三维设计在两河口水电站石料场开采中的应用

王 勇,吴章雷,方 程,黄红军

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.中国水利水电第十工程局有限公司基础工程分局，四川 成都 611830)

三维设计在两河口水电站石料场开采中的应用

王 勇1,吴章雷1,方 程1,黄红军2

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.中国水利水电第十工程局有限公司基础工程分局，四川 成都 611830)

两河口水电站为坝高295 m的砾石土心墙堆石坝，大坝所需堆石总量大。电站地处砂、板岩地区，砂、板岩为互层状分布，且各自强度差异大，同时板岩具有明显的各向异性。由于两河口石料场砂、板岩有上述的特点，施工期分区开采利用、现场管理难度均较大。为解决该石料场开采中存在的一系列问题，需要进行全新的三维设计。本文即通过GeoSmart软件进行了石料场的三维建模，模型中融合了料场的原始勘探信息、施工期分区开采填筑信息、有用料鉴定信息，并在开采期间实现了部分信息的动态更新，直观准确地反映了剥离料和有用料的储量关系、开采和填筑的关系、石料优化利用信息。

水电站;三维设计;石料场;开采;有用料;剥离料;GeoSmart软件

0 前 言

两河口水电站位于雅砻江中游，为流域“龙头”水库，电站坝高295 m，为砾石土心墙堆石坝。坝体需堆石料、反滤料、过渡料共计约3 000万m3。前期大坝填筑的料源主要来源于两河口石料场。

两河口石料场为坝址上游雅砻江与鲜水河汇合处一单薄的山脊，距坝址约2 km。料场三面临空，开采条件好。出露地层为三叠系下统两河口组砂、板岩，出露地层为T3lh1(1)、T3lh1(2)-①、T3lh1(2)-②层。T3lh1(1)层又分为两个亚层：上部以板岩为主，下部以砂岩为主。T3lh1(2)-①层以砂岩为主，夹薄层状的板岩，板岩以挤压带形式出现，T3lh1(2)-②为变质粉砂岩，岩层产状N70°W/SW∠75°。室内强度试验表明两河口石料场弱下风化～微新砂岩强度相对较高，可达45 MPa以上，粉砂质板岩强度可达35 MPa以上。各阶段完成了5个钻孔，12个平硐。鉴于两河口石料场较为复杂，且为“软、硬”相间的砂、板岩地层。各层砂、板岩的空间分布连续性差，风化卸荷强烈、不良物理地质现象发育，因此对该料场进行GeoSmart三维建模，模型的建立便于直观了解各类有用料、剥离料分布情况，便于指导料场开采利用(见图1)。

1 三维设计在开采中的应用

1.1 准确地反映剥离料、有用料的储量

图1 两河口石料场GeoSmart三维地质模型

可研阶段的勘探、试验表明两河口石料场满足大坝填筑所需的堆石料均来自于弱下风化、弱卸荷～微新的砂、板岩，料场需要剥离弱上风化、强卸荷砂板岩、倾倒变形岩体以及覆盖层(见图2、3)。通过三维设计不仅能够较准确地反映剥离料及有用料的分布情况，还能较精确地统计有用料及剥离料的储量，通过三维设计还可以按地层岩性分层及分高程统计料的储量。两河口石料场各层的分布高程及储量见表1。三维计算表明：两河口石料场剥离总量为1 289万m3，有用层储量为2 363万m3，满足大坝2 775 m高程以下堆石填筑量的要求。

通过三维统计计算储量后，又通过平行断面法进行了储量复核，复核表明两者数量上差距小于3%，平行断面法计算储量略小于三维统计数值。差距产生的原因和平行断面法剖面间距有关，且断面不可能做到无限制的剖分，从而导致计算剖面以外的部分边角未纳入总量。通过对比分析，GeoSmart软件进行石料场的三维统计其计算成果是准确可信的。

