尼爾基水電站骨料篩分系統(tǒng)的設計及施工

周延平

(云南龍江水利樞紐開發(fā)有限公司，云南潞西678400)

1 工程概況

1.1 工程簡介

尼爾基水利樞紐工程位于黑龍江省與內蒙古自治區(qū)交界的嫩江干流上。水庫正常蓄水位216.00 m，設計洪水位218.15 m，校核洪水位219.90 m，死水位195.0 m，防洪高水位218.15 m，汛期限制水位213.37 m，總庫容86.1×108m3，調節(jié)庫容59.68×108m3，防洪庫容23.68×108m3。

工程由主壩，左、右岸副壩、右岸岸坡溢洪道、右岸河床式電站廠房和兩岸灌溉引水洞(管)組成。壩頂高程221.00 m，壩頂總長7 180 m，主壩最大壩高41.5 m，副壩最大壩高23 m，溢洪道為岸坡開敞式，堰頂高程199.80 m，共11孔，孔寬12 m，采用底流消能;河床式電站廠房，主廠房尺寸(長×寬×高):149 m×26.10 m×60.64 m，地面敞開式開關站;灌溉引水建筑物為:左岸1－Φ2.0 m壩下有壓埋管式灌溉管，管長178.10 m，右岸1－Φ3.6 m壩下有壓隧洞式灌溉洞，洞長732.08 m。

1.2 工程地質條件

混凝土天然砂礫石骨料位于壩址下游約2～3.5 km的嫩江主流右側被3個支流分割的小島上，料場地面高程184～186.5 m，高出江水面1～2.5 m，江水位和地下水位高程183～183.5 m，料場在汛期易被洪水淹沒。料場地處嫩江低漫灘，上部為壤土、砂壤土、粉細砂，厚度約0.4～2.0 m，下部為砂卵石層，地下水埋深一般為1～4.0 m，砂卵石大部在水下，水下砂礫石實際勘探深度5～6 m。

1.3 天然骨料篩分系統(tǒng)施工特性

本系統(tǒng)的主要任務是生產混凝土天然成品骨料，成品骨料總需用量為192.74×104t。在天然砂礫石料中，大粒徑的骨料所占的比例很小，甚至沒有粒徑為150～80 mm的骨料(此類骨料由人工骨料破碎系統(tǒng)產生，本文不做闡述)，經骨料平衡計算，本工廠共需處理毛料202.42×104t。

2 篩分系統(tǒng)工程的重點和難點

1)在系統(tǒng)的布置區(qū)域臨近莫旗尼爾基鎮(zhèn)，需采取可靠的環(huán)境保護及文明施工等措施，防止噪音、粉塵、廢水等污染，確保城市的整體美觀。

2)系統(tǒng)布置區(qū)臨近樞紐需爆破開挖施工的溢洪道，其最小距離僅為150 m，在系統(tǒng)關鍵設施布置上，要盡可能遠離爆破施工區(qū)，以減小爆破施工對系統(tǒng)運行的影響，以減輕兩者之間的互相干擾。

3)采取可靠的措施保護系統(tǒng)區(qū)域內的供水塔，妥善處理廢水排放，嚴格按規(guī)范標準排放污水，并嚴格控制污水排放方向，不得污染水塔取水水源。

3 篩分系統(tǒng)設計、施工方案

3.1 天然骨料篩分工廠設計結構

根據毛料處理能力的要求，砂礫石加工廠篩分樓內的設備選擇為 2組二層 2YA1536園振篩二臺，第三層選擇2YA1536圓振篩兩臺，設在篩分樓底層的螺旋分級機選擇型號為FC－15，數(shù)量為兩臺。天然砂礫石料加工廠內設置暫存骨料堆和成品骨料堆，成品骨料堆的堆存量合計為61 873 t，其中天然骨料47 933 t，人工料13 940 t(根據成品料比例確定)，料堆下設膠帶輸送機，可直接將骨料送至拌和樓料倉。該工廠小時處理毛料量為450 t/h。篩分樓設一組篩分機，上層為直線園振篩YA1536，下層為2YA1536園振篩，毛料經破碎、篩分后，由膠帶輸送機及先輸送至暫存料堆，之后再輸送至YD10026搖臂堆料機分別堆存。

3.2 系統(tǒng)的施工

3.2.1 系統(tǒng)施工的基本原則

系統(tǒng)的建廠施工是本合同工程的重點，施工時需緊緊抓住有效施工期短的特點，合理組織人力物力資源，妥善安排施工程序，確保系統(tǒng)建設的如期完工，其施工技術措施編制主要原則如下:

