溪洛渡水電站大壩工程混凝土骨料加工、運(yùn)輸和儲存方案深化研究

肖雁鳴，呂 衛(wèi)，曹駕云

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

1 前 言

溪洛渡水電站位于金沙江下游，距宜賓市184km(河道里程)，左岸距四川省雷波縣城約15km，右岸距云南省永善縣城約8km，是一座以發(fā)電為主，兼有攔沙、防洪和改善下游航道條件等綜合利用效益的巨型水利水電樞紐。

電站樞紐由混凝土雙曲拱壩攔河大壩、壩后水墊塘及二道壩、左右岸泄洪系統(tǒng)、左右岸引水發(fā)電系統(tǒng)組成。大壩最大壩高285.5m，電站總裝機(jī)容量13 860MW。

溪洛渡水電站土石開挖總量約4 000萬m3(其中土石方明挖約2 560萬 m3，石方洞挖1 440萬m3)，混凝土、噴混凝土總量約1 350萬m3。

2 可行性研究設(shè)計方案

溪洛渡工程有大量的開挖玄武巖石碴料，其數(shù)量和質(zhì)量均可滿足工程要求;灰?guī)r為混凝土人工骨料的理想料源，但大戲廠II區(qū)灰?guī)r料場運(yùn)距較遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)上劣于回采玄武巖石碴料。為充分發(fā)揮灰?guī)r作人工骨料技術(shù)上的優(yōu)勢，可行性研究階段經(jīng)大量的混凝土物理力學(xué)試驗(yàn)和論證比較，推薦大壩工程(包括水墊塘、二道壩)混凝土采用玄武巖粗骨料及灰?guī)r細(xì)骨料，其它單項工程混凝土全部采用玄武巖粗細(xì)骨料。

大壩工程混凝土粗骨料加工廠布置在右岸下游塘房坪回采渣場附近，料源為地下洞室開挖玄武巖石碴，距壩址直線距離約為1km。細(xì)骨料加工廠布置在左岸上游的大戲廠II區(qū)灰?guī)r料場附近，料源為開采大戲廠II區(qū)灰?guī)r料場，距壩址直線距離約為4～5km。

大壩工程高線混凝土系統(tǒng)布置于右岸壩頭610m高程，成品粗骨料由B1200mm膠帶輸送機(jī)自塘房坪粗骨料加工廠成品料堆運(yùn)至該系統(tǒng)705m高程的4個粗骨料豎井(Φ12m)堆存。細(xì)骨料在第十年汛前由膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸，之后少量混凝土細(xì)骨料由自卸汽車從大戲廠細(xì)骨料加工廠運(yùn)至細(xì)骨料豎井。低線混凝土系統(tǒng)布置于二道壩與下游圍堰之間的基坑內(nèi)，粗細(xì)骨料均采用自卸汽車運(yùn)輸方式。

3 深化研究的提出

溪洛渡水電站大壩工程招標(biāo)前，隨著籌建準(zhǔn)備工程的深入開展，現(xiàn)場部分施工條件較可行性研究階段發(fā)生了一些變化，主要表現(xiàn)在:

(1)場內(nèi)干線公路延伸至大戲廠施工場地，該場地緊鄰征地紅線，紅線外居民較多。

(2)右岸上游的馬家河壩渣場取消后，場地除滿足導(dǎo)流工程(后期交引水發(fā)電系統(tǒng)工程)施工需要外，上游端仍有約7萬m2的場地未利用。

(3)馬家河壩渣場取消后，右岸高線公路(4號公路)車流量相對減小，具備研究替代馬家河壩至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)膠帶機(jī)隧洞的可行性。

(4)高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)骨料豎井施工工程大，而右岸高線公路隧洞進(jìn)口已形成的場地較開闊，且距混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)較近，具備布置成品骨料罐的條件。

鑒于以上變化，大壩工程招標(biāo)設(shè)計階段開展了大壩混凝土骨料加工、運(yùn)輸和儲存方案的深化研究工作。

4 細(xì)骨料加工廠廠址設(shè)置研究

大壩工程混凝土細(xì)骨料加工廠廠址設(shè)置擬定了三個方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

