金沙水电站可用料开挖管理措施研究

刘同林，曹 帅

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610000)

0 前 言

不专设料场，利用挑选的开挖渣料生产混凝土砂石骨料是水电站建设较理想的开发模式，但从实际操作看，水电站施工工期紧张，可用料开采容易出现粒径偏大，爆破区域外质点振速超标，影响其他结构物质量；渣场管理不到位导致可用料和无用料混堆，影响可用料回采质量。因此可用料的开采和管理不仅是制约施工工期的主要因素，也是施工中主要的矛盾点。文章结合金沙水电站实例，根据料源的特性，进行多次爆破试验和爆破振动监测，择优选择爆破参数，通过科学化的渣场管理，解决了实际施工中的矛盾。

1 工程概况

金沙水电站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，由河床式发电厂房、泄洪闸及挡水坝等建筑组成，金沙水电站正常蓄水位1 022 m，校核洪水位为1 025.30 m，相应净库容为1.08亿m3，电站装机容量560 MW，坝顶总长392.5 m，最大坝高66.0 m，多年平均发电量为25.07亿kW·h。金沙水电站的主要开发任务为发电，兼有供水、改善城市水域景观和取水条件，及对观音岩水电站的反调节作用等。本工程混凝土总量为158.85万m3，共需人工骨料184.5万m3(自然方)，砂砾石料7.96万m3。

2 料源选择

2.1 料源介绍

本工程填筑用料、骨料加工用料、围堰截流备用料等统称为可用料。此处主要对电站二期厂坝工程骨料加工用料进行阐述。根据工程设计阶段调查，金沙水电站坝址上、下游20 km范围内的河道内及其附近无符合质量要求、可供开采的天然砂砾石料，只能选择原岩轧制人工骨料。坝址区及其外围可作为混凝土用人工骨料轧制料源的岩性有4种:二叠系中统阳新组(P2y)灰岩、华力西期(ξ4)正长岩、二叠系上统峨眉山(P3em)玄武岩与晋宁期(δο2)石英闪长岩。因阳新组灰岩储量很少，且开采条件较差，石英闪长岩运输距离远，均不宜作为备选料源；坝区正长岩与玄武岩分布范围大，储量丰富，考虑各料源开采条件，经比较将坝区工程开挖可用料作为人工骨料料源[1]。

坝址左岸安装场、厂房及右岸导流明渠下游段等部位工程开挖料原岩为正长岩。据试验成果显示，弱微风化岩石的天然块体密度、饱和抗压强度与软化系数均符合混凝土用人工骨料质量指标要求。[2]开挖可用料虽然具潜在碱活性反应，但可采用掺粉煤灰或使用低碱水泥的抑制措施予以解决，其他质量指标符合混凝土用人工骨料要求。

2.2 料源质量指标及控制要求

开挖前剥离覆盖层，对可用料和无用料界面划分，选取岩质坚硬、完整性好、透水性弱微风化的正长岩，其饱和单轴抗压强度达82～234 MPa，平均强度为150.85 MPa，软化系数为0.78～0.95，天然块体密度为2.66～2.76 g/cm3。[3]可用料运至堆存可用料渣场粒径不得大于80 cm，大于80 cm可用料统称为超径石，需进行解小破碎处理。

2.3 储 量

开挖范围内扣除表层覆盖层、全风化、强风化及弱风化上带岩体后，可用料储量为176万m3(见表1)。

表1 工程开挖可用料勘察储量

3 料场规划

在工程区内规划了4处存弃渣场，分别为左岸上游石家沟存弃渣场、钢厂沟存弃渣场、左岸上游、左岸下游二期围堰备料场。左岸上下游二期围堰备料场已在一期堆满，此处不做介绍。

3.1 石家沟存弃渣场

石家沟存弃渣场位于距坝上游3.8～4.4 km范围内，占地约25.0万m2，弃渣至高程1 250 m，渣场容量630万m3，主要容纳来自导流工程、大坝及厂房工程的存弃渣。

3.2 钢厂沟存弃渣场

钢厂沟存弃渣场位于左岸上游，距坝址2.4～3.7 km，规划为Ⅰ区和Ⅱ区，仅供堆存可用料。其中Ⅰ区下部弃渣(无用料)已堆存至1 062～1 065 m，堆存量约75万m3，上部可用料规划堆存至1 095～1 115 m，可用料堆存容量约为62万m3；Ⅱ区可用料已堆存至高程1 062～1 073 m，已堆存约75万m3。

