阿爾塔什水利樞紐爆破料源選擇及開采規(guī)劃

齊江鵬

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐是葉爾羌河流域內(nèi)最大的控制性山區(qū)水庫工程，工程任務(wù)是在保證向塔里木河干流生態(tài)供水的前提下，以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電等綜合利用。阿爾塔什水利樞紐水庫總庫容22.45億 m3，最大壩高 164.8m，電站總裝機容量730MW，為大（1）型Ⅰ等工程。主要建筑物包括攔河壩、1#和2#表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#和2#深孔放空排沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房等。

本工程擋水建筑物為混凝土面板砂礫石堆石壩，總填筑量為2501.28萬m3，其中爆破料填筑1061.01萬m3。設(shè)計要求壩體爆破料Dmax≤800mm，設(shè)計孔隙率取n≤19%，內(nèi)摩擦角＞40°，干容重γd＝21kN/m3～23kN/m3。本文主要針對壩體爆破料來源及開采規(guī)劃進(jìn)行分析。

2 料源概況

根據(jù)可行性研究階段審查意見及規(guī)范要求，本階段共勘查了三個爆破塊石料場P1、P2、P3，并對建筑物石方開挖料進(jìn)行了試驗分析。各料源概況如下：

2.1 P1爆破塊石料場

該料場位于壩址上游左岸約1.7km～2.5km處，料場地形呈NNW向的基巖山梁，巖性為中下石炭統(tǒng)的中厚層灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，巖石中硬～堅硬，巖層產(chǎn)狀330°～350°SW∠71°，巖體單層厚0.2m～0.5m，無大斷層分布，裂隙發(fā)育，巖體完整性差，開挖料塊徑小于30cm。強風(fēng)化層厚1.0m～1.5m，弱風(fēng)化層可用作筑壩塊石料。

2.2 P2爆破塊石料場

該料場位于壩址下游右岸1號和3號沖溝之間，距壩址約0.8km～1.6km，地形呈NW向展布的基巖山梁，長約700m，寬250m～340m，巖性為中下石炭統(tǒng)的薄層灰?guī)r，巖石中硬，巖層產(chǎn)狀310°～320° SW∠66°，巖體單層厚 0.1m～0.3m，無大斷層分布，裂隙發(fā)育，巖體完整性差，開挖料塊徑小于30cm。弱風(fēng)化層可用作筑壩塊石料。

2.3 P3爆破塊石料場

該料場位于壩址下游左岸4.5km～5.0km處，地形為近EW向的河谷岸坡，山頂高程1993m，坡面基巖裸露，巖性為中下石炭統(tǒng)的薄層灰?guī)r，巖石中硬，巖層產(chǎn)狀350°～360°SW∠48°～55°，巖體單層厚0.2m～0.3m，無大斷層分布，裂隙發(fā)育，巖體完整性差，開挖料塊徑小于30cm。弱風(fēng)化層可用作筑壩塊石料。

爆破塊石料場試驗指標(biāo)見表1。

3 壩體爆破料料源選擇

3.1 石方開挖料平衡計算

本工程石方開挖總量較大，石方明挖272.19萬 m3、石方洞挖 202.87萬 m3。壩體爆破料盡量采用建筑物石方開挖料，部分建筑物開挖料可直接利用，以減少二次倒運。開挖料中含部分不可利用量，如土巖分界線混合料、石方開挖中強風(fēng)化層、石方洞挖中強度過低的夾泥層、施工過程被污染料等。扣除不可利用量后，開挖料開采、運輸、堆存、倒運均有不同程度損耗，其中裝車、運輸損耗為3%，儲存的損耗為3%，各建筑物開挖料可利用數(shù)量分析見表2。

根據(jù)各建筑物施工進(jìn)度安排、開挖料可利用量、施工總布置情況及對石方開挖料流向分析（表2）可知，石方明挖及洞挖料中約368.91萬m3（壓實方）用于壩體爆破料填筑，剩余爆破料由料場提供。