方案一:可研推薦方案，即細(xì)骨料加工廠設(shè)置在大戲廠工區(qū)。

方案二:細(xì)骨料加工廠設(shè)置在馬家河壩工區(qū)。大戲廠Ⅱ區(qū)灰?guī)r料場開采的毛料采用膠帶機(jī)運(yùn)輸，蓄水后少量混凝土所需細(xì)骨料采用在馬家河壩備料方式。

方案三(1):加工廠拆分設(shè)置。初碎車間和半成品堆場設(shè)置在大戲廠工區(qū)，預(yù)篩分、中碎、制砂以及主篩分等車間、成品料堆場布置在馬家河壩工區(qū)。半成品自大戲廠至馬家河壩運(yùn)輸方式同方案二。

方案三(2):加工廠拆分設(shè)置。初碎、半成品堆場、預(yù)篩分、中碎車間設(shè)置在大戲廠工區(qū)，制砂以及主篩分車間、成品料堆場布置在馬家河壩。小于40mm級碎石運(yùn)輸方式同方案二。

各方案從施工場地布置條件、施工干擾、系統(tǒng)布置、工程管理等方面進(jìn)行技術(shù)比較，從加工廠土建費(fèi)用、毛料(成品料或半成品料)運(yùn)輸費(fèi)用、膠帶輸送機(jī)(含棧橋)建安費(fèi)用等方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較后，可研方案、方案三(1)和方案三(2)差別不大。若考慮一旦塘房坪渣場儲備的石渣量不能滿足大壩工程混凝土的需求，而需開采大戲廠Ⅱ區(qū)灰?guī)r料場予以補(bǔ)充這一特殊情況時，方案三(1)有其他兩方案不可替代的優(yōu)越性，因此從提高大壩工程混凝土骨料供應(yīng)的保證率上考慮，推薦方案三(1)。

5 細(xì)骨料運(yùn)輸和儲存方案研究

該項研究主要是對利用右岸高線公路運(yùn)輸大壩工程混凝土細(xì)骨料的可行性進(jìn)行分析，并與可研方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。本項研究工作開展前，右岸高線公路已實(shí)施完成，其隧洞進(jìn)口為壩址下游花椒灣溝左側(cè)590m高程，出口為馬家河壩工區(qū)610m高程，長3 064m，路面寬度9m。隧洞外側(cè)從下游向上游方向，依次布置有高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)出場道路、上壩道路、高線混凝土系統(tǒng)進(jìn)車道路、高線混凝土系統(tǒng)回車道路以及廠房進(jìn)口施工支線道路等，內(nèi)側(cè)布置有出線豎井交通洞。隧洞布置有2個轉(zhuǎn)彎半徑為350m的彎道。右岸高線公路的主要功能除滿足右岸廠房進(jìn)水口工作面、右岸泄洪洞進(jìn)口工作面的施工通道外，部分隧洞段還作為大壩工程混凝土澆筑循環(huán)運(yùn)輸通道。

可研方案具體為:大壩工程混凝土細(xì)骨料自馬家河壩至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，通過膠帶機(jī)隧洞由膠帶機(jī)直接運(yùn)至705m高程的2個細(xì)骨料豎井(Φ10m)，經(jīng)過2～3d的自然冷卻后，通過布置在豎井底部洞內(nèi)的膠帶機(jī)直接運(yùn)至拌和樓細(xì)骨料儲料倉。細(xì)骨料豎井總?cè)萘繛? 000m3，可以滿足混凝土澆筑高峰期2～3d的用量。膠帶機(jī)隧洞長度約2.9km。

取消膠帶運(yùn)輸機(jī)隧洞，利用右岸高線公路隧洞布置膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸成品細(xì)骨料有以下三種情況:

(1)通過在右岸高線公路隧洞內(nèi)布置膠帶機(jī)，將成品細(xì)骨料自馬家河壩運(yùn)輸至大壩下游隧洞口，再轉(zhuǎn)公路運(yùn)輸方式運(yùn)至大壩高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)705m高程細(xì)骨料豎井，細(xì)骨料運(yùn)輸總距離達(dá)8km以上，較可研方案，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均沒有優(yōu)勢，該方案可以舍棄。