1)按先主要后次要，先主體后附屬的原則，合理組織土建工程施工程序，多工序平行作業(yè)，開挖、混凝土澆筑及砌體工程等工序，連續(xù)作業(yè)，完成一個基礎開挖，則開始一個基礎的混凝土及砌體施工，確保今年結凍前，基本完成土建工程施工，必要時采用防凍混凝土，并認真確定待強期的混凝土的防凍方案，防止凍害發(fā)生。

2)在現(xiàn)場土建工程施工的同時積極組織設備的采購、運輸、檢修等工作，做到設備基礎完成一部分，則安裝一部分，盡可能減少冬季設備安裝的工作量。

3)設備的金屬結構桿件，盡可能在加工廠內組裝成型，現(xiàn)場連接部分盡可能采用螺栓連接，以減少現(xiàn)場焊接作業(yè)的工作量及施工難度，必須現(xiàn)場焊接的部位，采取可靠的保溫措施，確保焊接質量。

3.2.2 主要施工方法簡述

1)場地平整

系統(tǒng)布置工廠共分5個階地，分別采用推土機平整場地，局部土方的倒運應用EX210LC－5液壓反鏟裝15 t自卸汽車。

2)土石方開挖及回填

土方開挖主要設備采用EX210LC－5液壓反鏟，局部人工配合，石方開挖采用爆破開挖方式，爆破施工期嚴格進行飛石及最大一響起爆藥量的控制，回填區(qū)需要碾壓的部位，主要應用12 t震動碾碾壓，土石方運輸設備為15 t自卸汽車。

3)設備基礎混凝土施工

電站臨時拌和站拌和混凝土，根據澆筑部位分別采用吊車吊罐入倉或人工推車入倉澆筑。

4)工廠的設備及皮帶機安裝

工廠的設備最大件重21 t，考慮用45 t汽車吊進行安裝，其它設備及構件均采用16 t及8 t汽車吊根據設備和構件的重量分別進行安裝，在安裝過程中人工配合進行螺栓連接及焊接固定。

4 天然骨料開采施工

天然骨料開采主要為水下開挖，開挖施工設備為4 m3拉鏟及1.6 m3反鏟，裝運設備為CAT988BDE型號的5.4 m3裝載機及32 t自卸汽車。

4.1 覆蓋層(無用層)開采

覆蓋層的開采總量為:49.78萬m3，扣除簡易圍堰的填筑量，則為43.65 m3。

根據料場月開采能力9.2萬m3/月，計算覆蓋層每天開采量為790 m3/d。

施工方法:采用D85推土機推料，施工前期將覆蓋層推至簡易圍堰邊緣，砂礫石料開采已完成2～3個條帶后，覆蓋層推至已開采完成的區(qū)域，推距50 m以內。

4.2 砂礫石料開采

設4 m3拉鏟和1.6 m3液壓反鏟作業(yè)各一個工作面，分條帶進行開采，就近處理覆蓋層的無用料，4 m3拉鏟開采條帶的寬度為25 m，1.6液壓反鏟開采條帶寬度為20 m。

施工方法:根據我局在觀音閣等工程的施工經驗及現(xiàn)場條件，砂礫石料在運輸中，不將水灑在路面上，保證施工道路的正常運行，需將骨料進行先期脫水。采用4 m3拉鏟集料(脫水)，5.4 m3裝載機裝32 t自卸汽車運輸;1.6 m3長臂液壓反鏟集料(脫水)，3 m3裝載機裝15 t自卸汽車運輸。為使開采設備在旱地施工，4 m3拉鏟和1.6 m3長臂液壓反鏟開采時其下部回填砂礫石料。開采平均深度為6.0 m。

設備選擇:4 m3拉鏟生產率:729 m3/臺班(預算定額);日生產率:2 187 m3/d。

式中:Qh為單斗挖掘機的生產能力，T/h;qe為單斗有效裝車量，m3，3.40;γ1為物料的松散容重，t/m3，1.66;Tc為工作循環(huán)時間，min，1.0;E為工作條件系數(shù)，0.81;Qh=275.0 t/h，即4 m3拉鏟生產率:166 m3/h工作效率:0.6。

