普西橋水電站料場(chǎng)開(kāi)采規(guī)劃優(yōu)化分析

冷冰川

(云南省能源投資集團(tuán)有限公司，昆明 650000)

1 概 況

普西橋水電站位于云南省墨江縣雅邑鄉(xiāng)普西村普西鐵索橋附近河段，以發(fā)電為主，水庫(kù)具有年調(diào)節(jié)能力。最大壩高140 m，水庫(kù)正常蓄水位為737.00 m，死水位705.00 m，正常蓄水位以下庫(kù)容為5.04×108m3，總裝機(jī)容量為190 MW(2×95 MW)。普西橋水電站樞紐由面板堆石壩、右岸開(kāi)敞式溢洪道、左岸引水系統(tǒng)、左岸泄洪隧洞及左岸岸邊主副廠房等建筑物組成，樞紐等級(jí)屬二等大(Ⅱ)型工程。

隔界箐料場(chǎng)是普西橋水電站混凝土骨料以及大壩堆石料的主要石料來(lái)源，位于壩址右岸隔界箐溝下游山坡上，距壩址1.5～1.8 km，分布高程630～865 m，料場(chǎng)開(kāi)采范圍高差100～230 m，總面積約18×104m2。該料場(chǎng)上下游邊界各發(fā)育一條沖溝，在中間發(fā)育一條切割較淺的小沖溝，料場(chǎng)地形相對(duì)較完整，地表普遍為第四系覆蓋，厚度在1.2～14.2 m，下伏基巖為三疊系上統(tǒng)一碗水組上段(T3yc)及少量中段(T3yb)地層。原開(kāi)采規(guī)劃方案中，料場(chǎng)終采平臺(tái)高程625 m，有用料可開(kāi)采儲(chǔ)量為393.77×104m3，開(kāi)挖剝采比約為1∶2.37。

2 優(yōu)化必要性

2.1 地質(zhì)條件變化

隔界箐料場(chǎng)在開(kāi)采施工至高程775 m時(shí)，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件與前期勘察結(jié)果不一致，可能對(duì)料場(chǎng)儲(chǔ)量和上壩料質(zhì)量有影響[1]，故布設(shè)了4個(gè)勘探孔進(jìn)行地質(zhì)復(fù)核，以進(jìn)一步查明隔界箐料場(chǎng)的實(shí)際可用層儲(chǔ)量及受斷層影響的范圍。

經(jīng)復(fù)核鉆孔揭露，斷層F19產(chǎn)狀N25°～59°W，SW∠70°～84°，構(gòu)造帶寬5～10 m，斷層帶組成物質(zhì)主要有碎塊巖、碎裂巖、糜棱巖，碎裂巖體垂直深度約35 m。受斷層F19上盤(pán)逆沖，隔界箐料場(chǎng)高程760 m以上可用料(T3yc-1)層厚變薄，巖體風(fēng)化強(qiáng)，夾泥多，巖體質(zhì)量更差。

2.2 建筑物開(kāi)挖可利用料變化

原規(guī)劃左岸引水發(fā)電系統(tǒng)、泄洪沖沙洞等洞挖料質(zhì)量滿足大壩填筑料要求，約11.4×104m3。但因與大壩及溢洪道工程分屬不同承包商承建，在實(shí)際施工過(guò)程中，大量的洞挖可用料并未按設(shè)計(jì)要求有序堆存，并且從多次現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)來(lái)看，洞挖料上壩不確定性較大。而此時(shí)大壩壩基已清理完畢通過(guò)驗(yàn)收，即將開(kāi)始大規(guī)模填筑，對(duì)隔界箐料場(chǎng)開(kāi)采規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整十分必要[2]。

3 優(yōu)化方案評(píng)價(jià)

由于現(xiàn)場(chǎng)已按原開(kāi)采方案進(jìn)行了料場(chǎng)頂部開(kāi)挖，形成了邊坡和施工道路，為保證開(kāi)采施工的連續(xù)性，結(jié)合前期征地紅線邊界條件限制和斷層F19地質(zhì)條件的影響，擬放棄高程760 m以上開(kāi)采，轉(zhuǎn)而從高程760 m向下開(kāi)挖，料場(chǎng)終采平臺(tái)從高程625 m降低至高程610 m，并向下游擴(kuò)展至10#沖溝。優(yōu)化開(kāi)挖示意圖見(jiàn)圖1。

補(bǔ)充勘探表明，當(dāng)終采平臺(tái)降低至高程610 m時(shí)，料源主要質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)滿足上壩條件但根據(jù)普西橋水電站壩址、廠址各頻率施工洪水成果，5年一遇的洪水流量為1 570 m3/s，此時(shí)水位約618.15 m。因此，在進(jìn)行高程625 m以下的開(kāi)挖時(shí)，需采取預(yù)留巖埂或者修筑圍堰等措施。

從經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)來(lái)看，原開(kāi)采規(guī)劃方案料場(chǎng)高程760 m以上總開(kāi)采量?jī)H為36.95×104m3，占開(kāi)采總量的6.6%；有用料19.9×104m3，占有用料開(kāi)采總量的5.1%，且支護(hù)工程量主要集中在料場(chǎng)上部，因此放棄高程760 m以上開(kāi)采有利于降低開(kāi)挖難度及成本[3]。