(2)不考慮705m高程細(xì)骨料豎井，通過在右岸高線公路隧洞和高線混凝土系統(tǒng)進(jìn)車道路隧洞內(nèi)布置膠帶輸送機(jī)，直接將成品細(xì)骨料運(yùn)至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)610m高程平臺，細(xì)骨料運(yùn)輸距離僅3km，與可研方案相當(dāng)。但高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)610m高程平臺通過大開挖，強(qiáng)支護(hù)形成，場地極其有限，不具備布置滿足大壩高峰強(qiáng)度2～3d用量要求的成品料堆或料罐。因此，該方案技術(shù)上是不成立的。

(3)保留705m高程細(xì)骨料豎井。(2)中細(xì)骨料運(yùn)輸至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)610m高程平臺后，再通過膠帶機(jī)運(yùn)至細(xì)骨料豎井?？紤]到高線混凝土系統(tǒng)進(jìn)車道路隧洞口至細(xì)骨料豎井高差有95m，而水平距離不足70～100m，常規(guī)膠帶輸送機(jī)不能滿足運(yùn)輸要求，需采用垂直膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸。與可研方案相比，該方案減少了2.9km的膠帶輸送機(jī)隧洞，細(xì)骨料總運(yùn)輸距離相當(dāng)，需增加1條垂直膠帶運(yùn)輸機(jī)。

以下在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上對(3)進(jìn)行分析。

如圖1、2，右岸高線公路隧洞內(nèi)布置B800膠帶機(jī)后，僅能作為單車道隧洞使用。根據(jù)對大壩、右岸廠房進(jìn)水口、右岸泄洪洞施工總進(jìn)度計劃和料物流向的分析，單車道隧洞運(yùn)行工況差，運(yùn)輸能力將嚴(yán)重影響上述部位的施工進(jìn)度。

圖1 直線段膠帶機(jī)布置示意

圖2 跨支線道路膠帶機(jī)布置示意

另外，如圖3，大壩混凝土澆筑是利用右岸高線公路隧洞作為混凝土循環(huán)運(yùn)輸通道的一部分，運(yùn)輸線路為:高線混凝土系統(tǒng)→纜機(jī)起吊平臺→回車道路→右岸高線公路隧洞→進(jìn)車道路→高線混凝土系統(tǒng)。一旦大壩開始澆筑，右岸高線公路隧洞回車道路和進(jìn)車道路之間只能從上游向下游方向單向通行，整個右岸高線下游向上游方向的通行將阻斷。為了確保大壩混凝土澆筑施工順利進(jìn)行，在高線混凝土系統(tǒng)進(jìn)車、回車道路之間還需要增設(shè)旁洞，旁洞和右岸高線公路隧洞互為備用，以保證大壩混凝土運(yùn)輸通道的順暢。

綜上所述，右岸高線公路隧洞替代膠帶輸送機(jī)隧洞，技術(shù)上通過采取一定措施后雖然可行，但右岸高線公路隧洞的運(yùn)行工況差，運(yùn)輸能力將嚴(yán)重降低。

經(jīng)濟(jì)上，參照可研階段價格水平，該方案較可研方案僅減少投資約160萬元。

綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，推薦維持可研方案不變。

6 粗骨料儲存和運(yùn)輸方案研究

針對現(xiàn)場實(shí)際場地條件，大壩工程招標(biāo)設(shè)計階段擬定了“洞口方案”和“塘房坪方案”進(jìn)行研究，目的是分析取消高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)705m高程4個粗骨料豎井的可行性。

圖3 右岸高線公路隧洞、膠帶機(jī)隧洞、高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)平面布置

6.1 洞口方案

右岸高線公路隧洞進(jìn)口外側(cè)場地為13層頂部平臺，平臺基礎(chǔ)為玄武巖。場地平均寬度約50m，長度約150m，高程范圍為580～600m，距高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)直線距離約0.8～1.1km，距塘房坪粗骨料加工廠成品料堆直線距離0.25km。

