龙背湾水电站面板堆石坝坝料开采与质量控制

2015-08-15冯江江

陕西水利 2015年1期

冯江江

（中国水电建设集团十五工程局有限公司陕西西安 710065）

1 工程概况

龙背湾水电站工程位于湖北省竹山县堵河支流官渡河上，工程规模属大（2）型，工程等别为二等。主要建筑物大坝为一级建筑物，其它永久建筑物如溢洪道、引水系统和电站厂房均为二级建筑物。水库正常蓄水位520.0m，水库最大库容8.3亿m3，电站总装机2×90MW，电站设计引用流量170.6m3/s。

龙背湾水电站大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高158.3m,坝顶长度 465m，坝顶宽 10m，大坝上游坡为 1∶1.4，下游综合坡度1∶1.44，坝体标准剖面从上游至下游依次为混凝土防渗面板、垫层料区、过渡料区、主堆石区、次堆石区、下游干砌石护坡及坝后堆石棱体区。

坝体总填筑量约 700万 m3，其中40万m3为溢洪道开挖出的弱风化砂岩，60万m3为河床砂砾料场的天然砂砾料，主堆石料为500万m3，过渡料为46万m3，垫层料约17万m3，盖重料约28万m3。

2 料场概况及料场开采

2.1 料场工程地质条件

主堆石料场主要有R3、R4两个料场，R3料场位于坝址上游右岸支流马厂河右岸，地形为陡坡山地，沟谷狭窄。料场岩体大致呈东西走向，岩层倾向南方。地层为寒武系下统石龙硐组（∈1s1）灰色中～厚层白云岩、花斑状白云岩、寒武系下统天河板组（∈1t）灰色薄层状泥质条带灰岩、豆状灰岩。料场基岩裸露，山坡上零星有少量风化残积的碎石粘土，厚度小于1m，强风化层厚度3m。

R4料场位于坝址上游右岸支流马厂河左岸，距上坝交通洞进口直线距离800m，分布高程为425m～700m，地形上属陡坡山地。地层为寒武系下统天河板组（∈1t）和石龙硐组（∈1sl）。

料场岩层裸露，山坡上只有零星风化残积的碎石粘土，厚度小于1m，强风化层平均厚度3m，硬质岩层间总计夹有三层厚3.7m的钙质页岩。岩块进行了强度试验，新鲜岩石的干、湿强度均大于50MPa，满足工程要求。设计剥采比为1∶8。

2.2 料场开采后揭露地质情况

R3料场第二次爆破揭露的地质情况与第一次硐室爆破（试验炮）揭露的地质情况发生了较大变化，第二次硐室爆破揭露面显示料场存在着两条大的夹泥带，宽度分别为15m～20m左右，无用料增加。

R4料场开采过程中发现在EL475～EL485中贯穿料场的强风化夹土层，造成无用料及污染合理料增加。

从实际施工过程中石料开挖岩层揭露的情况发现，料场地质条件比较复杂：地质断层和溶蚀裂隙发育宽度较宽，岩层中夹泥层多且无明显规律；此外，受构造影响，岩体顺层面和节理面均有溶蚀现象，且发育程度无规律；合格料和不合格料大面积混杂分布，石料开采爆破后需分选挖装，开采挖装效率低，不合格料非常多，大大增加了石料开采生产成本。

2.3 料场开采

料场岩性主要以灰色厚层条带灰岩和灰色厚层白云岩。灰岩石饱和抗压强度64.5MPa～122MPa，灰岩软化系数大于0.87。料场前期已进行了覆盖层和强风化层剥离。

由于料场受地形限制，经多方论证，采取硐室爆破开采为主，梯段爆破为辅。

为解决高峰期上坝供料需求,结合料场实际复杂地形，项目于2011年11月8日在料场进行了生产性硐室爆破试验，设计爆破总方量约11万m3，设计装药量65.3t，炸药单耗约为0.6kg/m3。

2.3.1 爆破方案

经论证后，坝料开采采用了松动条形药包硐室爆破方案，其理由为：试验区为单独山脊，考虑到地形条件受限，条形药包爆破具有能量分布均衡、能量利用率高、岩石破碎均匀、松动效果良好等特点。

根据料场的实际地形、地质条件，参考类似工程经验，爆破设计在合理的W/H比值范围内，根据深孔爆破“小抵抗线，宽孔距”，尽量减小抵抗线值，采用毫秒微差控制爆破进行施工。

2.3.2 爆破参数及爆破效果

（1）爆破参数

料场爆破试验采用单排三层条形药室，下层药室设计高程460m、中层和上层药室定于478m和498m，药室水平布置，各药室底部高程低于中心高程50cm，导洞与药室平面呈“干”字形。主导洞断面尺寸为1.7m×1.1m（高×宽），药室断面尺寸为1.7m×1.2m（高×宽）；设计最小抵抗线为17.22m～20.59m；W/H=0.5～0.6；炸药单耗为 0.41kg/m3；设计分成6个段发起爆。导洞掘进长度计216m，堵塞长度为87.65m，本次试爆最大齐发药量12.81t。

（2）爆破效果

料场硐室爆破试验完成后，从现场爆堆表面情况看，除断层带及山脊顶部有部分超径大块石外，其余破碎效果良好。由于设计装药量偏大，硐室周围爆破料较为破碎，石粉含量高，经现场估算大块石总方量约为2500m3，占总爆破方量的1.6%。爆破后对爆堆内部进行颗分取样试验，取样总量为8698kg，试验结果如下：大于800mm以上大块石重量为379kg，大块石含量为4.4%。在与表层大块石率相加后，料场硐室爆破大块率为6%。

由于硐室爆破装药量较大，为了确保爆破地点附近人员、机械和建筑物及周围环境的安全，项目评估了爆破产生的各种危害并由此确定了爆破时的安全距离。爆破前对距料场600m内的所有人员全部撤出，并请专业测振专家对交通洞进行了爆破振动监测，测得洞口处最大振速4.5cm/s，隧道内距离洞口50m处最大振速2.2cm/s。垂直方向沿交通洞轴线呈指数衰减，距洞口50m处为指数衰减折点，质点最大振速4.5cm/s，该处振动频率21Hz。爆破符合振动控制标准情况。

2.3.3 硐室爆破料使用情况

料场的硐室爆破料全部用于大坝的主堆石填筑。爆破完成后，试验室对料场的硐室爆破料进行了碾压试验，试验场地选在河床平坦砂石层上。试验对主堆石料进行三组铺料厚度测试，铺料厚度分别为600mm、800mm、1000mm，碾压设备采用26t自行式振动碾进行碾压，碾压参数分6遍和8遍两种。试验时通过沉降测量和挖坑注水检验，测得主堆石区平均的干密度为2.09g/cm3，平均孔隙率为17.8%，颗分粒径曲线在设计包络曲线范围内，符合堆石区设计要求。

通过硐室爆破试验炮提供的各项爆破参数，项目截止目前已成功实施6次硐室爆破，爆破工程量约300万m3，效果良好。