太湖水库堆石坝石料场开采规划

卫瑞岗

（山西省水利建筑工程局集团有限公司 山西太原 030006）

1 项目概况

太湖水库工程位于江西省赣州市寻乌县水源乡太湖村寻乌水干流上游，坝址距寻乌县城约47 km。坝体堆石料场设在坝体上游库区内，距坝址约2 km，料场主要为大坝提供堆石料、过渡料和块石。工程所在区域属亚热带湿润季风气候区，四季分明、雨水充沛、无霜期长。多年平均降水量为1 839.0 mm，最大年降雨量为2 630.5 mm，最年小降雨量为1 126.6 mm，多年平均风速1.3 m/s。多年平均日照数为1 604.9 h，多年平均年无霜期259 d。

大坝堆石料场位于太湖村的大陂自然村的西北侧山体，山体表层植被主要有杉树、脐橙树、青竹和小型灌木等。山顶高程为505.50～552.70 m，山脚高程为415 m 左右，山坡坡角为30～40°，地势较陡。覆盖层厚度一般3.6～4.5 m，全风化厚度7.0～12.7 m，弱风化厚度8.9～9.1 m。山顶及山脊岩石风化较深，拟开采料场面积约10.0×104m2，无用层平均厚度按8 m 计，无用层体积约80.0×104m3。有用层平均厚度按30 m 考虑，可采储量约300×104m3。弱风化下部中粗粒（似斑状）黑云母花岗岩、花岗斑岩一般单轴饱和抗压强度为64.4～69.2 MPa，平均66.8 MPa；天然密度为2.6 g/m3；饱和吸水率0.17%～0.5%，软化系数0.67～0.71，岩石属中硬—坚硬岩，总体物理力学性质较好，石料质量基本可满足规程对块石料及堆石料要求。堆石坝工程主要用料为堆石料、过渡料和块石等，石料占整个坝体用料的95%。堆石料场的储量、石料的质量、石料利用率等直接决定大坝填筑质量、填筑进度及工程造价。只有在坝体填筑前规划好石料场坝料开采作业面，并与采场面积、料场性质、料源指标、填筑强度、施工条件等相适应，才能保证堆石坝填筑如期顺利完成。

2 料场范围规划

2.1 料场任务

大坝坝体堆石料场的任务是为大坝提供堆石料、过渡料和块石，共需生产堆石料约为95 万m3，过渡料4.8 万m3，块石3 万m3。大坝填筑工期为7 个月。

2.2 堆石料开采质量要求

堆石料的级配要求与堆石料的岩性、石料开采方法和压实方式有关，具体的爆破方法和施工参数需根据爆破试验和碾压试验确定。主要级配参数包括最大粒径、细粒含量和含泥量等。

过渡料最大粒径不大于300 mm，小于5 mm 粒径含量少于20%，料物不均匀系数大于10。主堆石区最大粒径不大于600 mm，小于5 mm 粒径含不超过20%，小于0.075 mm 颗粒含量不超过5%。副堆石区可用任意级配的开挖石料，即强风化石料，最大粒径800 mm，允许有少量分散的风化岩。

2.3 石料场的选定原则

1）石料质量应满足大坝设计要求；2）料场应有足够的开采量；3）开采时应在安全情况下进行；4）选择施工条件好，成本较经济；5）工程完工后不会对周围环境造成危害。

2.4 料场地质与储量分析

1）堆石料场复查

料场复查要根据山体施工条件、水文气象、工程地质、地理地形等情况，确定剥离层（无用层）厚度、有效层厚度及夹层（无用层）的分布情况，复查上坝堆石料有效储量；上坝料的分布情况、开采条件、加工方法、储量多少及装运条件；料场的岩石风化程度、围岩岩性、岩石类别和级别等地质条件；干容重、干湿抗压强度等。

复查方法：测量法、探洞法。采用测量法确定料场边界，探洞法确定料场石料物理力学特性。在石料场山顶和两侧岸坡各选定两个探坑点对堆石料场进行复查。在Ⅰ号山头与Ⅱ号山头之间山顶上设为1 号探孔，在Ⅲ号山头山顶设为2 号探孔，在大陂自然村的西北侧Ⅱ号山头坡脚设为3 号探坑，在Ⅲ号山头坡脚设为4 号探坑，在Ⅲ号山头背面坡脚设5 号探坑。1 号探孔和2 号探孔采用地质钻机进行复查，3 号～5 号探坑采用1 m3反铲挖机进行复查。