根據(jù)隧洞進(jìn)口場地條件，經(jīng)布置規(guī)劃，成品粗骨料儲存選用料罐型式，規(guī)劃布置8個，斷面D12m，高度30m，總?cè)萘烤S持可研容量不變。成品粗骨料自塘房坪粗骨料加工廠成品料堆，采用膠帶機(jī)運(yùn)輸方式運(yùn)至洞口成品料罐。成品料罐至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)也采用膠帶機(jī)運(yùn)輸方式，膠帶機(jī)布置有以下兩種可能線路:

線路一:自洞口600m高程至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)635m高程二次篩分車間，膠帶機(jī)均勻布置在外側(cè)坡面上。由于外側(cè)邊坡均為開挖陡坡，膠帶機(jī)排架與下方最近的馬道平均高度為20～30m，最高可能達(dá)到50m。

線路二:設(shè)置卸料豎井和平洞，將粗細(xì)骨料運(yùn)至泄洪洞4號補(bǔ)氣洞馬道上，再通過布置在馬道上的膠帶機(jī)運(yùn)輸至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)二次篩分車間。

6.2 塘房坪方案

直接利用塘房坪粗骨料加工廠成品料堆作為高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)料堆，成品粗骨料通過膠帶機(jī)自塘房坪粗骨料加工廠成品料堆運(yùn)至705m高程平臺，通過卸料豎井(規(guī)模遠(yuǎn)小于可研的骨料豎井)、豎井底部的膠帶機(jī)平洞運(yùn)至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)二次篩分車間。

6.3 方案比較

6.3.1 運(yùn)輸條件比較

可研方案，粗骨料采用膠帶機(jī)運(yùn)輸至705m高程粗骨料豎井后，通過底部廊道內(nèi)的膠帶機(jī)運(yùn)輸至高線混凝土系統(tǒng)二次篩分車間，水平總運(yùn)距1.0km，其中塘房坪至705m高程平臺的膠帶機(jī)布置在6號公路外側(cè)。由于6號公路外側(cè)為14層頂部，公路施工后留下一狹長的條帶，正好可以布置膠帶機(jī)，并且6號公路可作為膠帶機(jī)安裝、維護(hù)和檢修的施工通道，因此運(yùn)輸條件較好。

洞口方案，粗骨料通過膠帶機(jī)，首先從塘房坪粗骨料加工廠成品料堆運(yùn)輸至4號公路進(jìn)口料罐，在通過線路(1)或(2)運(yùn)輸至高線混凝土系統(tǒng)二次篩分車間，水平總運(yùn)距1.2km。線路(1)或(2)在開挖陡坡或馬道上架設(shè)膠帶機(jī)，施工和運(yùn)行難度均較大。

塘房坪方案，粗骨料自塘房坪粗骨料加工廠至高線混凝土系統(tǒng)，水平運(yùn)距、膠帶機(jī)布置等均與可研方案相同。

6.3.2 高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行條件比較

可研方案，成品骨料豎井緊臨高線混凝土拌和系統(tǒng)，成品骨料豎井的儲存容量為混凝土澆筑高峰期的2～3天，滿足施工組織設(shè)計規(guī)范的要求。根據(jù)高線混凝土系統(tǒng)平面布置圖，細(xì)骨料自豎井至拌和樓，膠帶機(jī)(1號拌和樓1條，2號拌和樓與1號拌和樓公用1條，并增設(shè)1條)運(yùn)輸距離最長70m;粗骨料自豎井至二次篩分樓，膠帶機(jī)(1條)運(yùn)輸距離約80m。由于成品料運(yùn)輸是通過短膠帶機(jī)與高線混凝土系統(tǒng)連為整體，有利于混凝土系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)度和運(yùn)行，保證率較高。