4 可用料管理难点

(1)可用料的粒径不大于80 cm，利用率不小于75%。由于电站右岸为一期导流明渠已建构筑物，边坡喷锚区与软弱破碎基岩层及地质缺陷部位爆破质点振动控制要求高，因此，对钻孔、爆破参数要求极高。

(2)开挖出渣单位与料场管理单位分属两个不同单位，料源鉴定标准不统一。开挖出渣单位如管理不到位将出现超径石和较强风化料混装情况，增加料场管理单位回采难度，降低回采效率，增加合同风险。

(3)混凝土浇筑工程量约123万m3，厂坝结构混凝土浇筑高峰强度超7万m3/月，对可用料场规划和毛石料回采效率要求较高。

(4)左岸安装场、厂房基岩开挖施工工期紧，现场工作面、机械设备多，施工管理难度大，现场可用料筛选挖装难度较大，工效不高。

5 可用料开挖回采管理

5.1 可用料管理原则

(1)为了加强可用料开挖管理力度，开挖单位与渣场管理单位分别成立专门以项目负责人为组长的可用料管理领导小组，明确各职能部门分工和职责。开挖单位各部门做好源头把控，针对可用料开采区域设计专项爆破方案，对爆破孔间距及装药量进行优化调整，确定最优控制参数，减少爆破后可用料超径数量。渣场管理单位对存料、弃渣作业面规划及维护，及时提供存料、弃渣作业面。

(2)针对开挖出渣单位与料场管理单位对可用料鉴别标准存在一定争议的情况，成立现场可用料联合鉴定小组，联合鉴定小组分别由设计地质人员、监理、业主、厂坝标承包人4方组成，必要时通知渣场管理单位参与，具体鉴定工作由监理工程师组织[4]。

5.2 可用料与无用料的界定原则以及现场辨识方式

对于开挖料的利用，考虑在满足施工组织方便、调整合理、混凝土骨料质量保证的条件下尽可能利用。开挖料利用原则为:

(1)覆盖层、强风化料，不可用；弱风化上带中局部风化相对较弱、完整性较好者可用；分布零星，不易分选者，不可用。

(2)弱风化下带料和微新岩体可用。为便于实际开挖工程中辨别、分离可用料，可依据岩体新鲜断面上岩石矿物风化后所呈现的不同颜色，对可用料与无用料进行简单区分。实际开挖施工中若遇难以辨别的问题时，可通知设计及现场进行辨认[5]。

5.3 可用料管理流程

可用料管理流具体如图1所示。

图1 可用料管理流程示意

6 可用料管控措施

6.1 料源鉴别

钻孔前，施工单位通知监理单位，由监理单位联合施工单位、业主、设计地质人员在现场对即将钻孔爆破区域进行鉴定。若该区域鉴定为无用料区域，则采用普通爆破参数，并按弃料处理。若该区域鉴定为可用料区域，则采用专项爆破参数。

6.2 开挖管理

6.2.1 钻孔爆破

为有效控制爆破后石块粒径，通过爆破试验确定科学合理的爆破参数，指导现场施工，也为后期参数的调整和优化提供依据。为保证试验效果和试验可靠性，结合现场实际情况，选取左岸边坡Ⅲ区1 050 m高程平台作为试验区，该区域属于弱风化区，岩层较完整且属于正长岩，裂隙较少，并且可用于可用料储存；右岸大坝基坑爆破选用靠导流明渠位置，该处岩石为弱风化正长岩，且离导流明渠最近，具有试验代表性。左岸边坡试验一共进行3组爆破试验，右岸基础爆破开挖进行1组爆破试验，试验参数见表2。

表2 爆破试验参数

试验一～试验三起爆方式均采用电磁雷管起爆，延时采用导爆管延时，联网方式采用孔外延时；试验四起爆采用电磁雷管起爆，延时采用导爆管延时，联网方式采用孔外延时，其中孔内采用14段导爆管，孔间采取2段和3段延时(其中第1排采用2段，其他位置采用3段)，排间采用5段延时[6]。

