阿尔塔什水利枢纽爆破料源选择及开采规划

2014-07-25齐江鹏

陕西水利 2014年2期

齐江鹏

（新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽是叶尔羌河流域内最大的控制性山区水库工程，工程任务是在保证向塔里木河干流生态供水的前提下，以防洪、灌溉为主，兼顾发电等综合利用。阿尔塔什水利枢纽水库总库容22.45亿 m3，最大坝高 164.8m，电站总装机容量730MW，为大（1）型Ⅰ等工程。主要建筑物包括拦河坝、1#和2#表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#和2#深孔放空排沙洞、发电引水系统、电站厂房等。

本工程挡水建筑物为混凝土面板砂砾石堆石坝，总填筑量为2501.28万m3，其中爆破料填筑1061.01万m3。设计要求坝体爆破料Dmax≤800mm，设计孔隙率取n≤19%，内摩擦角＞40°，干容重γd＝21kN/m3～23kN/m3。本文主要针对坝体爆破料来源及开采规划进行分析。

2 料源概况

根据可行性研究阶段审查意见及规范要求，本阶段共勘查了三个爆破块石料场P1、P2、P3，并对建筑物石方开挖料进行了试验分析。各料源概况如下：

2.1 P1爆破块石料场

该料场位于坝址上游左岸约1.7km～2.5km处，料场地形呈NNW向的基岩山梁，岩性为中下石炭统的中厚层灰岩和白云质灰岩，岩石中硬～坚硬，岩层产状330°～350°SW∠71°，岩体单层厚0.2m～0.5m，无大断层分布，裂隙发育，岩体完整性差，开挖料块径小于30cm。强风化层厚1.0m～1.5m，弱风化层可用作筑坝块石料。

2.2 P2爆破块石料场

该料场位于坝址下游右岸1号和3号冲沟之间，距坝址约0.8km～1.6km，地形呈NW向展布的基岩山梁，长约700m，宽250m～340m，岩性为中下石炭统的薄层灰岩，岩石中硬，岩层产状310°～320° SW∠66°，岩体单层厚 0.1m～0.3m，无大断层分布，裂隙发育，岩体完整性差，开挖料块径小于30cm。弱风化层可用作筑坝块石料。

2.3 P3爆破块石料场

该料场位于坝址下游左岸4.5km～5.0km处，地形为近EW向的河谷岸坡，山顶高程1993m，坡面基岩裸露，岩性为中下石炭统的薄层灰岩，岩石中硬，岩层产状350°～360°SW∠48°～55°，岩体单层厚0.2m～0.3m，无大断层分布，裂隙发育，岩体完整性差，开挖料块径小于30cm。弱风化层可用作筑坝块石料。

爆破块石料场试验指标见表1。

3 坝体爆破料料源选择

3.1 石方开挖料平衡计算

本工程石方开挖总量较大，石方明挖272.19万 m3、石方洞挖 202.87万 m3。坝体爆破料尽量采用建筑物石方开挖料，部分建筑物开挖料可直接利用，以减少二次倒运。开挖料中含部分不可利用量，如土岩分界线混合料、石方开挖中强风化层、石方洞挖中强度过低的夹泥层、施工过程被污染料等。扣除不可利用量后，开挖料开采、运输、堆存、倒运均有不同程度损耗，其中装车、运输损耗为3%，储存的损耗为3%，各建筑物开挖料可利用数量分析见表2。

根据各建筑物施工进度安排、开挖料可利用量、施工总布置情况及对石方开挖料流向分析（表2）可知，石方明挖及洞挖料中约368.91万m3（压实方）用于坝体爆破料填筑，剩余爆破料由料场提供。

3.2 料场选择

根据爆破料场地形地质、开采分区布置及交通运输综合分析，P1、P2及P3料场料质均满足大坝堆石区填筑要求。P1料场运距近，爆破开挖块径相对较大，从料场地形、开采作业面、运输条件等方面分析P1单独供应不满足大坝爆破料设计要求。P2料场运距最近，且为下游料场、开采运输较方面无干扰、储量及可开采量均满足大坝爆破料设计要求，即P2料场可单独作为料源进行大坝爆破料的供应。P3料场运距较远，开采困难且与进场道路、输变电线路安全存在干扰，综合分析P3作为备用料场。