1.6 m3長臂液壓反鏟生產率:538 m3/臺班(預算定額);日生產率:2 679 m3/d。

經計算1.6 m3長臂液壓反鏟生產能力:161 t/h，97 m3/h，工作效率:0.7。

料場月開采能力92 000 m3/月，3 680 m3/d。

配備WB－4/40拉鏟1臺，1.6 m3長臂液壓反鏟2臺(備用1臺)，32 t自卸汽車4臺，15 t自卸汽車6臺，可以滿足施工需求。

4.3 砂礫料的篩分

根據天然料加工強度450 t/h，以及天然料開采運輸所選用的運輸設備(4臺32 t自卸汽車，6臺15 t自卸汽車)，受料地弄按受料容積440 m3設計，長25 m、寬4.4 m、高4 m，天然毛料堆按標書要求設置5 562 m3。地弄內設給料設備GZ－5型4臺，給料能力150 t/h，共計600 t/h，＞450 t/h，滿足給料能力。篩分樓上料皮帶機(9#)，選用TD75－8080型，皮帶機運輸能力經計算為693 t/h，＞450 t/h，滿足輸送能力。篩分樓篩洗分級設備選用YA1536兩臺(初篩)，2YA1536兩臺(復篩)，YA1536處理能力為100～350 t/h，篩孔尺寸3～80 mm，滿足加工要求。2YA1536圓振篩處理能力為100～350 t/h，篩孔尺寸3～80 mm，滿足加工強度433.71 t/h要求。洗砂設備選用2臺FC－15沉沒式螺旋分級機，24小時返砂量為2730T，每小時返砂量為113.75 t/h，2臺計227.5 t/h，＞150.75 t/h加工洗砂量。上述篩洗設備生產能力是經遼寧本溪觀音閣水庫與河北桃林口水庫天然砂石骨料加工廠得以證實。篩分樓出料皮帶均選用B650皮帶機，輸送能力為306 t/h，(帶速1.6 m/s)，大于最大輸送量205.29 t/h，所以均滿足加工輸送要求。

5 天然料生產工藝流程分析

天然混合料經自卸汽車運到受料地弄(或天然毛料堆)，經9#皮帶機直接運至篩分樓，經2組(2臺YA1536和2臺2YA1536)園振篩篩洗分級成80～40 mm、40～20 mm、20～5 mm共3種粗骨料，分別經12#、10#、11#皮帶機分別運至暫存料罐(φ8 m、高6 m)，及暫存料堆(20～5 mm)，＜5 mm的細骨料經2臺FC－15沉沒式螺旋分級機洗砂，經13#皮帶機運至暫存料罐(φ8 m、高6 m)，經14#、15#、16#皮帶機以及YD－10026型搖臂堆料機分別堆存，成品骨料運輸經17#、18 #、19#、20#分別運至拌合樓上料皮帶機。

詳見:骨料加工系統(tǒng)工藝流程圖。

6、臨時設施設計

6.1 施工道路

為保證該系統(tǒng)在工程施工中，各種原材料能正常進入施工現(xiàn)場，各種毛料、人工料運輸暢通;混凝土拌合廠、砂石骨料、人工骨料加工廠需設臨時施工道路，路面寬10 m，路基采用石碴填筑，厚度為50 cm，路面鋪20 cm厚的泥結石，路面設計總長為350 m。

施工中，采用T815型自卸汽車運送石碴，D85A推土機分層進行推平，并用12 t振動碾進行壓實;泥結石路面施工時，土方料在拌合站集中拌和，然后用5 t自卸汽車運至工作面，D85A推土機配人工攤平，用12 t振動碾靜壓5遍，振動碾壓3遍，確保路面質量。

6.2 施工用電

在指定的變電所10KV出口處取得電源，架設10KV線路，到天然骨料篩分系統(tǒng)設1臺S7－630KVA 10/0.4KV變壓器，供電范圍為天然骨料系統(tǒng)、骨料堆存及供應系統(tǒng)，負荷量為617 KW。

控制及信號系統(tǒng):篩分系統(tǒng)共分為4個子系統(tǒng)，分別為人工骨料系統(tǒng)、天然骨料系統(tǒng)、成品料堆存系統(tǒng)、成品料供應系統(tǒng)。分散和集中控制相結合，子系統(tǒng)皮帶之間采用聯(lián)鎖，以信號系統(tǒng)的信號作為聯(lián)絡信號，沿皮帶設多個停止按鈕。電機容量在30 KW以下的采用磁力起動，在30 KW以上的采用自耦降壓起動。天然骨料系統(tǒng)篩分樓分設集中控制。

生產照明:照明采用集中用投光燈照明，個別局部采用分散照明。在地弄內采用低壓36 V的照明系統(tǒng)。

備用電源:生產施工中，考慮備用2臺150 KW的柴油發(fā)電機組，作為應急電源。

6.3 施工及生活給排水

6.3.1 生活用水

生產高峰期人數(shù)為240人/d，按每人每天用水0.6 m3水計算，則每天生活用水量為144 m3?？紤]在高于187.3 m高程的嫩江灘地上挖一深井，設置生活供水泵房，選用3B33型水泵供水，其單臺流量為30 m3/h，并在生活區(qū)設置一個50 m3水箱。

