王彪

（云南省迪慶州小中甸水庫管理局，云南迪慶，674499）

1 概述

云南省施甸縣紅谷田水庫工程是一座解決仁和、保場集鎮(zhèn)及周邊農(nóng)村人畜供水和農(nóng)業(yè)灌溉的中型水利樞紐工程。水庫總庫容1 190.3萬m3，灌溉面積1 675 ha。樞紐建筑物由攔河壩、溢洪道、導(dǎo)流輸水隧洞和輸水干渠組成。攔河壩為粘土心墻壩，最大壩高85.7 m，壩體填筑工程量204萬m3。

根據(jù)工程建設(shè)總進(jìn)度計(jì)劃安排，截流后必須在第一個(gè)枯水期完成度汛壩體填筑。度汛壩高43 m，總填筑量52.5萬m3，相當(dāng)于一個(gè)中等高度的土石壩填筑規(guī)模。其中壩殼料填筑量44萬m3，最大填筑強(qiáng)度15萬m3/月。本工程石料場地形陡峭，開采難度大。通過對料場地形地質(zhì)情況的仔細(xì)勘察，最終確定了更合理的開采方式，對工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度管理都有利。2015年5月8日紅谷田水庫順利完成了第一期度汛壩體填筑任務(wù)?，F(xiàn)狀開采平臺(tái)面積已達(dá)到5 000 m2以上，為下一步壩體填筑施工創(chuàng)造了有利條件。

2 石料場概況

設(shè)計(jì)選定的小花龍石料場位于壩址下游右岸的紅石巖山，距壩址區(qū)運(yùn)距約2.5 km，長約540 m，寬約185 m，分布高程1 545～1 745 m，相對高差約200 m，料場地勢陡峻，地形坡度40°～60°，石料場地形如圖1所示。該石料場上部植被以灌木為主，無耕地，無不良地質(zhì)現(xiàn)象，地下水位埋藏較深，開挖底界不受地下水影響。料場表層第四系覆蓋層零星分布，為殘坡積碎石土，厚0～1 m，地表基巖大部裸露，巖性為泥盆系下統(tǒng)灰黑、灰黃色、肉紅灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾泥質(zhì)條帶薄層砂質(zhì)頁巖，弱微風(fēng)化，巖石成層性和完整性較好，巖質(zhì)堅(jiān)硬。料場面積、地形高差大，有用層厚度穩(wěn)定，巖性較單一，屬Ⅱ類產(chǎn)地。

石料場邊界依據(jù)灰?guī)r出露界線圈定，表層全風(fēng)化層視為剝離層，考慮巖溶發(fā)育影響石料質(zhì)量，有用層需剔出約10%的溶蝕裂隙和充填溶洞的無用夾層。料場有用層儲(chǔ)量為456.8萬m3。工程所需塊石料、混凝土骨料及反濾料可分區(qū)開采，石料場中部出露一定范圍的弱～微風(fēng)化厚層塊狀灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖，巖體質(zhì)量較好，可作為混凝土粗細(xì)骨料?？砷_采有用層164.9萬m3，剝離及無用夾層19.1萬m3，剝采比0.12。石料場開采規(guī)劃范圍如圖1所示。

3 開采方案選擇

圖1 石料場開采規(guī)劃范圍示意圖Fig.1 Planning area of stone pit

該料場主開采區(qū)沿東西方向數(shù)公里內(nèi)均地形陡峭，不利于布置開采機(jī)械和運(yùn)輸?shù)缆?。料場頂部以北全部為耕地，若全部從頂部剝離開采，存在占用耕地量多和剝離量大幅增加等問題。根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的相關(guān)地質(zhì)資料和實(shí)際勘察結(jié)果，可選擇的開采方式有三種，如下所述。

3.1 洞室爆破開采

料場頂部向東北約350 m為陡坡頭村，向西南約600 m為水庫移民集中安置點(diǎn)，向東500 m為小花龍自來水廠。由于洞室爆破易發(fā)生大塊率高、級(jí)配不良等問題，而且爆破震動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)烈、個(gè)別爆破飛石不易控制，該方案在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就被否決。

3.2 沿陡坡梯段爆破開采

該方案開采頂界在高程1 715 m附近，向下開挖形成開采平臺(tái)。優(yōu)點(diǎn)有：征占地面積小，除了料場主采區(qū)占地較少外，還可以利用料場坡腳現(xiàn)有鄉(xiāng)村運(yùn)輸?shù)缆?，施工道路布置占地亦較少；運(yùn)輸距離短，約2.5 km；陡坡上的覆蓋層較薄，無用料剝離厚度只有0～1 m，剝離工程量小。該方案為設(shè)計(jì)方推薦采用方案。

