復(fù)雜地質(zhì)條件下料源選擇及料場(chǎng)敏感度分析

于 淼，劉成浩，周 鑫，劉 暢

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

1 料源選擇特點(diǎn)

料源選擇應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)對(duì)各種天然填筑材料的數(shù)量、質(zhì)量及供應(yīng)強(qiáng)度要求，在地質(zhì)勘察和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)料源的分布、儲(chǔ)量、質(zhì)量及開采運(yùn)輸條件的綜合分析和物料平衡規(guī)劃，按優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、就近取材等基本原則，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定，同時(shí)應(yīng)優(yōu)先利用工程開挖料[1]。

可利用開挖料可作為大壩填筑料、混凝土骨料及其他填筑料使用。其中混凝土骨料和土石壩的主堆石料、墊層料、干砌石護(hù)坡料等對(duì)材料要求較高，作料源選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)先對(duì)這部分材料進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，盡量減少石料場(chǎng)開采量和棄渣量。進(jìn)而減少料場(chǎng)和渣場(chǎng)規(guī)模，減少占地面積。料源地質(zhì)條件單一時(shí)，料源去向明確清晰。但料源地質(zhì)條件往往較復(fù)雜，節(jié)理裂隙及軟弱夾層的存在將會(huì)影響料源質(zhì)量。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，該部分開挖料可能只能運(yùn)入棄渣場(chǎng)，將導(dǎo)致料場(chǎng)開采量增大以及棄渣場(chǎng)容量增大，增加投資。如金安橋工程土石方開挖總量約為1443 萬m3，石方洞挖147 萬m3，實(shí)際只利用了約7 萬m3，造成巨大的浪費(fèi)。通過合理的施工組織設(shè)計(jì)及采用新工藝新方法，可以對(duì)軟弱夾層料進(jìn)行有效地剝離，減少開挖料摻混，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)開挖料利用的最大化。但是，由于地質(zhì)勘察的精度問題，且施工單位施工水平參差不齊，可能導(dǎo)致實(shí)際開采可利用量比設(shè)計(jì)可利用量少的情況，因此在作料源選擇及料場(chǎng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)對(duì)料源進(jìn)行敏感度分析，保證工程料源充足。

2 料源選擇分析方法

復(fù)雜地質(zhì)條件下料源選擇應(yīng)進(jìn)行以下工作：

1）在地質(zhì)勘察時(shí)提高勘察精度，根據(jù)實(shí)際情況加密勘察斷面。

2）作區(qū)域劃分，根據(jù)物理力學(xué)等參數(shù)劃分開挖料類別，明確可利用量與夾層的界限。

3）細(xì)化施工組織設(shè)計(jì)，根據(jù)不同區(qū)域特點(diǎn)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)開采方法與工藝。

4）進(jìn)行分區(qū)分塊統(tǒng)計(jì)可利用量。

2.1 地質(zhì)勘察

某抽水蓄能電站上水庫庫盆，根據(jù)地形地貌、地層巖性及巖層走向與邊坡夾角等，將上水庫庫內(nèi)開挖料場(chǎng)分4個(gè)區(qū)。

通過地質(zhì)勘察分析，覆蓋層物質(zhì)組成為崩坡積碎石混合土和塊石，厚度一般小于3 m，基巖中石英砂巖、砂屑灰?guī)r為硬質(zhì)巖，其余為軟質(zhì)巖，硬質(zhì)巖與軟質(zhì)巖交互，成層狀，硬質(zhì)巖厚度均大于20 m。根據(jù)物理力學(xué)性質(zhì)將開挖料分為4 種：

1）巖性界限至地面線范圍內(nèi)為覆蓋層。

2）強(qiáng)風(fēng)化下限以下0.3 m 至巖性界限范圍內(nèi)為強(qiáng)風(fēng)化。

3）斷層及斷層兩側(cè)0.5 m 范圍內(nèi)開挖料和互層料為軟硬巖互層料、硬質(zhì)巖中互層料。

4）其余開挖料為硬質(zhì)巖料。

2.2 施工組織設(shè)計(jì)