圖1 隔界箐料場(chǎng)優(yōu)化開(kāi)挖示意圖

4 料源計(jì)算

4.1 建筑物開(kāi)挖可利用料分析

根據(jù)施工現(xiàn)狀，不考慮不確定性較大的洞挖料，建筑物開(kāi)挖料上壩主要來(lái)源于溢洪道泄槽段開(kāi)挖。溢洪道泄槽段土石比例以弱風(fēng)化界線綜合計(jì)算，比值為0.36/0.64，總開(kāi)挖量166.6×104m3，弱風(fēng)化以下基巖開(kāi)挖量為106.6×104m3，考慮因地質(zhì)條件影響以及開(kāi)采損耗，溢洪道泄槽段可用開(kāi)挖量約為72×104m3。建筑物開(kāi)挖料上壩用于堆石料填筑，結(jié)合大壩堆石料填筑指標(biāo)，折合壩上方為80.4×104m3，施工圖階段的大壩堆石料填筑設(shè)計(jì)量338.36×104m3，剩余257.96×104m3由料場(chǎng)供應(yīng)。

4.2 石料需求量

石料需求包括大壩墊層料、過(guò)渡料、堆石料以及砂石生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的混凝土骨料。鑒于導(dǎo)流工程基本完工，根據(jù)施工圖階段的設(shè)計(jì)工程量，除去導(dǎo)流工程混凝土量，全工程混凝土量(含噴混凝土)共37.88×104m3。料場(chǎng)設(shè)計(jì)需要量見(jiàn)表1。其中，比例系數(shù)根據(jù)巖石天然干密度、設(shè)計(jì)壓實(shí)干密度計(jì)算。

表1 料場(chǎng)設(shè)計(jì)需要量計(jì)算表

由表1可知，料場(chǎng)共需開(kāi)采有用料321.05×104m3(自然方)，考慮規(guī)劃系數(shù)1.25，料場(chǎng)規(guī)劃開(kāi)采量為401.31×104m3。

4.3 料場(chǎng)復(fù)核

根據(jù)優(yōu)化調(diào)整方案，從高程760 m至終采平臺(tái)610 m，每15 m高差形成一個(gè)平切圖，開(kāi)挖坡比在建議剝離厚度底界以下采用1∶0.5，以上采用1∶0.75放坡，剔除F19斷層影響帶，考慮地表覆蓋層的厚度約10 m。計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 優(yōu)化方案開(kāi)采規(guī)劃分層特性表

由表2可知，經(jīng)過(guò)復(fù)核計(jì)算，隔界箐料場(chǎng)的可采儲(chǔ)量約為383.49×104m3，可滿足設(shè)計(jì)需要量321.05×104m3，但達(dá)不到規(guī)劃開(kāi)采量的要求。從工程安全角度出發(fā)，需考慮備用料場(chǎng)。

經(jīng)勘查，距普西橋水電站壩址公路里程約10 km，進(jìn)場(chǎng)公路左岸一段山脊可作為備用料場(chǎng)。公路料場(chǎng)出露巖性較均一，為長(zhǎng)石石英砂巖、粉砂巖、鈣質(zhì)砂巖、砂質(zhì)灰?guī)r，沿公路料場(chǎng)基巖出露范圍長(zhǎng)約300 m，向內(nèi)延伸寬度約40 m，高約50 m，初步估算可用料約60×104m3，料源質(zhì)量滿足堆石壩填筑料需求。若考慮備用料場(chǎng)的儲(chǔ)量，料場(chǎng)的開(kāi)采儲(chǔ)量約為443.49×104m3，可以達(dá)到規(guī)劃開(kāi)采量要求，為設(shè)計(jì)需要量的1.38倍。

4.4 優(yōu)化效果

調(diào)整開(kāi)采方案后，隨著隔界箐料場(chǎng)開(kāi)采高程不斷下降，巖石越趨新鮮完整，采區(qū)內(nèi)未出現(xiàn)軟弱夾層等大范圍不良地質(zhì)條件。

結(jié)合大壩填筑強(qiáng)度和工期，普西橋水電站制定了土石方調(diào)配計(jì)劃。根據(jù)壩體各料區(qū)技術(shù)指標(biāo)不同，通過(guò)級(jí)配料爆破試驗(yàn)，確定最優(yōu)爆破參數(shù)，盡可能利用開(kāi)采料直接上壩，減少中轉(zhuǎn)堆存，減少二次加工等各項(xiàng)損耗。并且在施工過(guò)程中，多次結(jié)合填筑實(shí)際核算料場(chǎng)剩余儲(chǔ)量和大壩剩余填筑量[4]，對(duì)邊坡適時(shí)調(diào)整放緩。通過(guò)采取加強(qiáng)料物管理、減少各項(xiàng)損耗等施工控制措施，有效提高了有用料的利用率。至大壩填筑完畢，普西橋水電站并未啟動(dòng)備用料場(chǎng)，優(yōu)化效果明顯。

5 結(jié) 語(yǔ)

料場(chǎng)準(zhǔn)確詳實(shí)的開(kāi)采規(guī)劃是堆石壩填筑施工取得成功的關(guān)鍵。普西橋水電站在大壩填筑伊始就面臨料源變化，結(jié)合料場(chǎng)已開(kāi)挖地形和征地紅線，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，保證了施工的連續(xù)性。在優(yōu)化方案實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)采取加強(qiáng)料物管理、減少各項(xiàng)損耗等施工控制措施，有效提高了有用料的利用率。隔界箐料場(chǎng)在滿足質(zhì)量要求的前提下，保證了大壩填筑供應(yīng)強(qiáng)度，降低了料場(chǎng)因高開(kāi)口帶來(lái)的施工難度和支護(hù)成本，并且最終未啟用規(guī)劃備用料場(chǎng)，投資、進(jìn)度、環(huán)保等綜合效益顯著。