采用此方案開采存在以下問題：（1）料場初期開采取料量小，難以滿足度汛壩體填筑強(qiáng)度要求。紅谷田水庫第一期度汛壩殼料填筑量為44萬m3，最大可達(dá)8 000 m3/天，若在陡坡上開采無法滿足上壩強(qiáng)度要求。（2）容易造成開采石料級(jí)配分離。高程1 545～1 715 m為料場邊坡最陡峭部位，不具備布置多條運(yùn)輸?shù)缆窏l件。石料必須先翻渣到料場下部集料平臺(tái)再裝車運(yùn)輸，由此極易造成開采的石料級(jí)配改變，不利于上壩石料碾壓密實(shí)，對壩體填筑質(zhì)量控制極為不利，同時(shí)增加翻渣機(jī)械臺(tái)時(shí)消耗和相應(yīng)費(fèi)用。（3）安全問題比較突出。鉆孔爆破、翻渣與下部裝車運(yùn)輸不可避免地存在上下交叉作業(yè)。為了有效防止發(fā)生事故，必須避免鉆孔爆破、翻渣和裝車運(yùn)輸同時(shí)作業(yè)，由此將造成工效降低，影響開采石料迅速上壩。

3.3 從料場頂部剝離梯段爆破開采

經(jīng)現(xiàn)場多次勘察，發(fā)現(xiàn)料場頂部相對比較平緩，在高程1 720 m分布一段面積約500 m2的緩坡地帶，而該部位大部分基巖裸露，剝離工程量小。通過對該緩坡地帶兩側(cè)頂部邊坡進(jìn)行剝離開挖后，可形成總面積約2 500 m2相對寬闊的開采作業(yè)面，而且隨著開采高程的下降，開采平臺(tái)將逐步拓寬，對開采機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸車輛布置非常有利。此方案優(yōu)點(diǎn)是開采作業(yè)平臺(tái)容易形成，能滿足大強(qiáng)度上壩要求。開采石料可以布置運(yùn)輸?shù)缆分苯訌拈_采平臺(tái)上裝車運(yùn)輸，避免石料級(jí)配產(chǎn)生分離，對質(zhì)量控制有利。

考慮到度汛壩體填筑事關(guān)整個(gè)水庫工程建設(shè)的成敗，初期開采量必須滿足度汛壩體填筑期間大強(qiáng)度上壩要求，最終選擇從料場頂部剝離梯段爆破開采方案為實(shí)施方案。

石料場采用梯段爆破開采，開采邊坡坡比為1∶0.3，每隔15 m設(shè)置一個(gè)馬道，馬道寬1.5 m。料場剝離渣料及無用夾層堆放至小花龍棄渣場。

沿陡坡梯段爆破開采和從料場頂部剝離梯段爆破開采典型開采斷面對比如圖2所示。

4 石料場開采施工

4.1 開采和運(yùn)輸?shù)缆凡贾眉笆┕?/h3>

根據(jù)現(xiàn)場勘察，料場兩側(cè)均陡峭，布置多條道路困難而且造價(jià)昂貴。為了便于石料運(yùn)輸，在料場中部1 650 m高程布置一條運(yùn)輸主干道，兼顧上、中部石料的開采和運(yùn)輸，下部開采的石料可利用現(xiàn)有鄉(xiāng)村道路，如圖1所示。運(yùn)輸?shù)缆钒措p車道考慮，路面寬度為7 m，最大縱坡不超過8%。因道路沿線大部分基巖裸露，地質(zhì)條件好，開挖邊坡坡比為1∶0.3。表土和強(qiáng)風(fēng)化巖石采用反鏟直接開挖，弱風(fēng)化堅(jiān)硬巖石采用鉆孔爆破開挖。

4.2 料場剝離

通過無用料剝離或直接開挖形成寬闊的作業(yè)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)石料場大規(guī)模梯段爆破開采的第一步。為盡快形成開采作業(yè)平臺(tái)，在施工道路建設(shè)完成后，首先進(jìn)行料場剝離開挖，采用1臺(tái)反鏟從頂部逐步向下開挖。因邊坡高陡，剝離無用料開挖過程中直接翻渣至料場坡腳的小花龍棄渣場，無須裝車運(yùn)輸。在渣料滾落過程中，對下部邊坡產(chǎn)生激烈撞擊，料場下部尚未剝離部位植被和無用料都已被順坡滾下的渣料帶走，因此下部邊坡無需專門進(jìn)行剝離開挖就已滿足要求，實(shí)現(xiàn)了一次性剝離開挖完成，在開采初期就已形成約2 500 m2的作業(yè)面。實(shí)際共完成無用料剝離總量12.6萬m3，小于設(shè)計(jì)量19.1萬m3。

