎng)擴(kuò)采區(qū)分兩期進(jìn)行開采：一期開采B區(qū)，二期開采A區(qū)，其中，B區(qū)為麻窩溝溝口山脊部分，開采高程為2 155～2 060 m，考慮料場(chǎng)開采的安全風(fēng)險(xiǎn)，B區(qū)又劃分為B-1區(qū)和B-2區(qū)；A區(qū)為料場(chǎng)橫Ⅳ～橫Ⅴ以及橫Ⅴ于B區(qū)之間區(qū)域，開采高程為2 344～2 080 m。

料場(chǎng)開采時(shí)先進(jìn)行一期B-1區(qū)開采，一期B-2區(qū)暫不開采，后期根據(jù)大壩填筑情況再行確定是否開采；料場(chǎng)二期開采受料場(chǎng)原采區(qū)邊坡開裂、塌方等因素制約，只能在處理完成后才能進(jìn)行開采施工。

由于料場(chǎng)開挖邊坡高差大，后期受降雨等影響和風(fēng)化作用容易產(chǎn)生飛石，危及下方施工人員和設(shè)備，鑒于此，開挖后地質(zhì)較差的坡面采用C20素噴混凝土(厚度10 cm)封閉，避免出現(xiàn)飛石威脅下方施工人員及設(shè)備，同時(shí)根據(jù)開挖后邊坡地質(zhì)情況，業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方需現(xiàn)場(chǎng)確定是否進(jìn)行深層支護(hù)。

5 結(jié) 論

毛爾蓋水電站大壩堆石料填筑比重較大，地形地質(zhì)條件在在實(shí)際施工時(shí)發(fā)生變化，故在實(shí)際施工期間協(xié)調(diào)石料場(chǎng)的開挖、運(yùn)輸以及壩面填筑各個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系；對(duì)石料料源在空間、時(shí)間、質(zhì)量與儲(chǔ)量方面進(jìn)行全面規(guī)劃；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，快速及時(shí)分析各種方案，以獲得最為可行且經(jīng)濟(jì)的方案是十分必要的。從工程實(shí)際施工成果來看，料源規(guī)劃及開采調(diào)整效果是顯著的。

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