锦屏水电站石料运输与开采道路布置方案研究

沈桂基1　段绍辉2　王祖军

（1. 葛洲坝集团第五工程有限公司　2. 二滩水电开发有限责任公司）

摘 要：大奔流沟料场地形陡峻狭长，地形坡度50°～65°，开采高差达到513m，料场开采强度度，开采难度巨大，通过对料场石料运输和开采道路布置方案的分析，可为以后同类工程施工提供了有价值的参考意见和经验。

关键词：锦屏水电站　料场　石料运输　开采交通布置　溜井—平洞运输

1 工程概况

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段的控制性水库梯级电站，其下游梯级为锦屏二级、官地、二滩和桐子林水电站。锦屏一级水电站规模巨大，枢纽建筑物主要由混凝土双曲拱坝、水垫塘和二道坝、右岸1条有压接无压泄洪洞、右岸岸塔式进水口、引水系统、中部地下厂房及开关站等组成。大坝坝顶高程1885.0m，建基高程1580.0m，最大坝高305m，电站装机容量3600MW。根据工程规划，印把子沟人工骨料生产系统处理能力2000t/h，成品料生产能力1600t/h，主要承担锦屏一级水电站大坝、水垫塘、二道坝及部分泄洪洞和锦屏二级部分混凝土所需的骨料供应任务，共需生产成品骨料约1585万t，其中粗骨料约1435万t，细骨料约150万t。料源为大奔流沟砂岩料场。

大奔流沟料场位于坝址左岸下游9km的雅砻江左岸临江岸坡，距上游锦屏二级电站闸坝0.3～1km。料场区自然岸坡为倾角50°～65°的顺向边坡，坡脚河床高程1620m，坡顶高程2400m，最大坡高780m。料场长约1000m，宽200～350m，岩层倾向坡外，有用层呈长条带状展布于高程1660～2100m，产地面积约20万m2。场内发育5条冲沟，除大奔流沟发育较大且深，并长年流水外，其余均短小，仅雨季期间有暂时性流水。根据料场开采规划，大奔流沟料场设计边坡开口线最大高程为2183m，规划开挖最低高程为1670m，设计边坡开挖高度513m。料场规划开采总量1263万m3，其中有用料储量为1090万m3。

2 料场开采石料运输方案选择

料场开采石料运输方案必须具有高可靠性，料场配置的钻爆、装载、运输等设备的规格型号及数量应满足高峰期料场开采运输强度要求。由于大奔流沟料场自然坡度较陡（坡度50°～65°），又紧邻雅砻江，因此不能采用传统的开采方式向外进行爆破或洞室爆破开采，另外，必须采取可靠措施以防止石料落入江中。大奔流沟料场开采运输方案有以下三种方案比选。

2.1 全汽车运输方案

采用全汽车运输，料场开采开口线最大高程为2183m，有用料高程为2135～1670m，分梯段逐层下挖，底部开采高程为1670m。大奔流沟料场石料需通过盘山道路由高程2135m运至江边高程约1660m场内沿江公路，然后通过场内沿江公路运输至印把子沟砂石加工系统和人工渣场。粗碎车间需布置在印把子沟人工骨料生产系统附近，料场石料全部采用汽车通过公路运输至粗碎车间。

因汽车是全部重载下坡运输，运输强度高，车流量大，故道路等级标准要求严格。由于料场开采高差达500多米，采场内主干道长度将超过6km。经过认真详细的勘察研究，如果采用全汽车运输方案，从技术上说是可靠的，但也存在以下问题：

①料场通道施工工期紧张，修建长达6km较高等级的料场通道，建安费用高，工期也无法保证。

②运行期石料全部是汽车重载下坡运输，安全性差，石料运输成本大，不经济。

③汽车运输噪音大、灰尘较难控制，并且因为需要大量燃烧化石燃料而不可避免的出现大量碳排放等废气污染，环境污染较严重。

2.2 溜井—平洞运输方案

采用溜井—平洞运输方案，即石料由溜井运输、井下破碎，再由长距离胶带机将半成品料运至印把子沟砂石系统，无用料仍采用全汽车运输方式到渣场。粗碎车间布置在大奔流沟料场开采范围内，每个采层的石料通过汽车水平运输至溜井井口处，汽车卸料，通过溜井垂直运输到粗碎车间，由旋回破碎机进行粗碎，再由平洞内胶带机将半成品运至印把子沟人工骨料生产系统半成品料仓。

采用溜井垂直运输的方案，具有运距短，运输费用低，投入设备少，运行管理方便，能适应高强度的运输要求。因此，从可靠性、安全性与经济性等诸多方面来评价，溜井运输方案比全汽车运输更合理、更具优越性。