3.2 料場選擇

根據(jù)爆破料場地形地質(zhì)、開采分區(qū)布置及交通運輸綜合分析，P1、P2及P3料場料質(zhì)均滿足大壩堆石區(qū)填筑要求。P1料場運距近，爆破開挖塊徑相對較大，從料場地形、開采作業(yè)面、運輸條件等方面分析P1單獨供應(yīng)不滿足大壩爆破料設(shè)計要求。P2料場運距最近，且為下游料場、開采運輸較方面無干擾、儲量及可開采量均滿足大壩爆破料設(shè)計要求，即P2料場可單獨作為料源進(jìn)行大壩爆破料的供應(yīng)。P3料場運距較遠(yuǎn)，開采困難且與進(jìn)場道路、輸變電線路安全存在干擾，綜合分析P3作為備用料場。

結(jié)合以上分析針對P1、P2料場供應(yīng)大壩爆破料，擬定二個方案進(jìn)行比選，方案一由P2料場單獨供料；方案二由P1料場及P2料場聯(lián)合供料，方案對比分析見表3。

表1 塊石料試驗指標(biāo)與質(zhì)量指標(biāo)對比表

表2 建筑物開挖料可利用量分析表 單位：萬m3

表3 爆破料場選擇方案對比表

由表3從爆破料場地形、地質(zhì)、開采運輸及經(jīng)濟指標(biāo)等分析，方案一相比方案二投資相差不大，根據(jù)施工總工期、壩體分區(qū)填筑規(guī)劃、壩體填筑曲線綜合分析可得，爆破料填筑高峰期發(fā)生在爆破料填筑區(qū)第Ⅱ、Ⅲ期（高程1675m～1685m及高程1700m～1725m），經(jīng)分析高峰期時段大壩爆破料填筑需料場同時開采4個工作面來供應(yīng)。如采用方案一在大壩爆破料填筑高峰期高程1675m～1685m和高程1700m～1725m時，P2爆破料場此時分別開采至高程1840m、1780m平臺均無法同時提供4個工作面供料，即達(dá)不到施工高峰強度要求。由于本工程填筑量大、施工高峰強度高、上壩交通運輸及結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，為確保滿足大壩填筑強度及料源儲量，選定方案二為大壩爆破料供應(yīng)來源。

4 料場規(guī)劃

4.1 開采規(guī)劃原則

爆破料場開采規(guī)劃的基本原則為：料場規(guī)劃必須滿足大壩填筑的高峰強度；充分利用建筑物的開挖料，力求挖填平衡；優(yōu)先選用距壩址較近、采運條件較好、覆蓋層剝離量小、施工干擾小的料場；盡可能做到高料高用，低料低用，上游料場用于上游壩體、下游料場用于下游壩體，盡量避免和壩體交叉運輸；規(guī)劃料場的實際可開采總量，應(yīng)考慮料場的調(diào)查勘探精度、料物天然容重與壩面壓實容重的差值以及料場開采、加工、運輸?shù)雀鞣N損失量。

4.2 爆破料場開采規(guī)劃

根據(jù)大壩爆破料填筑時間、空間及填筑方量對P1及P2爆破料場進(jìn)行初步規(guī)劃。

4.2.1 P1爆破料場

P1爆破料場地形陡峭，開采道路布置困難。結(jié)合P1料場地形條件，開采道路沿4#沖溝下游側(cè)布置道路爬升至1861.33m高程后，自上而下，分臺階進(jìn)行料場開采。每層臺階高度為10m，坡度1∶0.5，預(yù)留2m寬的馬道，每層臺階寬度大于50m，最多分三層臺階同時施工。開采階段的場內(nèi)施工道路主要為上下梯段間的連接道路，平臺之間利用開挖石渣墊成斜坡道路作為交通通道。開采道路長約1.5km，道路寬9.0m，起止高程1730m～1861.33m，綜合縱坡為9.2%。

