山地建廠豎向規(guī)劃實踐與設(shè)計思路探索

母傳偉

(中冶沈勘秦皇島工程技術(shù)有限公司，河北 秦皇島 066001)

1 概況

溫更鐵礦位于內(nèi)蒙古烏拉特中旗海流圖鎮(zhèn)，陰山西側(cè)，屬于山區(qū)地形，相對高差較大，最大高差超過100m。礦區(qū)屬內(nèi)蒙溫帶干旱-半干旱氣候區(qū)，具有冬季嚴(yán)寒，夏季炎熱，降雨量少而集中，蒸發(fā)量大，風(fēng)多，風(fēng)力大的大陸性氣候特點。

溫更鐵礦選礦廠選址在礦區(qū)采場北部，利用必勒其爾高勒(河)左岸支溝的兩側(cè)山坡地形布置生產(chǎn)車間。選礦廠設(shè)計年處理原礦在1100萬t以上，其規(guī)模在目前國內(nèi)選礦企業(yè)中位居前列。

2 廠區(qū)平面設(shè)計簡介

選礦廠布置在必河左岸一條南北向支溝兩側(cè)。廠區(qū)以支溝中央的廠區(qū)主干路為主軸線，各類生產(chǎn)建筑分列兩廂。主廠房、精礦過慮間、精礦倉、精礦堆場、尾礦濃縮池布置在支溝西側(cè)，利用溝的西側(cè)山坡地形將自上而下呈臺階狀布置；中細(xì)碎車間、干選車間、篩分車間、廢石倉布置在支溝東側(cè)；各生產(chǎn)車間通過膠帶機(jī)連接；原礦膠帶機(jī)自粗破碎車間沿膠帶機(jī)隧道穿過必河和一道山梁，經(jīng)轉(zhuǎn)運站至中細(xì)碎車間；總砂泵站、循環(huán)水泵站、尾礦事故池、全場事故池、生活污水處理站布置在支溝南口，位于支溝下游，利用廠區(qū)高差實現(xiàn)液體物料自流運輸；廢石倉布置在支溝南口附近，并靠近廢石場，同時靠近廠區(qū)主干路，方便廢石運輸；精礦過慮間、精礦倉、精礦堆場靠近廠區(qū)北端布置，與精礦外運方向一致，方便精礦外運，同時靠近主廠房，精礦輸送距離短，利用廠區(qū)西面的小山溝做精礦堆場，減少挖方量，利用四周陡坡做精礦堆場的圍護(hù)；燃煤鍋爐房布置在北出口處，靠近采暖負(fù)荷中心，燃料堆場靠近主要道路，便于燃料運輸；總降壓變電站布置在支溝西側(cè)，接近負(fù)荷中心，方便進(jìn)線和出線；生產(chǎn)和生活高位水池布置在主廠房北部山梁上，高差可以滿足水壓要求；利用廠區(qū)東北側(cè)岔溝布置廠前區(qū)，包括辦公樓、宿舍樓、浴室等建筑；利用北入口前的相對開闊的山溝規(guī)劃廠門廣場，以停放外部運輸車輛，緩解廠區(qū)交通壓力。廠區(qū)占地18.86ha，廠區(qū)挖方量89.87萬m3，填方量萬25.7萬m3，平均挖方高度4.7m，平均填方高度1.36m。

3 廠區(qū)豎向設(shè)計思路

選廠的豎向設(shè)計，是在滿足生產(chǎn)使用功能和總平面布置的前提下，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦魏推渌鞣N建設(shè)條件，綜合解決各種矛盾而形成的有機(jī)整體。山地建廠在總平面布置和豎向設(shè)計手法上，與平原建廠大不相同，山區(qū)地形復(fù)雜，限制條件太多，因而不能過分強度建筑物排列的整齊、場地的寬暢和道路的平順，而是盡量地利用地形和適度的改造地形，使其滿足生產(chǎn)工藝和物料運輸?shù)囊蟆Ｒ蜻x礦廠生產(chǎn)工藝流程的特殊性，一定坡度的地形對其各生產(chǎn)車間布置反倒有利，可以利用山地高程的勢能來實現(xiàn)流體物料借助自流輸送，從而節(jié)約大量能源。本工程規(guī)模較大，主廠房長度就超過220m，各類生產(chǎn)建筑物體量大，占地多，且之間生產(chǎn)聯(lián)系緊密，整體性強。每一處平面或豎向的微小變動，都可能會影響到全局調(diào)整，因此豎向設(shè)計難度大，需多種因素統(tǒng)籌兼顧，全面協(xié)調(diào)。在廠區(qū)的總平面和豎向設(shè)計中，廠內(nèi)各車間的運輸關(guān)系尤為重要，各車間之間固體物料大都靠膠帶機(jī)運輸，物料運輸量大，膠帶機(jī)的長短對運營費的影響很大，要求車間之間在膠帶機(jī)允許的傾斜角度范圍內(nèi)，盡可能地縮短長度。