根据地形及地质条件，结合料场有用料开采强度计划和混凝土浇筑强度计划，料场开采至高程1940m左右，混凝土浇筑强度达到次高峰强度，料场开采至高程1865m左右，混凝土浇筑强度达到最大高峰强度，此时采场工作面也趋于最大，两溜井的覆盖工作面效率也最大，考虑供料可靠性和运行的经济性，最终选定的有用料运输方案是：在料场开采区布置2条溜井，两溜井距离约108m，其中1#溜井井口高程为1940m，井深275m，角度77°；2#溜井井口高程为1865m，井深200m，角度90°，溜井布置见图1，其技术参数见表1。

表1 溜井布置技术参数表

料场开采的有用料运输方案是将料场有用料运输分为三部分处理，即，EL1940m以上、EL1940m～EL1865m之间和LE1865m以下三部分。EL1940m以上部分有用料全部采用汽车运输至1940m高程卸料平台卸料进1#溜井或1825m高程卸料洞卸料进2#溜井；EL1940m～EL1865m之间大部分有用料通过1#溜井转运，少部分有用料用汽车转运至2#溜井；EL1865m以下有用料水平运输则由自卸汽车跟随料场降段，开采的有用料由自卸汽车运输到溜井口卸入溜井的运输方案。

图1 溜井剖面布置图

2.3 溜槽运输方案

利用料场内冲沟作溜槽运输方案经济性较好，但由于毛料粒径大，最大落差500多米，滚石、飞石多、冲击力大，在沟底料堆取料困难，且上部溜料与下部取料无法同时进行。若在沟底靠山侧挖洞室取料，要满足高强度挖装，需配多台挖装设备和足够的回车场地，因此洞室跨度大，洞内装车时安全性和装车强度难以得到保障。若采用溜槽接短溜井的方式，由于冲沟两侧岩体陡峭和破碎，受石料冲击和磨损后易塌方造成超径石进入溜井而堵井，影响溜井的正常运行，且溜槽附近的覆盖层和无用料极易进入溜井造成有用料污染，因此溜槽运输方案是不可靠。

2.4 料场开采 石料运输方案确定

三种运输方案优缺点对比见表2。

表2 三种运输方案优缺点对比表

通过对全汽车运输方案、溜井—平洞运输方案和溜槽运输方案对比析，由于大奔流沟料场地形陡峭，有用层呈长条分布，工作面狭长，同时受料场内冲沟切割影响，施工布置困难，综合考虑料场开采安全性和供料强度保障的可靠性，溜井—平洞运输方案更具优势，因此大奔流沟料场石料采用溜井—平洞运输方案。

3 料场开采交通方案选择

3.1 料场开采交通方案分析(www.xing528.com)

大奔流沟料场陡峻狭长，开采高差达到513m，地形坡度50°～65°，局部达到70°以上。大奔流沟料场至印把子沟砂石生产系统直线距离长，且相对地势都较高，受大奔流沟的隔断，明线公路不能实现水平行运输，物料运输需降低一次高程后再提升一次高程。在复杂陡峻的地形坡度上布置明线公路难度极大，车辆运行也极不安全，尤其是重载车辆长距离下坡存在极大的安全隐患。若采用隧洞交通可缩短行车里程，提高交通通行安全；同时，隧道可从根本上避免公路路线上的土石方坍塌、泥石流等道路病害；隧道不改变地形自然原貌，大大减少开挖和支护工程量，故首先放弃明线方案。

由于料场有用料采用溜井运输，仅覆盖层和无用夹层及1865m高程以上的少部分有用料采用汽车运输，根据混凝土浇筑进度计划及料场开采规划设计，高峰期覆盖层汽车运输强度5.0万m3/月，1865m高程以上覆盖层及有用料汽车转运强度约10.0万m3/月，而运行期料场开采拟采用的最大运输汽车为20t，因此交通运输通道中洞室断面拟采用两种断面形式，即1865m高程以上主运输洞和1865m （含1865m） 高程以上降断支洞均采用断面尺寸为8m×6.5m的交通洞，交通洞设计通行能力为12.0万m3/月，1865m高程以下主运输洞和降断支洞均采用断面尺寸为7m×6.0m的交通洞以满足汽车运输要求。

根据现场地形地质情况以及料场与剥离弃渣场的位置关系，初步分析料场开采交通可采用如下两种方案比选。

方案一：从10#公路交通洞中1729.5m高程开始直接修建运输平洞至料场开采区，并根据需要设置料场降段支洞，解决料场施工材料、设备和弃料的运输。

方案二：从2#公路大奔流沟1#交通洞进口上游约330m处的1662m高程开始从下至上修建交通洞至料场开采区顶部，并根据需要设置料场降段支洞，解决料场施工材料、设备和弃料的运输。