结合以上分析针对P1、P2料场供应大坝爆破料，拟定二个方案进行比选，方案一由P2料场单独供料；方案二由P1料场及P2料场联合供料，方案对比分析见表3。

表1 块石料试验指标与质量指标对比表

表2 建筑物开挖料可利用量分析表单位：万m3

表3 爆破料场选择方案对比表

由表3从爆破料场地形、地质、开采运输及经济指标等分析，方案一相比方案二投资相差不大，根据施工总工期、坝体分区填筑规划、坝体填筑曲线综合分析可得，爆破料填筑高峰期发生在爆破料填筑区第Ⅱ、Ⅲ期（高程1675m～1685m及高程1700m～1725m），经分析高峰期时段大坝爆破料填筑需料场同时开采4个工作面来供应。如采用方案一在大坝爆破料填筑高峰期高程1675m～1685m和高程1700m～1725m时，P2爆破料场此时分别开采至高程1840m、1780m平台均无法同时提供4个工作面供料，即达不到施工高峰强度要求。由于本工程填筑量大、施工高峰强度高、上坝交通运输及结构设计要求，为确保满足大坝填筑强度及料源储量，选定方案二为大坝爆破料供应来源。

4 料场规划

4.1 开采规划原则

爆破料场开采规划的基本原则为：料场规划必须满足大坝填筑的高峰强度；充分利用建筑物的开挖料，力求挖填平衡；优先选用距坝址较近、采运条件较好、覆盖层剥离量小、施工干扰小的料场；尽可能做到高料高用，低料低用，上游料场用于上游坝体、下游料场用于下游坝体，尽量避免和坝体交叉运输；规划料场的实际可开采总量，应考虑料场的调查勘探精度、料物天然容重与坝面压实容重的差值以及料场开采、加工、运输等各种损失量。

4.2 爆破料场开采规划

根据大坝爆破料填筑时间、空间及填筑方量对P1及P2爆破料场进行初步规划。

4.2.1 P1爆破料场

P1爆破料场地形陡峭，开采道路布置困难。结合P1料场地形条件，开采道路沿4#冲沟下游侧布置道路爬升至1861.33m高程后，自上而下，分台阶进行料场开采。每层台阶高度为10m，坡度1∶0.5，预留2m宽的马道，每层台阶宽度大于50m，最多分三层台阶同时施工。开采阶段的场内施工道路主要为上下梯段间的连接道路，平台之间利用开挖石渣垫成斜坡道路作为交通通道。开采道路长约1.5km，道路宽9.0m，起止高程1730m～1861.33m，综合纵坡为9.2%。

4.2.2 P2爆破料场

P2料场Ⅰ区：位于1#、3#冲沟之间，开采条件相对较好。开采道路分别在1#、3#冲沟内布置，其中位于3#冲沟的开采道路可爬至料场前沿高程1891.91m，位于1#冲沟内的开采道路可爬至高程1831m。开采顺序：自高而底，分台阶开挖。每层台阶高度为10m，坡度1∶0.5，预留2m宽的马道，台阶宽度不小于50m，长度在80m～100m，最多分三层台阶同时施工，每个台阶平面上分2个～3个作业面。开采阶段的场内施工道路主要为上下平台间的连接道路，平台之间利用开挖石渣垫成斜坡道路作为交通通道。

P2料场Ⅱ区：位于阿尔塔什水利枢纽永久过河大桥右岸下游侧，该区呈东西长条布置。可在阿尔塔什永久跨河大桥右岸下游修建一条开采道路爬至该料场高程1890m。开采顺序：自高而底，分台阶开挖。每层台阶高度为10m，坡度1∶0.5，预留2m宽的马道，每个工作面沿台阶长度方向原则上为大于50m，最多分三层台阶同时施工。开采阶段的场内施工道路主要为上下梯段间的连接道路，平台之间利用开挖石渣垫成斜坡道路作为交通通道。

5 料场开采

5.1 开采方式选择

目前国内开采爆破料场的主要爆破技术为洞室爆破和深孔梯段爆破。因深孔梯段爆破施工准备期短，爆破后块石质量好，施工效率高，施工成本低；同时考虑到本工程料场位置及施工工期，本工程爆破料场开采方式选定为深孔梯段爆破。计划毛料采用深孔梯段爆破法开采，边坡采用预裂爆破法开挖。

5.2 梯段爆破设计

根据国内外爆破料场开采工程类比分析，结合本工程料场的岩层物理力学性质，毛料开采的炸药单耗为0.4kg/m3～0.5kg/m3。初定各项爆破参数如下：钻孔直径采用φ100mm，CM351型钻机孔排距为a×b=3.11m×3.11m，本工程在大坝爆破料填筑高峰期段，每个工作面一次爆破布置3排炮孔，一排布置12个炮孔，布孔方式采用矩形或梅花型，钻孔角度一般为75°（可根据地形需要进行角度调整）。装药采用铵梯炸药，φ80药卷，钻孔超深按1.2m～3.0m计算，标准孔深为11.2m～3.0m，堵塞长度为3.3m。

爆破网络采用非电导爆管——导爆索网络系统，采用排间微差同段起爆方式。导爆索直接下至孔底作为起爆体，炮孔间用导爆索连接（常用10ms～30ms），段间采用MS-2非电雷管接力或者采用MS-1～MS-10非电雷管控制起爆顺序和时差。