4.3 料場開采工藝和爆破參數(shù)選擇

4.3.1 作業(yè)面的分區(qū)布置

為了實(shí)現(xiàn)鉆孔爆破和石料運(yùn)輸連續(xù)作業(yè)，盡量減少工藝間歇，實(shí)現(xiàn)開采石料快速上壩。按500～600 m2劃分1個(gè)作業(yè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)鉆孔→爆破→運(yùn)輸→超徑石解小→作業(yè)面清理等各工序流水作業(yè)。

4.3.2 機(jī)械設(shè)備配置

整個(gè)料場開采共布置2臺(tái)潛孔鉆、3臺(tái)反鏟、15輛運(yùn)輸車。超徑石采用1臺(tái)帶破碎錘的反鏟破碎解小。

4.3.3 爆破參數(shù)的確定

料場開采以滿足壩殼料上壩設(shè)計(jì)指標(biāo)要求為主，優(yōu)選少量石料加工為反濾料和混凝土骨料。壩殼料控制最大粒徑不超過60 cm，級(jí)配滿足設(shè)計(jì)包絡(luò)線要求。梯段爆破中產(chǎn)生的超徑塊石必須在料場進(jìn)行解小處理。

料場爆破鉆孔直徑110 mm，孔距3 m、排距2.5 m，臺(tái)階高度5～6 m。經(jīng)過2次爆破試驗(yàn)，對爆破石料進(jìn)行篩分，級(jí)配基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，炸藥耗量在0.4 kg/m3左右。一般石料場梯段爆破開采臺(tái)階高度普遍大于10 m，有的甚至達(dá)到20 m。本工程之所以選擇5～6 m的臺(tái)階高度，原因主要包括：（1）由于邊坡陡峭，料場開采平臺(tái)為長條形，比較狹窄，開采初期最寬處也只有36 m，沒有條件在高程上實(shí)現(xiàn)上、下多個(gè)作業(yè)平臺(tái)同時(shí)開采，本工程將整個(gè)平臺(tái)分為多個(gè)流水作業(yè)面，后續(xù)施工的作業(yè)面最多滯后一個(gè)臺(tái)階高度；（2）出于安全考慮，臺(tái)階高度過高，在裝運(yùn)過程中外側(cè)石料極易發(fā)生滾落；（3）對反鏟裝車運(yùn)輸有利，反鏟臂長可達(dá)5 m左右，這樣爆破后的石料可一次裝運(yùn)到底，無須分多層裝運(yùn)，盡量縮短各工序循環(huán)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)開采石料連續(xù)上壩。

4.4 安全技術(shù)措施

為了確保料場施工安全，通過建設(shè)單位積極協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了料場封閉開采施工，有效防止了外來人員、車輛、牲畜等進(jìn)入開采區(qū)。運(yùn)輸?shù)缆芬陨狭蠄鲩_采作業(yè)面與運(yùn)輸?shù)缆反嬖诮徊孀鳂I(yè)，將外側(cè)爆破石料清除2～3 m寬度，控制單次開采高度不超過6 m。同時(shí)，每層爆破時(shí)料場平臺(tái)外側(cè)預(yù)留2～3 m寬巖埂，待下一層開采前鉆爆挖除。整個(gè)開采過程中安排專人加強(qiáng)現(xiàn)場管理，有效防止了石塊滾落發(fā)生事故。為防止爆破震動(dòng)效應(yīng)對村民房屋造成損壞，采取多次多段爆破，控制最大單響藥量不超過360 kg，質(zhì)點(diǎn)震速不超過0.5～1 cm，距離爆破作業(yè)點(diǎn)最近的陡坡頭村房屋沒有發(fā)現(xiàn)破壞的情況。

5 結(jié)語

目前部分水利工程建設(shè)環(huán)境條件越來越復(fù)雜，料場開采往往是其中突出的一個(gè)問題，甚至關(guān)系到工程實(shí)施的成敗。對陡峭地形石料場開采實(shí)施方案提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）充分利用現(xiàn)場有利地形布置開采和運(yùn)輸?shù)缆?，道路布置宜少而精，在陡峭邊坡上修建道路施工難度大，建設(shè)工期長，造價(jià)也高。

（2）開采初期就應(yīng)盡量形成寬闊的開采平臺(tái)，以利于機(jī)械設(shè)備布置和石料運(yùn)輸，容易形成開采規(guī)模，滿足高強(qiáng)度上壩要求。還可以一同實(shí)施料場剝離和初期開采取料。

（3）要高度重視開采施工安全，因地形條件復(fù)雜，爆破飛石和爆破震動(dòng)等安全問題突出。由于機(jī)械設(shè)備種類和數(shù)量繁多，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的安全也應(yīng)引起足夠重視。

（4）要統(tǒng)籌考慮料場開采中存在的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、工期和投資問題，處理好各指標(biāo)之間存在的矛盾，力求綜合效益最優(yōu)。