图2 两河口石料场剥离岩体、开采利用料(弱下、微新岩体)模型

图3 两河口石料场依据不同风化卸荷、砂板地层建立的模型

地层岩性描述总量/万m3剥离量/万m3有用量/万m3分布高程/mT3lh1(1)-①变质粉砂岩夹粉砂质板岩254．92102．21152．712770～2650T3lh1(1)-②粉砂质板岩夹条带砂岩2917．62913．802003．822880～2650T3lh1(2)-①变质砂岩条带369．59198．89170．702740～2650T3lh1(2)-②变质砂岩夹粉砂质板岩109．9574．1135．842740～2650储量合计 3652．081289．012363．07

1.2 建立有用料料源和坝体分区的对应关系

两河口大坝分区复杂，坝体需堆石体量大。大坝设有三个分区：堆石1区设于坝体外侧，上游2 580 m以上，下游设于坝体外侧2 630 m以下、2 630 m以上坝体外侧；堆石2区设于坝体内部上游2 658 m高程以上；堆石3区设于坝体下游2 630 m高程以上坝体内部(见图4)。

坝体三个分区可利用的料源不尽相同：堆石1区料以利用微新～弱下风化的砂岩、微新的板岩，堆石2、3区料均利用弱下风化～微新的板岩(见图5、6)。

图4 大坝分区设计结构示意

图5 大坝分区和料源对应示意

图6 料场三维断面料源对应分区情况

我们在三维设计时按照料源的不同种类分别建立模型，便于后期的分区开采利用。

1.3 现场快速动态调整和更新

1.3.1 三维地形面及时在模型中更新

施工期设计人员定期将测量地形输入至模型，并生成三维地形面[2-3]。实时对比开挖地形和原地形面之间的关系，风化、卸荷面和开挖地形面的关系，从而直观了解开挖剥离到位的范围(见图7)。

1.3.2 有用料开采利用信息在模型中反馈

开挖期定期开展有用料的现场界定工作，并将现场界定的有用料边界及时反馈至模型中[4]，并和前期勘探揭示的有用料边界作对比(见图8)。实时掌握有用料利用情况的变化，如受前期勘探精度影响部分原认为剥离料的部分，但现场开挖揭示和试验成果反馈该部分料仍可作为有用料。以11月份有用料现场鉴定为例：原认为石料场山脊部位是弱上风化、强卸荷砂岩需要剥离，但实际判断可作为有用料需加以利用。上述开挖优化利用信息均导入了三维模型中，为后续实际料源开采利用统计提供了信息。

图7 石料场7～10月开挖剥离到位的情况

1.3.3 分阶段开展有用料利用情况复核

利用GeoSmart软件可对有用料利用情况进行三维统计并和可研阶段有用料进行对比，实时掌握有用料优化利用情况(见图9)，截至2016年11月，工程已优化利用剥离料约6万m3，从而达到节省工程投资，为施工方配置开挖爆破、运输资源提供指导。

图8 料场实际开采边界和前期对比情况

图9 两河口石料场阶段性有用料利用和前期对比

2 结 论

两河口石料场地处砂、板岩地层中，砂、板岩石强度差异大。两河口大坝填筑堆石需求量大，坝体分区复杂，利用GeoSmart软件进行的料场三维设计，直观地了解各分区填筑料情况，形象地解决了复杂性石料料源开采利用的问题。施工中对有用料鉴定在模型中反馈，加强了有用料现场管理，对有用料料源的优化利用发挥了较大的作用。

[1] 曾联明,等.四川省雅砻江两河口水电站可行性研究报告：工程地质[R].中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2013.

[2] 李明超,缪正建,刘菲,王刚.复杂地质曲面三维插值-逼近拟合构造方法[J].中国工程科学,2011,13(12):103-107.

[3] 王刚,李明超,周四宝.水利水电工程多源地质数据集成处理与分析[J].水利水电科技进展, 2015, 35(2):73-76.

2017-01-16

王勇(1979-)，男，江苏南通人，高级工程师，从事水电工程勘测设计工作。

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1003-9805(2017)02-0041-03