復雜地質條件下料源選擇及料場敏感度分析

于 淼，劉成浩，周 鑫，劉 暢

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

1 料源選擇特點

料源選擇應根據工程建設對各種天然填筑材料的數量、質量及供應強度要求，在地質勘察和試驗的基礎上，通過對料源的分布、儲量、質量及開采運輸條件的綜合分析和物料平衡規劃，按優質、經濟、節能、就近取材等基本原則，經技術經濟比較選定，同時應優先利用工程開挖料[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、干砌石護坡料等對材料要求較高，作料源選擇時應優先對這部分材料進行設計分析，盡量減少石料場開采量和棄渣量。進而減少料場和渣場規模，減少占地面積。料源地質條件單一時，料源去向明確清晰。但料源地質條件往往較復雜，節理裂隙及軟弱夾層的存在將會影響料源質量。如果設計不當，該部分開挖料可能只能運入棄渣場，將導致料場開采量增大以及棄渣場容量增大，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，實際只利用了約7 萬m3，造成巨大的浪費。通過合理的施工組織設計及采用新工藝新方法，可以對軟弱夾層料進行有效地剝離，減少開挖料摻混，從而實現對開挖料利用的最大化。但是，由于地質勘察的精度問題，且施工單位施工水平參差不齊，可能導致實際開采可利用量比設計可利用量少的情況，因此在作料源選擇及料場規劃時，應對料源進行敏感度分析，保證工程料源充足。

2 料源選擇分析方法

復雜地質條件下料源選擇應進行以下工作：

1）在地質勘察時提高勘察精度，根據實際情況加密勘察斷面。

2）作區域劃分，根據物理力學等參數劃分開挖料類別，明確可利用量與夾層的界限。

3）細化施工組織設計，根據不同區域特點精準設計開采方法與工藝。

4）進行分區分塊統計可利用量。

2.1 地質勘察

某抽水蓄能電站上水庫庫盆，根據地形地貌、地層巖性及巖層走向與邊坡夾角等，將上水庫庫內開挖料場分4個區。

通過地質勘察分析，覆蓋層物質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、砂屑灰巖為硬質巖，其余為軟質巖，硬質巖與軟質巖交互，成層狀，硬質巖厚度均大于20 m。根據物理力學性質將開挖料分為4 種：

1）巖性界限至地面線范圍內為覆蓋層。

2）強風化下限以下0.3 m 至巖性界限范圍內為強風化。

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

4）其余開挖料為硬質巖料。

2.2 施工組織設計

根據開挖料的不同性質，采用不同開挖方法。覆蓋層使用挖掘機和推土機剝離，強風化及弱微風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，分離硬質巖料和互層料。由于硬質巖厚度均大于20 m，所以設計爆破臺階寬5 m，高10 m，開挖坡度1.0∶0.5。在地質斷面上分塊繪制出可利用硬巖區域（圖略）。統計區域面積后乘以斷面間距可計算可利用硬巖量。計算硬巖量見表1。

表1 硬質巖及互層料統計表

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 料場敏感度分析

由于勘察成果與實際地質條件存在誤差，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，難以保證開挖能嚴格按照設計進行，混料現象比較普遍，進而造成可利用料數量減少。因此，在料場規劃時應考慮上水庫庫盆開挖料可利用量可能發生變化帶來的影響，應就上水庫庫盆開挖硬巖利用率的變化，對料場規劃開采量的備用系數作敏感性分析，保證石料的可靠度。通過分區分塊計算上水庫硬巖料可利用率約為58%，應分別對利用率為50%，40%，30%，20%，10%及0%時，對應的石料場備用系數是否滿足要求進行分析。分析結果見表2。

根據表2 分析結果可知，當上水庫庫盆開挖料硬巖利用率大于32%時，開挖至規劃底高程911 m時，程家山料場規劃開采量備用系數不小于1.25，滿足DL/T5397-2007《水電工程施工組織設計規范》規定，規劃需要量滿足設計需要量的1.25～1.50 倍[1]選取的要求。當上水庫庫盆開挖料硬巖利用率小于32%時，開挖至規劃底高程911 m 時，程家山料場規劃開采量備用系數小于1.25，不能滿足DL/T5397-2007《水電工程施工組織設計規范》的要求。在保證料場規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，程家山料場開采量備用系數也不小于1.25，滿足DL/T5397-2007《水電工程施工組織設計規范》要求。

表2 料場開采量敏感性分析表

3 結語

通過提高工程地質勘察精度，制定合理施工組織設計方案，對料源采用分區分塊法，可以較精準地估算出可利用料數量。就開挖利用率的變化，對料場規劃開采量的備用系數作敏感性分析，保證料場備用系數滿足規范要求，不滿足時，提出合理的備用方案，使現有規劃料場范圍可開采量的備用系數滿足規范需要。通過分區分塊法與料場敏感性分析相結合的方法，可以得到較優的料場設計方案。