锦屏水电站料场洞室群的规划布置方案

朱显山

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：锦屏水电站大奔流沟料场的料场交通和石料运输采用了总长约11.4km的地下洞室群以解决料场开采、石料运输等问题，本文着重从洞室布置、参数、石料运输方式等方面进行阐述。

关键词：石料运输　隧洞　溜井　参数

锦屏一级水电站位于四川省凉山州盐源县雅砻江普斯罗沟峡谷内，电站为混凝土双曲拱坝，坝高305m，是目前世界上在建的最高拱坝，筑坝主要原材料受料源限制唯一选择了距离坝址下游9km的大奔流沟料场变质砂岩作为大坝粗骨料，加工系统场地为距离料场约3km的印把子沟渣场。

料场区自然岸坡为倾角55°～65°的顺向边坡，长约100m，宽约200m，坡脚河床高程1660m，坡顶最大高程2120m；岩体卸荷变形较强烈，尤其坡顶孤峰矗立，岩石裸露，植被稀少，受地表水的长期冻融作用，表部岩体较破碎；而区内又属构造作用较强烈区，岩层褶曲，断层、层间错动及裂隙发育，又有局部高地应力特点，地质条件复杂，开采难度极大。

料场距离锦屏二级闸坝约300m，距离下游围堰不足150m，料场规划开采范围采用“L”型方案 （见图1），避开了对二级闸坝的干扰，兼顾了边坡体型稳定性。

图1 料场开采范围图

1 问题的提出

料场区初始道路仅临江高程1670m的临时道路和料场底部高程1660m的2#道路（隧道） 通过，并无其他辅助道路，且由于地形陡峭，采区不可能形成露天道路，道路布置必须考虑后期开采降段的无缝连接。

成品加工系统与料场间直线距离约3km，各开采高程的有用料与混凝土需求强度之间关系直接决定道路等级、路线走向、系统运行成本的成本控制等方面。

因此料场开采重点是在于料场通道布置和石料运输方案，并结合场地条件、施工强度的要求进行有针对性的研究，才能得到一个可实施性的规划方案。

2 石料运输方案

2.1 石料运输强度

根据大坝混凝土浇筑强度，结合料场采层有用料和无用料的分布，料场需要开采总量1265万m3，其中有用料开采总量1090万m3，初采平台2045m，终采平台1670m。

料场顶部高程2120～2130m主要为无用料，约18万m3，计划工期4个月，月运输强度不足5万m3；料场高程2045～1940m，有用料储量101万m3，无用料储量32万m3，大坝混凝土施工时间为16个月，有用料开采强度约5万m3/月，无用料开采强度为3万m3/月；高程1940～1860m为大坝混凝土施工高峰，有用料开采强度20万m3/月，无用料强度3万m3/月，高程1860～1820m，有用料开采强度约27万m3，无用料强度基本3万m3/月以下。

2.2 总体方案

前面的强度分析，全汽车运输其强度约23万m3，如果全部采用隧洞运输，其道路宽度约10m，相应地洞室宽度约11m，这样建设费用和运输费用都较高，运输强度难以保证，且汽车长距离洞内行驶，工作条件差，安全性难以得到保证。

采用少部分毛料由汽车隧洞运输加溜井垂直运输与平洞胶带机水平运输的方式，重点解决高程1970m以下石料运输，投入设备少，运行管理方便，能适应高强度的运输要求；无用料采用汽车运输，最大强度5万m3/月。

根据系统工艺，粗碎采用大型旋回破碎机，借鉴矿山经验并展开专题研究，有用料采用溜井运输，井下旋回布置，破碎后的半成品采用胶带机送入印把子沟系统。

2.3 溜井布置

根据料场开采规划，在1940m开始设置竖井平台最为经济，一方面90%的有用料可以全部采用竖井垂直运输，降低运行成本，另一方面石料运输车辆数量可大幅减少，其相应的运输通道等级可适当降低，同时缩短汽车运输距离，从运行期经济性考虑无疑是优越的。

根据采层分布，为提高溜井的保障率，结合料场宽度和地质条件，料场设置双溜井，溜井距离约108m。

尽管提高溜井高度具有较高的优越性，但要随着溜井高度增加，无疑会加大建安费用投入，同时溜井提高也受料场地形和地质所制约，从图2来看，如果溜井顶部高程均为1940m，则需要布置2个倾角大于72°、高度280m的斜竖井，由于斜井施工难度大，对施工工期和建安的投入均是不经济的。结合料场实际供料强度，料场高程在1860m时达到最高峰，此时采场工作面也趋于最大，双溜井的覆盖工作面效率也最大，同时1860～1940m之间有用料基本集中在上游溜井，因此采用上游布置高度280m的斜井（1#），下游布置高度约200m垂直竖井（2#）。

图2 溜井断面布置图

3 通道布置

料场通道是料场顶部的揭顶、支护和料场降段的唯一路径，由于料场不具备场内道路环行只能采取隧洞布置，同时必须考虑每个采层有道路直接与通道、溜井系统连接，料场通道由主干道路和降段支洞组成。

3.1 料场主干道布置

主干道由1#交通洞、2#交通洞、1#道路、3#交通洞和4#交通洞组成，进入初采平台，采场降段由1#～8#支洞组成，结合采场长度，高程1865m以上30～45m设置降段支洞，以下按60m设置降段支洞 （见图3）。