根据1 号、2 号探孔揭露，山顶无用层厚度分别为21.6 m 和26 m。根据3 号～5 号探坑揭露，山脚无用层厚度分别为14 m、3 m 和5 m。经过计算，料场有用层与前期料场勘察提供数据偏差较小，堆石料场可满足施工要求。

2）料场地质

通过对料场钻孔岩芯进行物理分析，料场岩性为燕山早期第二阶段第二次中粗粒黑云母花岗岩（似斑状）及石英二长岩等，岩石级别为中硬岩，岩性稳定，坚固系数f=7～12 级，岩石质量满足石料（堆石料、过渡料、垫层料、块石）技术要求。

3）料场储量分析及选用

根据《混凝土面板堆石坝施工规范》要求，料场可利用料用量与坝体填筑量的比值宜为1.3～1.5，本工程选定为1.3。大坝坝体填筑用量约为100 万m3，根据土石方工程松、实方换算系数计算，计划开采有用层方量约为130 万m3即可满足大坝填筑用量要求。

依据石料场复查结果，料场开采范围拟定为从石料场Ⅰ号山头向Ⅱ号山头规划，开采时在Ⅰ号山头临河侧30 m 范围预留岩梗防洪。通过测量资料和料场复查资料计算，同时便于机械取料上坝，料场取料范围拟定为从Ⅰ号山头临河侧30 m 至Ⅱ号山头后50 m之间250 m 范围，边坡1∶0.75，高程505～410 m 部分，计算可开采方量约130 万m3（利用料），利用率约55%，满足大坝填筑量要求。料场取料范围布置如图1，剖面如图2 所示。图中房屋和水电站位于库区内，在料场开采前将全部拆除。

图1 料场取料范围布置图

图2 料场取料范围剖面图

3 料场开采规划

3.1 分区分块规划

1）堆石料

为尽快出料，满足大坝填筑强度要求，根据拟定施工进度计划（坝体填筑2017 年1 月1 日至2017 年7 月31 日），将料场按高度分七层分块进行开采。

堆石料采取自上而下、分区、分块、分层进行开挖。根据料场地形条件，分为两区开采，每区宽度为70～100 m，每区分2～4 块，每块宽度为40～70 m。第四层（高程456～444 m）分区分块布置如图3 所示。

图3 料场第四层（高程456～444 m）分区分块布置图

开采前，首先修筑施工道路至高程505 m，进行料场山顶覆盖层（无用层）清除，无用层清除后，在高程495～490 m 形成钻孔平台，采用液压钻机与潜孔钻机钻孔至480 m 高程进行石料开采，同时进行480 m 高程施工道路的修建，挖除高程480～495 m 山体四周无用层。料场480 m 高程以上石料单区、单块开挖完成后，在高程480 m 形成的平台上采用钻机钻孔至468 m高程进行下一层石料开采，同时进行468 m 高程施工道路的修建，挖除高程480～468 m 山体四周无用层。依此类推采用同样的开采方法进行高程468～456 m、456～444 m、444～432 m、432～420 m 堆石料开采。432～420 m 堆石料开采时，不再清除山体周边无用层，从已修建的432 m 高程施工道路向下修筑临时施工道路至420 m、410 m 平台，不进行432 m 高程以下覆盖层开挖。

2）过渡料

过渡料料场与堆石料场为同一料场，在堆石料场每一层一区和二区左前侧选定30 m 宽、30 m 长范围作为过渡料场地，开挖采取自上而下、分层进行开采。

过渡料与堆石料为同层开采，在同一层应先进行过渡料开采后，再进行堆石料开采。料场分层情况见表1。

表1 料场开挖分层情况表

3）块石料

块石料从堆石料中进行采集。

3.2 施工临时设施规划

1）施工供风：料场钻孔设备主要以CM358 钻机与全液压钻机为主，坡面钻机不能作业时利用潜孔钻机钻孔，供风系统任务是为潜孔钻机钻孔供风，料场采用移动式供风。供风站设13 m3/min 移动式空压机。

2）施工用电：料场用电主要为供风站用电、过渡料加工用电和现场照明用电，施工用电从太湖村附近架设10 kV 高压线路至石料开采场附近，安设一台500 kVA 变压器供空压机、过渡料破碎、筛分设备及现场照明用电。

