三維設(shè)計(jì)在兩河口水電站石料場開采中的應(yīng)用

王 勇,吳章雷,方 程,黃紅軍

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.中國水利水電第十工程局有限公司基礎(chǔ)工程分局，四川 成都 611830)

三維設(shè)計(jì)在兩河口水電站石料場開采中的應(yīng)用

王 勇1,吳章雷1,方 程1,黃紅軍2

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.中國水利水電第十工程局有限公司基礎(chǔ)工程分局，四川 成都 611830)

兩河口水電站為壩高295 m的礫石土心墻堆石壩，大壩所需堆石總量大。電站地處砂、板巖地區(qū)，砂、板巖為互層狀分布，且各自強(qiáng)度差異大，同時(shí)板巖具有明顯的各向異性。由于兩河口石料場砂、板巖有上述的特點(diǎn)，施工期分區(qū)開采利用、現(xiàn)場管理難度均較大。為解決該石料場開采中存在的一系列問題，需要進(jìn)行全新的三維設(shè)計(jì)。本文即通過GeoSmart軟件進(jìn)行了石料場的三維建模，模型中融合了料場的原始勘探信息、施工期分區(qū)開采填筑信息、有用料鑒定信息，并在開采期間實(shí)現(xiàn)了部分信息的動態(tài)更新，直觀準(zhǔn)確地反映了剝離料和有用料的儲量關(guān)系、開采和填筑的關(guān)系、石料優(yōu)化利用信息。

水電站;三維設(shè)計(jì);石料場;開采;有用料;剝離料;GeoSmart軟件

0 前 言

兩河口水電站位于雅礱江中游，為流域“龍頭”水庫，電站壩高295 m，為礫石土心墻堆石壩。壩體需堆石料、反濾料、過渡料共計(jì)約3 000萬m3。前期大壩填筑的料源主要來源于兩河口石料場。

兩河口石料場為壩址上游雅礱江與鮮水河匯合處一單薄的山脊，距壩址約2 km。料場三面臨空，開采條件好。出露地層為三疊系下統(tǒng)兩河口組砂、板巖，出露地層為T3lh1(1)、T3lh1(2)-①、T3lh1(2)-②層。T3lh1(1)層又分為兩個(gè)亞層：上部以板巖為主，下部以砂巖為主。T3lh1(2)-①層以砂巖為主，夾薄層狀的板巖，板巖以擠壓帶形式出現(xiàn)，T3lh1(2)-②為變質(zhì)粉砂巖，巖層產(chǎn)狀N70°W/SW∠75°。室內(nèi)強(qiáng)度試驗(yàn)表明兩河口石料場弱下風(fēng)化～微新砂巖強(qiáng)度相對較高，可達(dá)45 MPa以上，粉砂質(zhì)板巖強(qiáng)度可達(dá)35 MPa以上。各階段完成了5個(gè)鉆孔，12個(gè)平硐。鑒于兩河口石料場較為復(fù)雜，且為“軟、硬”相間的砂、板巖地層。各層砂、板巖的空間分布連續(xù)性差，風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈、不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，因此對該料場進(jìn)行GeoSmart三維建模，模型的建立便于直觀了解各類有用料、剝離料分布情況，便于指導(dǎo)料場開采利用(見圖1)。

1 三維設(shè)計(jì)在開采中的應(yīng)用

1.1 準(zhǔn)確地反映剝離料、有用料的儲量

圖1 兩河口石料場GeoSmart三維地質(zhì)模型

可研階段的勘探、試驗(yàn)表明兩河口石料場滿足大壩填筑所需的堆石料均來自于弱下風(fēng)化、弱卸荷～微新的砂、板巖，料場需要剝離弱上風(fēng)化、強(qiáng)卸荷砂板巖、傾倒變形巖體以及覆蓋層(見圖2、3)。通過三維設(shè)計(jì)不僅能夠較準(zhǔn)確地反映剝離料及有用料的分布情況，還能較精確地統(tǒng)計(jì)有用料及剝離料的儲量，通過三維設(shè)計(jì)還可以按地層巖性分層及分高程統(tǒng)計(jì)料的儲量。兩河口石料場各層的分布高程及儲量見表1。三維計(jì)算表明：兩河口石料場剝離總量為1 289萬m3，有用層儲量為2 363萬m3，滿足大壩2 775 m高程以下堆石填筑量的要求。

通過三維統(tǒng)計(jì)計(jì)算儲量后，又通過平行斷面法進(jìn)行了儲量復(fù)核，復(fù)核表明兩者數(shù)量上差距小于3%，平行斷面法計(jì)算儲量略小于三維統(tǒng)計(jì)數(shù)值。差距產(chǎn)生的原因和平行斷面法剖面間距有關(guān)，且斷面不可能做到無限制的剖分，從而導(dǎo)致計(jì)算剖面以外的部分邊角未納入總量。通過對比分析，GeoSmart軟件進(jìn)行石料場的三維統(tǒng)計(jì)其計(jì)算成果是準(zhǔn)確可信的。