图3 料场洞室群布置图

主通道从2#公路大奔流沟1#交通洞进口上游约330m处的1662m高程开始修建交通洞至料场开采区顶部，以满足料场开采交通运输需求，主洞平均纵向坡度8.5%。

进场通道呈曲线针形布置，相应高程点与料场开挖边坡距离按下式控制：

B——对应点的洞横断面距离。

3.2 降段道路设置

利用降段支洞及运输通道主干道，结合料场开采降段施工，在料场内修建降段道路与各降段支洞有机结合，场内降段道路综合坡比按＜10%设计，以满足自卸车运输物料的需要。在每个降段支洞的最后采层结束前，提前修建与下一降段支洞连接场内下坡降段道路，以确保开采施工的连续性。

在开采过程中，为保证粗碎生产的连续性，充分利用地形条件进行错层降段开采，在上一采层未结束开采前，预先形成下一采层开采工作面，如此在料场就形成了两个以上开采平台，各开采平台之间的场内道路视场地情况灵活布置，以不干扰开采施工与降段道路布置为原则，场内道路利用爆破后堆渣修建。道路以满足自卸车重载行走为标准，初拟参数：路宽8～10m、坡度＜10%，以直坡道形式布置，起、止坡点选在开采平台较宽处，以利于自卸车转弯。(www.xing528.com)

降段支洞设置与料场宽度、设施布置位置有关。根据料场各采层分布长度和溜井布置位置，在高程2055m、2020m、1990m、1940m、1910m、1865m、1805m和1745m，分别设置降段支洞，从而保证了覆盖层和有用料安全可靠地运输。

3.3 溜井使用与降段

1#、2#溜井井口平台高程分别为EL1940和EL1865，料场EL2045－EL1940间开采料可通过运输通道主干道运至1#溜井，如1#溜井需检修时，可转运至EL1865平台使用2#溜井生产。

料场EL1865m以下开采施工需充分利用开采平台地形进行错层布置，错层起始部位应从溜井部位开始，在其中一个溜井正在使用时，在另一溜井部位预先实施降段。

3.4 粗碎洞室运输道路

粗碎洞室布置高程主要满足终采平台使用和与公共道路衔接方便。设备运输平洞全长210.965m，起点由大奔流沟1#隧道1653.6m高程进入，至地下粗碎车间1663m高程洞室。

3.5 半成品转运

成品加工场地高程位于印把子沟EL1750m，半成品出料高程1650m，二者距离约3.4km，物料提升平均坡度3.3%，胶带机运输通道由1#、2#、3#胶带机隧洞和中转堆场组成。

目前长距离胶带机物料运输的最大粒径一般不超过150mm。如目前的向家坝工程，锦屏成品运输均采用如此方式控制，本项目半成品最大粒径约300mm，单台胶带机长度约1.8km。根据物料运输工况条件和系统处理能力，胶带机输送能力按2500t/h进行设计，1#胶带机考虑不均匀系数基础上适当加大带宽，出料胶带带宽1400mm。为保证2#、3#胶带机运输连续性和均匀性，在大奔流沟设置中转堆场，堆场出料采用1200mm带宽的长距离胶带输送机，带速设置为3.5m/s，总功率约3800kw。

4 参数配置

4.1 溜井系统

溜井系统主要包括溜井直径、长度、破碎洞室等相关参数。

溜井直径 （D） 主要与物料的密度、石料的黏结力、物料的内摩擦角度有关。

式中：k——石料的黏结力，一般取0.1MPa，

γ——石料密度，kg/cm3

ψ——物料的内摩擦角 （°）

破碎机洞室高度和宽度主要依据设备安装高度及检修的需要，设备中心与溜井中心距离约14m。

此外考虑溜井系统的人员运行安全，设置两条安全洞。

溜井系统参数见表1。

表1 溜井系统参数表

4.2 隧洞

汽车运输隧道比照矿山道路并根据运输能力进行设计，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8.0万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8×6.5m的交通洞，交通洞设计运输能力为9.0万m3/月，1865m高程以下主运输洞和降断支洞均采用断面尺寸为7×6.0m的交通洞以满足汽车运输要求。

设备运输洞主要满足粗碎设备的运输条件，需采用7m×6.0m断面，以满足40t拖平运输之需要，断面结构与上面相同。

胶带机洞均结合胶带机的尺寸参数和施工手段进行设计，断面尺寸均为5m×4m，其中胶带机的机头、机尾等局部地方需根据设计尺寸进行适当扩挖，以满足胶带机安装条件。

隧洞参数见表2。

表2 隧洞参数表

续表

大奔流沟料场于2006年10月开始施工，2008年10月16日4#交通洞贯通，地下洞室及溜井全部完成，目前料场揭顶和支护正在施工。鉴于隧洞布置方式和石料运输方式在国内尚属首次，有用料运输方式和料场降段过程对系统运行的影响因素有待于进一步检验，但目前还是成功的，也为类似工程提供了新的思路和一定的借鉴意义。

参考文献：

［1］《公路隧道施工技术规范》，2009年。

［2］《公路工程技术标准》，2004年。

［3］郭宝昆，《溜井下部参数的确定》，《矿山技术》，1984。

◎作者简介：

朱显山，男，高级工程师，葛洲坝五公司副总工程师，砂石科学研究所所长。