4 豎向設(shè)計與其各種影響因素結(jié)合的剖析

4.1 豎向設(shè)計與生產(chǎn)工藝的結(jié)合

豎向設(shè)計是廠區(qū)總平面設(shè)計中的一個有機(jī)組成部分。在地形起伏較大的山地建廠，除符合工藝要求的平面位置外，還受豎向標(biāo)高關(guān)系的影響。所以，在考慮場地地形利用和改造時，必須兼顧平面與豎向，統(tǒng)一考慮和處理設(shè)計過程中的矛盾，保證生產(chǎn)使用和基建的合理性、經(jīng)濟(jì)性。本工程中，中細(xì)碎車間、干選車間、篩分車間、廢石倉，按照工藝流程依地勢由高而下布置，既減少膠帶機(jī)長度，又節(jié)約物料運輸能量消耗；磨礦倉、主廠房和尾礦濃縮池順應(yīng)工藝流程，自上而下分臺階布置，礦漿沿尾礦槽自流輸送入濃縮池；總砂泵站、循環(huán)水泵站布置在地勢低于分砂泵站的位置，實現(xiàn)尾礦自流運輸；全廠事故池、污水處理站布置在整個廠區(qū)地勢最低處，保證全廠的事故泄露水和生活污水能夠全部靠自流輸送。利用主廠房西北面200m處的山包布置高位水池，高程勢能可以滿足工藝的水壓要求，節(jié)約建設(shè)水塔或購置壓力罐的投資。

4.2 豎向設(shè)計與建筑物布置

各主要建筑物分臺階布置，長軸盡量平行地形等高線，以減少土方工程量和基礎(chǔ)深度，并有利于改善運輸條件，便于各個臺階之間道路的連接；建筑物盡量布置在挖方臺階上，有利于建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定。在確定臺階與建筑物的距離時，設(shè)計原則是：臺階邊坡穩(wěn)定，場地留足但不浪費，同時要考慮工程施工和安裝場地。

除了各種主要生產(chǎn)建筑外，還有各種車間的附屬設(shè)施，如車間配電室、除塵器、膠帶機(jī)通廊及其支架、道路、管線、擋土墻等其它建、構(gòu)筑物，它們在平面或豎向相互交叉，設(shè)計要做到平面和立體的分布合理，有效利用空間。因選礦主廠房有一條長邊線與坡頂線較近，在前期設(shè)計方案中，與位于坡底的尾礦濃縮池有12m高差，為防止主廠房基礎(chǔ)側(cè)壓力對邊坡穩(wěn)定的影響，結(jié)合工藝專業(yè)將臺階的高差壓縮到6m，結(jié)合結(jié)構(gòu)專業(yè)對邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定驗算，最后合理確定坡頂線與建筑基礎(chǔ)的距離。尾礦濃縮池位于主廠房的下個臺階，在立體空間上要滿足尾礦濃縮池的施工安裝要求、管線布設(shè)要求、尾礦溜槽的架設(shè)要求，同時還要考慮其基礎(chǔ)不能過多地落在虛方上面。

4.3 豎向設(shè)計與道路、管線的結(jié)合

為了滿足生產(chǎn)運輸?shù)囊?，在方案設(shè)計中，采用了以下幾種辦法解決不同標(biāo)高的運輸聯(lián)系：直接增加汽車引道長度克服高程，采用彎道以延長引道的坡度長度，采用斜路爬升至上一臺階，利用坡道環(huán)繞車間爬升。

考慮豎向設(shè)計對管線的影響，調(diào)整管線的走向，盡量避免在挖方處布設(shè)，利用填方地段布置管線，減少管線基槽開挖量；當(dāng)?shù)貎鐾辽钸_(dá)2m，對于要求埋設(shè)在凍深以下的管線，基槽挖方工程量大，施工困難，維護(hù)和檢修困難，在不影響通行和廠區(qū)美觀的條件下，對于個別管線，設(shè)計考慮架空方式敷設(shè)，協(xié)調(diào)利用廠區(qū)空間。

4.4 豎向設(shè)計與邊坡處理

在廠區(qū)的場地平整工程中，只有山溝部分場地是填方，大部分土石方工程都是挖方。根據(jù)土質(zhì)情況、層理結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度、氣候條件、邊坡高度，按照規(guī)范確定挖方邊坡坡度；為了防止邊坡風(fēng)化而影響其穩(wěn)定性，根據(jù)邊坡土質(zhì)情況設(shè)置護(hù)坡，同時也利用美化廠容。選廠的精礦堆場周邊利用山溝地形設(shè)計成3/4圓的弧形，一面作為出口，其他三面都是巖石挖方邊坡，最大挖方高度達(dá)20m，邊坡巖層較為完整，可采用較陡坡面放坡，設(shè)計利用此巖石坡面作為擋風(fēng)墻，節(jié)約了250m擋風(fēng)墻的建設(shè)投資。