圖2 兩河口石料場剝離巖體、開采利用料(弱下、微新巖體)模型

圖3 兩河口石料場依據(jù)不同風(fēng)化卸荷、砂板地層建立的模型

地層巖性描述總量/萬m3剝離量/萬m3有用量/萬m3分布高程/mT3lh1(1)-①變質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)板巖254．92102．21152．712770～2650T3lh1(1)-②粉砂質(zhì)板巖夾條帶砂巖2917．62913．802003．822880～2650T3lh1(2)-①變質(zhì)砂巖條帶369．59198．89170．702740～2650T3lh1(2)-②變質(zhì)砂巖夾粉砂質(zhì)板巖109．9574．1135．842740～2650儲量合計(jì) 3652．081289．012363．07

1.2 建立有用料料源和壩體分區(qū)的對應(yīng)關(guān)系

兩河口大壩分區(qū)復(fù)雜，壩體需堆石體量大。大壩設(shè)有三個(gè)分區(qū)：堆石1區(qū)設(shè)于壩體外側(cè)，上游2 580 m以上，下游設(shè)于壩體外側(cè)2 630 m以下、2 630 m以上壩體外側(cè)；堆石2區(qū)設(shè)于壩體內(nèi)部上游2 658 m高程以上；堆石3區(qū)設(shè)于壩體下游2 630 m高程以上壩體內(nèi)部(見圖4)。

壩體三個(gè)分區(qū)可利用的料源不盡相同：堆石1區(qū)料以利用微新～弱下風(fēng)化的砂巖、微新的板巖，堆石2、3區(qū)料均利用弱下風(fēng)化～微新的板巖(見圖5、6)。

圖4 大壩分區(qū)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意

圖5 大壩分區(qū)和料源對應(yīng)示意

圖6 料場三維斷面料源對應(yīng)分區(qū)情況

我們在三維設(shè)計(jì)時(shí)按照料源的不同種類分別建立模型，便于后期的分區(qū)開采利用。

1.3 現(xiàn)場快速動態(tài)調(diào)整和更新

1.3.1 三維地形面及時(shí)在模型中更新

施工期設(shè)計(jì)人員定期將測量地形輸入至模型，并生成三維地形面[2-3]。實(shí)時(shí)對比開挖地形和原地形面之間的關(guān)系，風(fēng)化、卸荷面和開挖地形面的關(guān)系，從而直觀了解開挖剝離到位的范圍(見圖7)。

1.3.2 有用料開采利用信息在模型中反饋

開挖期定期開展有用料的現(xiàn)場界定工作，并將現(xiàn)場界定的有用料邊界及時(shí)反饋至模型中[4]，并和前期勘探揭示的有用料邊界作對比(見圖8)。實(shí)時(shí)掌握有用料利用情況的變化，如受前期勘探精度影響部分原認(rèn)為剝離料的部分，但現(xiàn)場開挖揭示和試驗(yàn)成果反饋該部分料仍可作為有用料。以11月份有用料現(xiàn)場鑒定為例：原認(rèn)為石料場山脊部位是弱上風(fēng)化、強(qiáng)卸荷砂巖需要剝離，但實(shí)際判斷可作為有用料需加以利用。上述開挖優(yōu)化利用信息均導(dǎo)入了三維模型中，為后續(xù)實(shí)際料源開采利用統(tǒng)計(jì)提供了信息。

圖7 石料場7～10月開挖剝離到位的情況

1.3.3 分階段開展有用料利用情況復(fù)核

利用GeoSmart軟件可對有用料利用情況進(jìn)行三維統(tǒng)計(jì)并和可研階段有用料進(jìn)行對比，實(shí)時(shí)掌握有用料優(yōu)化利用情況(見圖9)，截至2016年11月，工程已優(yōu)化利用剝離料約6萬m3，從而達(dá)到節(jié)省工程投資，為施工方配置開挖爆破、運(yùn)輸資源提供指導(dǎo)。

圖8 料場實(shí)際開采邊界和前期對比情況

圖9 兩河口石料場階段性有用料利用和前期對比

2 結(jié) 論

兩河口石料場地處砂、板巖地層中，砂、板巖石強(qiáng)度差異大。兩河口大壩填筑堆石需求量大，壩體分區(qū)復(fù)雜，利用GeoSmart軟件進(jìn)行的料場三維設(shè)計(jì)，直觀地了解各分區(qū)填筑料情況，形象地解決了復(fù)雜性石料料源開采利用的問題。施工中對有用料鑒定在模型中反饋，加強(qiáng)了有用料現(xiàn)場管理，對有用料料源的優(yōu)化利用發(fā)揮了較大的作用。

[1] 曾聯(lián)明,等.四川省雅礱江兩河口水電站可行性研究報(bào)告：工程地質(zhì)[R].中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，2013.

[2] 李明超,繆正建,劉菲,王剛.復(fù)雜地質(zhì)曲面三維插值-逼近擬合構(gòu)造方法[J].中國工程科學(xué),2011,13(12):103-107.

[3] 王剛,李明超,周四寶.水利水電工程多源地質(zhì)數(shù)據(jù)集成處理與分析[J].水利水電科技進(jìn)展, 2015, 35(2):73-76.

2017-01-16

王勇(1979-)，男，江蘇南通人，高級工程師，從事水電工程勘測設(shè)計(jì)工作。

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