4.2.2 P2爆破料場

P2料場Ⅰ區(qū)：位于1#、3#沖溝之間，開采條件相對較好。開采道路分別在1#、3#沖溝內(nèi)布置，其中位于3#沖溝的開采道路可爬至料場前沿高程1891.91m，位于1#沖溝內(nèi)的開采道路可爬至高程1831m。開采順序：自高而底，分臺階開挖。每層臺階高度為10m，坡度1∶0.5，預(yù)留2m寬的馬道，臺階寬度不小于50m，長度在80m～100m，最多分三層臺階同時施工，每個臺階平面上分2個～3個作業(yè)面。開采階段的場內(nèi)施工道路主要為上下平臺間的連接道路，平臺之間利用開挖石渣墊成斜坡道路作為交通通道。

P2料場Ⅱ區(qū)：位于阿爾塔什水利樞紐永久過河大橋右岸下游側(cè)，該區(qū)呈東西長條布置。可在阿爾塔什永久跨河大橋右岸下游修建一條開采道路爬至該料場高程1890m。開采順序：自高而底，分臺階開挖。每層臺階高度為10m，坡度1∶0.5，預(yù)留2m寬的馬道，每個工作面沿臺階長度方向原則上為大于50m，最多分三層臺階同時施工。開采階段的場內(nèi)施工道路主要為上下梯段間的連接道路，平臺之間利用開挖石渣墊成斜坡道路作為交通通道。

5 料場開采

5.1 開采方式選擇

目前國內(nèi)開采爆破料場的主要爆破技術(shù)為洞室爆破和深孔梯段爆破。因深孔梯段爆破施工準(zhǔn)備期短，爆破后塊石質(zhì)量好，施工效率高，施工成本低；同時考慮到本工程料場位置及施工工期，本工程爆破料場開采方式選定為深孔梯段爆破。計劃毛料采用深孔梯段爆破法開采，邊坡采用預(yù)裂爆破法開挖。

5.2 梯段爆破設(shè)計

根據(jù)國內(nèi)外爆破料場開采工程類比分析，結(jié)合本工程料場的巖層物理力學(xué)性質(zhì)，毛料開采的炸藥單耗為0.4kg/m3～0.5kg/m3。初定各項爆破參數(shù)如下：鉆孔直徑采用φ100mm，CM351型鉆機孔排距為a×b=3.11m×3.11m，本工程在大壩爆破料填筑高峰期段，每個工作面一次爆破布置3排炮孔，一排布置12個炮孔，布孔方式采用矩形或梅花型，鉆孔角度一般為75°（可根據(jù)地形需要進(jìn)行角度調(diào)整）。裝藥采用銨梯炸藥，φ80藥卷，鉆孔超深按1.2m～3.0m計算，標(biāo)準(zhǔn)孔深為11.2m～3.0m，堵塞長度為3.3m。

爆破網(wǎng)絡(luò)采用非電導(dǎo)爆管——導(dǎo)爆索網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用排間微差同段起爆方式。導(dǎo)爆索直接下至孔底作為起爆體，炮孔間用導(dǎo)爆索連接（常用10ms～30ms），段間采用MS-2非電雷管接力或者采用MS-1～MS-10非電雷管控制起爆順序和時差。

6 結(jié)論與建議

（1）阿爾塔什水利樞紐石方開挖數(shù)量大，施工用時長，強度高，根據(jù)料場規(guī)劃、開采布置及土石方平衡計算結(jié)果，目前已勘探的爆破料場儲量和質(zhì)量能夠滿足工程的需要。

（2）阿爾塔什水利樞紐爆破料施工高峰期月均上壩強度為 44.99萬 m3，P1、P2爆破料場地形陡峭，受交通條件限制，理論可開采量781萬m3，而P1、P2爆破料場均為中厚層式薄層結(jié)構(gòu)，建議通過料場爆破試驗進(jìn)一步論證P1、P2爆破料場可開采量。陜西水利