监测仪器布设:爆破试验一离2号线塔和开挖成型边坡较近，设2台爆破振动监测仪器，主要布置在2号线塔塔基位置和离爆区较近的边坡位置，其中边坡仪器离爆破区域最近距离约为15 m。试验二爆破监测仪器在2号线塔位置布置1台仪器。试验三爆破在试验一爆破开挖完后的大面进行，爆区离下游围堰较近，且对右岸导墙有一定影响，因此本次振动监测仪器分别布置在下游围堰和右岸导墙位置。试验四爆破离导流明渠较近，共设3台监测仪器，主要沿导流明渠线性布置，其中离爆破区域最近距离约为5 m[7]。试验爆破成果见表3。

表3 爆破试验成果

6.2.2 爆破试验效果与分析

根据左岸边坡3次爆破和右岸导流明渠1次爆破最终效果分析，使用4组不同爆破参数爆破以后块石粒径总体小于80 cm，其中试验一、二、四块石粒径大于80 cm控制在5%以内，满足有用料要求。并且通过爆破振动监测所得数据均满足要求。因此综合现场实际，最终确定左岸边坡钻爆参数为试验一、试验四。

按照试验数据所得的参数进行实际开挖，爆破质量和可用料质量基本满足要求。但由于局部边坡存在稳定问题，断层、裂隙较发育，影响可用料爆破质量，且钻工操作水平不一，导致开挖面不在同一高程，爆破效果不能满足可用料粒径要求。因此爆破后要对渣料进行二次鉴别，对超粒径可用料进行挑选，利用破碎锤或手风钻单独解爆。

6.3 装运管理

(1)现场配备施工管理人员对可用料和超粒径料进行辨别，保证运输至渣场的料物基本满足要求。渣料外运及领用实行挂牌管理，车辆应进行编号统一管理，一车一牌，运输车辆分为可用料车辆和无用料车辆，实现专车专用，标识牌摆放在挡风玻璃车窗前。

(2)在上游索道桥处设置发票点，对经过该处的所有车辆进行区分发票，装运可用料车辆下发可用料专用票，同时进行登记，制定台账。并在3号路2号岗亭位置再次设置验证区，对可用料进行再次鉴别，当车辆标识与装运料物匹配，且均为可用料时，直接分流至钢厂沟渣场堆存，无用料直接分流至石家沟渣场堆弃。

6.4 渣场管理

(1)因金沙水电站石渣产出单位与渣场管理单位分属两个不同标段，为减少合同纠纷，石渣产出单位开始堆渣前，渣场管理单位应与石渣产出单位共同对渣场地形地貌进行测量。渣场进料和出料应建立台账，定期对进、出料工程量进行测量核算，保证土料平衡。[8]

(2)根据要求，钢厂沟渣场分为大石区(粒径超80 cm)和小石区。石渣产出单位在渣场布置1台破碎锤，采取解爆或者破碎等方式进行处理，以满足可用料的粒径要求。

(4)渣场管理单位应加强存料、弃渣作业面、道路规划及维护，同时结合存弃料场防护、排水、环保、水保工程措施，建立存料管理制度。

6.5 建立奖励与惩罚制度

(1)渣料产出单位应按照渣场管理单位和监理单位的要求有序堆放，严禁将弃渣与可用料混堆；对于下江或承包人随意堆放的渣料，违规的车辆及司机，不服从监理、渣场管理单位对渣料协调和管理的承包人，应视情况按照电站渣场管理办法进行处罚。

(2)根据工程建设进展情况，由工程监理单位不定期组织对渣料产出单位和渣场管理单位进行考核，对考核成绩突出的单位给予适当奖励。要求涉及违反环境保护、水土保持等法律法规的承包人，承担相应的法律责任。

7 结 语

金沙水电站通过对爆破参数的优化以及合理的渣场规划、科学有效的管理，将可用料由原来合同说明堆存的103万m3提高至176.34万m3，可用料的增加减少了外购骨料量，从而节约外购骨料成本达2 481.18万元。利用石渣开挖料作为砂石骨料原材料，过程中不可控因素多、多工序交叉多、协调难度大，但只要提前筹划、科学管理，就会实现极大的经济和社会价值。