3）施工通讯：现场施工人员配有移动电话与对讲机，便于对内对外联系。

4）修理房：料场的机具修理房和库房设在料场Ⅲ号山头山脚下原太陂村台地上，采用活动房。

5）炸药库、雷管库：在料场下游新建炸药库、雷管库，经公安部门验收合格后投入使用，满足安全及用量要求。

6）料场排水与防洪：堆石料场的防洪采用排水沟，料场边界确定后在周边顶部人工开挖排水沟，高×宽为30 cm×50 cm，防止汛期山顶坡面汇水进入料场。

另在料场Ⅰ号、Ⅱ号山头迎水面预留岩梗防止河道洪水进入料场内。

3.3 施工道路规划

1）堆石料场选用太陂村后山，顺太陂村后沟修筑施工主干道（路宽7 m）至堆石料场规划区起点和终点处，从规划区起点修筑一条临时道路（路宽7 m）至半山腰高程465 m，从规划区终点修筑一条临时道路（路宽7 m）至半山腰高程480 m，山顶最大高程505 m。料场开采时，同时结合现场地形情况分别在高程480 m、465 m、450 m、435 m 平台外边料场左、右侧修筑道路与主干道相接，形成场内施工道路。

2）过渡料与堆石料各平台道路结合实际情况进行灵活修筑，将装碴道路直接修至每层爆破平台。

4 石料开采方法

料场山势相对较缓，地势开阔、覆盖层较厚、料层厚度大，开挖高差70 m。开采前需进行覆盖层、无用层剥离，开采难度不大。

1）覆盖层、无用层剥离清除：土方及强风化岩主要采用机械开挖方法进行清除。推土机配合2.0 m3（1.6 m3）的反铲挖装20 t 自卸汽车运输，运至弃料场，初步形成工作平台。

2）堆石料开采：堆石料采用深孔微差挤压爆破、深孔微差控制爆破、浅眼微差控制爆破、后坡采用深孔光面爆破相互结合方法；自上而下、分区、分层、分块依次进行开挖；每一层至第六层梯段12 m 高，第七层梯段10 m 高，总体分7 层。石料采用1.6～2.0 m3反铲挖掘机装车，20 t 自缷汽车运输上坝。

3）过渡料开采：过渡料采用深孔微差挤压爆破，采用密孔、大药量、V 型起爆破网络进行。自上而下、分层、分块开挖，分层及运输同堆石料。

4）块石料开采：块石料与堆石料同时开采，采用机械从堆石料中进行采集。

5 施工机械、人员配置

5.1 强度分析及机具配备

深孔爆破的造孔机械为风压潜孔钻和全液压钻。

挖装机械是根据填筑强度和石料粒径大小进行选用，爆破粒径控制在0.6 m（0.8 m）以内，粒径为0.6 m（0.8 m）时，装料设备的容积为1～3 m3最为理想，选用1.6～2 m3反铲挖机。根据施工进度的要求及施工方法、施工强度进行分析：挖掘设备为3 台PC-360（1.6 m3）与3 台PC-400（2 m3）挖掘机，每台开挖能力为2.6～3 万m3/月，总计开挖能力为16.8 万m3/月，满足施工要求。运输设备为20 t 自卸汽车30 辆，每台运输能力为0.6 万m3/月，总计运输能力为18 万m3/月，满足施工要求。推运配备为3 台TY-320 推土机，每台推运能力为6 万m3/月，总计推运能力为18 万m3/月，满足施工要求。料场石料开采强度大，在钻孔设备上加强配置。配置4 台CM-358 液压钻与2 台全液压钻机承担开挖主爆造孔；配置5 台QLB-100 潜孔钻进行山体边坡与液压钻机不能到达的部位造孔；配置5 台YT-28 手风钻进行修筑平台开挖及大块石解小造孔。

5.2 施工机械配备

堆石料场投入的主要机械设备见表2。

表2 主要施工机械设备表

5.3 施工人员配置

料场劳动力配置见表3。

表3 劳动力安排表

6 结语

太湖水库工程坝体堆石料填筑于2017 年1 月11日起开始，至2017 年7 月31 日完成。料场开采至第四层满足了大坝填筑用量，并且第四层开采量只用了2/3，料场规划方案合理。通过太湖水库工程堆石坝石料场开采规划的成功可以证明，在履盖层较厚料场，复查工作是关键，无用层数量测算的准确，料场可利用料用量与坝体填筑量的比值选定就可以选择小值，料场开口线可以变小，无用层开挖量也就降低，成本对应下降。另外在选择开采层次上，选择地面以下一层既能保证用量，同时又不需要开挖无用层，提高了有用层利用率，只增加了爬坡运输费用，成本同样降低。太湖水库工程料场开采规划可为类似工程提供很好的借鉴和参考。