3.2 料场开采交通方案的确定

方案二与方案一最大的不同是1#交通洞进口布置，方案一1#交通洞进口布置在10#公路印把子沟交通洞内，方案二1#交通洞进口是在2#公路旁。

方案一的布置具有以下优缺点：

①方案一中1#交通洞进口布置在10#公路印把子沟交通洞内，到达料场顶部高差较小。

②施工时需从洞内开口，而在开洞口部位地质条件很差，所有断面都采用钢格栅拱架支撑，且该部位为交通洞的转弯处，其纵坡为11%，若1#交通洞进口选择在10#公路交通洞内，施工时对出渣车交通影响大，施工条件差，需破坏10#公路印把子沟交通洞的钢格栅拱架支撑，进洞时间长，对10#公路交通洞室安全有影响，安全隐患较大。

③需沿大奔流沟修便道至1850m高程，由于大奔流沟内1750～1850m大奔流沟沟底狭窄，纵坡起伏大，并有两处高约30m的陡坎，便道修建时需在沟内较大的抽槽开挖，对大奔流沟两侧山体稳定有影响，而且工期较长，难度大，对沟内防洪度汛安全要求难以保证。

方案二的布置具有以下优缺点：

①采用在2#公路旁选择地质条件好的地段作1#交通洞进口，可减少1#交通洞进洞时间，并且可以确保在汛前贯通1#交通洞，对大奔流沟的防洪度汛提供了有力的保障。

②降低1#交通洞出口高程至1743m，可以降低大奔流沟施工便道的难度，为2#交通洞提前施工创造了条件。

③在大奔流沟料场开采区内修建一条长约1500m的1#施工便道至1865m高程。便道完成后即可为溜井平台提供工作面和通过3#支洞进入2#交通洞的工作面，为溜井施工提供了充分的时间，同时以1865m降段洞作2#交通洞施工支洞，2#交通洞施工可以增加2个工作面，这样加快2#交通洞施工进度，在工期上料场揭顶时间更有保障。

④方案二比方案一交通洞总长略短，方案二交通洞线经过的地质条件较好，在工期上更有保障，建安期投资较少。

⑤方案二比方案一需在料场内增加一条长约1500m的1#施工便道，而且运行期覆盖层及无用料运输平均运距将增加2.0km，将造成覆盖层和无用料运输成本增加。

从以上方案比较中可以看出，方案二从保证料场供料的角度更优于方案一，所以选择方案二作为料场开采运输通道方案是可靠的也是合理的。

3.3 料场开采道路施工便道布置

为确保施工进度计划的实施，料场前期道路布置3条临时道路，1#临时施工便道结全溜井施工需要，布置在大奔流沟料场开采区内，起点为原沿江辅助道路1660m高程，终点为3#支洞（1865m高程降段洞），道路长约1500m，纵向平均坡度约为15%；2#临时施工便道布置在大奔流沟内，起点为大奔流沟沟口与原来沿江道路交点1643m高程处起坡，终点为1#交通洞出口1743m高程，道路长约385m，纵向平均坡度约为25.97%；3#临时施工道路主要是为了提前进行料场揭顶覆盖层剥离而修筑的，其起点为1#道路终点1985m高程，终点为料场顶部2100m高程，道路长约358m，纵向平均坡度约为25%，由于坡度较陡，仅供挖掘机和推土机等履带式施工机械通行，以形成揭顶工作面。

料场施工道路主要满足料场物资运输、设备转移、弃料的运输以及1865m高程以上部分有用料的运输，布置采取地下隧洞布置为主，共布置5条主交通洞和15条降段支洞组成，其运输通道设置情况见表3，料场施工道路布置见图2。

表3 交通运输通道规划设置情况表

图2

4 结语

大奔流沟料场有用料运输采用溜井—平洞运输，采用隧洞交通为主的布置方式，并根据料场开采强度和边坡支护工程量大小，采用15～45m高度设置一层降段支洞的方案，充分地适应大奔流沟料场陡峭地形的料场开采。从运行结果看，该方案具有技术可靠、经济合理和环保效益显著等优越性，取得了很好的工程应用效果，但在料场开采初期，对料场开口线高程上移、料场揭项难度大及斜溜井布置在板状结构的岩体中易造成井壁塌方等不利影响估计不足，也造成了前期开采进度的被动。

◎作者简介：

沈桂基，男，工程师，葛洲坝五公司锦屏砂石项目部副总经理。

段绍辉，男，高级工程师，二滩水电开发有限责任公司。