4.5 豎向設(shè)計與防洪排水

廠區(qū)所在支溝溝底地形北高南低，自然坡度為2.5%，設(shè)計不改變原始排水系統(tǒng)，讓廠區(qū)雨水依舊順山溝排放，設(shè)計場地最小整平坡度為0.5%，便于雨水徑流沿地面流淌。

山溝內(nèi)兩面山坡雨水經(jīng)山坡截水溝攔截排入河道，考慮當(dāng)?shù)亟涤炅可?，廠區(qū)內(nèi)地下管線較多，管線之間交叉避讓困難，規(guī)劃考慮不設(shè)置雨水管道和雨水溝，廠區(qū)內(nèi)雨水徑流沿主干路兩側(cè)地表順地形坡向排入河道。改造必河沿岸道路，抬高路面標(biāo)高，沿河岸砌筑擋土墻，保證廠區(qū)和道路不被洪水淹沒。

選廠所在山溝縱深較長，上游有較大的匯水面積，在雨季有可能形成順溝而下的山洪。為防止山溝上游的洪水瀉入廠區(qū)，設(shè)計在規(guī)劃的廠門廣場向西開挖一條溝塹通向河道，平時作為聯(lián)系通道，雨洪期作為泄洪溝，雨季可將廠區(qū)上游匯集的洪水截流，沿溝塹向西排入主河道。位于必河河床邊的車間和構(gòu)筑物，設(shè)計標(biāo)高高于洪水淹沒線1m以上，對廠區(qū)邊緣的堤岸修筑擋土墻進(jìn)行加固；跨越河床的道路設(shè)計為過水路面，不影響雨季河流泄洪要求。

5 廠區(qū)幾個特殊部位的豎向處理

5.1 廠區(qū)入口處的豎向設(shè)計

主入口布置在廠區(qū)北面，是整個廠區(qū)的門戶，是工廠群體建筑的前哨，外來人員對廠區(qū)產(chǎn)生第一印象的建筑物，其形象、觀感十分重要。因廠區(qū)位于山溝下游，地勢較低，外部通向廠區(qū)的道路全部是下坡，影響廠門建筑的視覺效果。設(shè)計將廠區(qū)大門處標(biāo)高抬高，使之高于廠門廣場中心0.5m，如此處理，抬高自外部望大門的仰視角度，從而突出大門的觀感效果。如此處理，類似在廠門前加上一道門檻，使廠門地勢高于門外，可以攔截山溝上游匯集的雨水，讓其通過導(dǎo)流，排入泄洪溝，避免洪水進(jìn)入廠區(qū)。

汽車衡及計量室布置在廠區(qū)北出口，為方便運輸車輛上磅稱量，汽車衡所在路段設(shè)計為平坡，其前后也留出一段長度不小于一個車長、坡度不大于0.5%的緩坡路段。在此以外路段，采用6%的坡度，緩坡與急坡并用，綜合協(xié)調(diào)，保證道路通行順暢，車輛計量方便。

5.2 粗破碎車間的豎向設(shè)計

粗破碎車間布置在選廠南部的山嘴上，一面靠山，三面環(huán)水，設(shè)計中綜合考慮以下各種影響因素來確定平土標(biāo)高。

(1)確定粗破碎車間所在平臺的平面尺寸。根據(jù)采場原礦運輸車型、運量和粗破碎車間的建筑體量，確定粗破碎車間平臺尺寸，粗破碎車間布置平臺中央，平臺四周還要滿足汽車卸礦、調(diào)轉(zhuǎn)、會車要求。

(2)滿足與采場的運礦道路豎向連接。采場來車都是載滿原礦的重車，所以采場至粗碎車間道路盡量設(shè)計為平坡或下坡，減少原礦運輸?shù)哪芰ο?；滿足選廠聯(lián)絡(luò)道路的豎向順接，選廠聯(lián)絡(luò)道路與粗碎車間分別位于必河兩岸，從選廠到粗碎車間平臺，要修建一條橫穿必河的輔助道路，保證該道路在滿足規(guī)范規(guī)定的縱向坡度的條件下，實現(xiàn)平臺與選廠聯(lián)絡(luò)道路的連接。

(3)滿足地下膠帶機(jī)隧道的豎向布置。地下膠帶機(jī)隧道連接粗碎車間和中碎車間，長度430m，既要穿越60m寬的必河河槽，又要穿越370m山體，工程量巨大，首尾有66m的高程差。粗碎車間的設(shè)計標(biāo)高，對破碎和膠帶機(jī)運輸系統(tǒng)的合理性有很大影響。

(4)考慮土石方工程量和邊坡穩(wěn)定的影響。粗碎車間場地平土原則是多挖少填，保證車間基礎(chǔ)和四周邊坡的穩(wěn)定，因原地形較陡峭，直接放坡填筑場地困難，在填方一側(cè)砌筑擋土墻，挖方一側(cè)設(shè)置護(hù)坡。

(5)考慮防洪與排水需要。必河三面環(huán)繞，必須保證必河50年一遇的洪水不淹沒車間；車間位于山腳下，還要設(shè)置截水溝攔截山坡雨水。