根據(jù)開挖料的不同性質(zhì)，采用不同開挖方法。覆蓋層使用挖掘機(jī)和推土機(jī)剝離，強(qiáng)風(fēng)化及弱微風(fēng)化料采用鉆孔微差擠壓爆破法。通過鉆孔微差擠壓爆破控制爆破梯段高度與寬度，分離硬質(zhì)巖料和互層料。由于硬質(zhì)巖厚度均大于20 m，所以設(shè)計(jì)爆破臺(tái)階寬5 m，高10 m，開挖坡度1.0∶0.5。在地質(zhì)斷面上分塊繪制出可利用硬巖區(qū)域（圖略）。統(tǒng)計(jì)區(qū)域面積后乘以斷面間距可計(jì)算可利用硬巖量。計(jì)算硬巖量見表1。

表1 硬質(zhì)巖及互層料統(tǒng)計(jì)表

上水庫砂巖總開挖量約為251.23 萬m3，可利用量144.41 萬m3，利用率約為58%。

2.3 料場(chǎng)敏感度分析

由于勘察成果與實(shí)際地質(zhì)條件存在誤差，且水電工程開挖普遍采用分包，分包施工單位施工水平參差不齊，難以保證開挖能嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，混料現(xiàn)象比較普遍，進(jìn)而造成可利用料數(shù)量減少。因此，在料場(chǎng)規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮上水庫庫盆開挖料可利用量可能發(fā)生變化帶來的影響，應(yīng)就上水庫庫盆開挖硬巖利用率的變化，對(duì)料場(chǎng)規(guī)劃開采量的備用系數(shù)作敏感性分析，保證石料的可靠度。通過分區(qū)分塊計(jì)算上水庫硬巖料可利用率約為58%，應(yīng)分別對(duì)利用率為50%，40%，30%，20%，10%及0%時(shí)，對(duì)應(yīng)的石料場(chǎng)備用系數(shù)是否滿足要求進(jìn)行分析。分析結(jié)果見表2。

根據(jù)表2 分析結(jié)果可知，當(dāng)上水庫庫盆開挖料硬巖利用率大于32%時(shí)，開挖至規(guī)劃底高程911 m時(shí)，程家山料場(chǎng)規(guī)劃開采量備用系數(shù)不小于1.25，滿足DL/T5397-2007《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，規(guī)劃需要量滿足設(shè)計(jì)需要量的1.25～1.50 倍[1]選取的要求。當(dāng)上水庫庫盆開挖料硬巖利用率小于32%時(shí)，開挖至規(guī)劃底高程911 m 時(shí)，程家山料場(chǎng)規(guī)劃開采量備用系數(shù)小于1.25，不能滿足DL/T5397-2007《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。在保證料場(chǎng)規(guī)劃開采面積不變的前提下，再向下臥18 m，開挖至底高程893 m處，規(guī)劃開采量為432.69 萬m3，則即使上水庫庫盆開挖硬巖利用率為0%時(shí)，程家山料場(chǎng)開采量備用系數(shù)也不小于1.25，滿足DL/T5397-2007《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

表2 料場(chǎng)開采量敏感性分析表

3 結(jié)語

通過提高工程地質(zhì)勘察精度，制定合理施工組織設(shè)計(jì)方案，對(duì)料源采用分區(qū)分塊法，可以較精準(zhǔn)地估算出可利用料數(shù)量。就開挖利用率的變化，對(duì)料場(chǎng)規(guī)劃開采量的備用系數(shù)作敏感性分析，保證料場(chǎng)備用系數(shù)滿足規(guī)范要求，不滿足時(shí)，提出合理的備用方案，使現(xiàn)有規(guī)劃料場(chǎng)范圍可開采量的備用系數(shù)滿足規(guī)范需要。通過分區(qū)分塊法與料場(chǎng)敏感性分析相結(jié)合的方法，可以得到較優(yōu)的料場(chǎng)設(shè)計(jì)方案。