6.3.2 砂石骨料篩分沖洗用水

砂石骨料篩分沖洗用水每噸骨料用水量1.5 t，根據天然料篩洗加工強度450 t/h，可知天然料篩分沖洗用水量為450 ×1.5=675 t/h;根據人工料篩洗加工強度199.63 t/h，可知人工料篩洗用水量為199.63×1.5=299.445 t/h?？傆盟繛?75 m3/h?？紤]在江邊灘地挖一引水渠，其斷面尺寸為:底寬1.0 m，深2.0 m，兩側坡比為1∶1。經明渠過流計算，其過流能力為0.42 m3/s，滿足生產需要的0.28 m3/s。

泵房防洪設計標準為10 a一遇(其洪水水位為187.3 m)，汛期設在188.3 m高程的岸邊，選用3臺200S－95A型水泵(其中1臺備用)和2臺300S－90B型水泵(其中1臺備用)供水。其中 200S－95A型水泵單臺流量為280 m3/h，揚程72 m，吸程5 m。300S－90B型水泵單臺流量為685 m3/h，吸程4.9 m，揚程67 m。兩臺200S－95A型水泵采用并聯(lián)的方式以11.5″的鋼管供水，300S－90B型水泵的出水管為12″鋼管。輸水管線用保溫材料進行保溫。

6.3.3 水泵安裝高程

300S－90B型水泵允許安裝高度為:

所以枯水期其安裝高程為184.7 m，汛期安裝高程為188.3 m。

200S－95A型水泵允許安裝高度為:

所以枯水期其安裝高程為184.7 m，汛期安裝高程為188.3 m。

6.3.4 骨料篩分沖洗用水水壓力

300S－90B型水泵供水水壓力為:67－h(huán)j－h(huán)f－(226－184.7)=67－41.3－5.5－0.87=19.33 m，即水壓力為1.933 kg/cm2，滿足沖洗用水水壓力要求。

圖1 骨料加工系統(tǒng)工藝流程圖

200S－95A型水泵供水水壓力為:72－h(huán)j－h(huán)f－(226－ 184.7)=72－6.9－0.94－41.3=23.36 m，即水壓力為2.336 kg/cm2，滿足沖洗用水水壓力要求。

6.3.5 施工排水

為防止雨水流入施工現(xiàn)場，在其上端布設0.8 m高的漿砌石擋水墻，使雨水匯入混凝土排水溝。天然骨料篩分樓排水由混凝土排水溝排入沉淀池中，經處理合格后排入江中。根據人工料篩洗排水量299.445 t/h，選用容量為3 000 m3的沉淀池。由直徑80 cm的鋼管排入到另一沉淀池中，經加藥處理合后格排入江中。

7 結束語

尼爾基三大系統(tǒng)相互關聯(lián)，本文中只闡述了自己對篩分系統(tǒng)的設計和施工。

在天然篩分系統(tǒng)中，由于受到地質條件影響，天然骨料開采料場天然級配失調嚴重，多以＜5 mm和20～5 mm的居多。暫存料罐為φ8 m、高6 m鋼罐制成，儲量為342 m3/個，設置3個料罐，(80～40 mm、40～20 mm、5～0.5 mm)，設置鋼制料罐主要是減少暫存料地弄長度，增加活容積量，20～5 mm設小料堆主要是在此處棄料，對成品料起到調節(jié)作用，以減少成品料堆的堆存壓力和降低生產費用。

尼爾基水電站三大系統(tǒng)以高水平、高質量的完成了骨料的破碎、篩分與拌合任務。先后參建了吉林白山電站篩分系統(tǒng)、河北桃林口電站篩分系統(tǒng)、遼寧本溪觀音閣電站篩分系統(tǒng)的設計和施工，通過不斷的總結、改進和提高施工工藝，積累了比較豐富的施工經驗，為以后進入云南水電站的施工奠定了良好的基礎。

［1］ 于永禎，林婉華，胡永旭，等.建筑施工手冊(第三版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1992.

［2］ 中國水利水電第六工程局技術科.觀音閣水庫砂石骨料篩分系統(tǒng)設計書［R］.丹東:中國水利水電第六工程局，1987.

［3］ 中國水利水電第六工程局技術科.桃林口水庫砂石骨料篩分系統(tǒng)設計書［R］.丹東:中國水利水電第六工程局，1992.