洞口方案，成品骨料料罐距拌和樓的距離約為1km。按照《水利水電工程混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)則》6．3．1款，在輪換上料時，骨料供料點(diǎn)至拌和樓的運(yùn)輸間距宜在300m以內(nèi);按照《水利水電工程施工組織設(shè)計手冊》，堆料場至拌和樓的距離不宜過長，當(dāng)采用一條膠帶機(jī)向一座樓供料時，從供料點(diǎn)到拌和樓的距離以小于300m為宜，一般不超過500m。顯然，洞口方案遠(yuǎn)超《水利水電工程混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)則》和《設(shè)計施工組織設(shè)計手冊》建議的運(yùn)輸距離，成品料罐作為混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)成品骨料調(diào)節(jié)的功能被削弱。國內(nèi)類似工程，如二灘、小灣、龍灘等，混凝土系統(tǒng)成品料料堆(豎井、料罐)距混凝土系統(tǒng)的距離均未超過300m。

塘房坪方案，直接利用塘房坪粗骨料加工廠成品料堆為混凝土系統(tǒng)的調(diào)節(jié)料堆，由于成品料堆距離拌和樓二次篩分車間水平運(yùn)距同樣達(dá)到1km，與洞口方案相同，成品料堆作為混凝土系統(tǒng)成品骨料調(diào)節(jié)的功能同樣被削弱。

因此，從成品料供應(yīng)的調(diào)節(jié)能力和大壩混凝土生產(chǎn)的保證性上分析，可研方案較優(yōu)。

6.3.3 對大壩混凝土溫控的影響

可研方案，粗骨料采用地下豎井儲料方式，骨料經(jīng)過豎井2～3天的自然冷卻后，溫度有所下降，有利于溫控。

洞口方案，粗骨料儲存采用地面料罐方式，地面料罐自然冷卻效果不如地下豎井方案。在《三峽水利樞紐混凝土工程溫度控制研究》“骨料和砂的堆存”中曾介紹，夏季地下廊道平均溫度較地面廊道要低5～7℃。由此，可以推斷，地下豎井中的骨料經(jīng)自然冷卻后，溫度肯定較料罐內(nèi)骨料溫度要低。此外成品骨料自料罐至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)約1km的運(yùn)輸過程中，骨料的溫度會受到氣溫的影響而存在一定的溫升。骨料溫度的升高，將導(dǎo)致拌和系統(tǒng)預(yù)冷設(shè)備容量增加，骨料預(yù)冷時間增長，預(yù)冷費(fèi)用增高。

塘房坪方案，粗骨料直接從塘房坪粗骨料加工廠成品料堆至拌和系統(tǒng)二次篩分車間，粗骨料也沒有一個自然冷卻的過程。

從有利于骨料溫度控制方面分析，可研方案較優(yōu)。

6.3.4 經(jīng)濟(jì)方面

參照可研階段價格水平，在不考慮溫控費(fèi)用增加的情況下，洞口方案較可研方案節(jié)約投資約590萬元，塘房坪方案較可研方案節(jié)約投資約1 524萬元。

溫控費(fèi)用估算如下:根據(jù)可研報告，高線混凝土制冷系統(tǒng)一次風(fēng)冷將骨料從27℃降至12℃，降溫幅度為15℃，一次風(fēng)冷單價為9.76元/m3，單位體積混凝土骨料每下降1℃的一次風(fēng)冷費(fèi)用為0.65元。洞口方案、塘房坪方案成品骨料的地面儲存方式與可研方案的地下豎井儲存方式相比，含約1km膠帶機(jī)運(yùn)輸期間的溫升，初步估計骨料溫度要高約3～5℃，平均按照4℃考慮，一次風(fēng)冷費(fèi)用增加約1 330萬元?？紤]到骨料溫度較高時，一次風(fēng)冷費(fèi)用有一定的折減，按60%折算，一次風(fēng)冷費(fèi)用約800萬元。

技術(shù)上，可研方案在粗骨料運(yùn)輸、混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行管理、溫控措施、保證大壩混凝土澆筑強(qiáng)度等技術(shù)方面，較洞口方案和塘房坪方案具有明顯優(yōu)勢;經(jīng)濟(jì)方面，在不考慮溫控費(fèi)用增加時，較洞口方案僅高約590萬元，較塘房坪方案高約1 520萬元。參照國內(nèi)相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)，從保證大壩混凝土質(zhì)量和澆筑強(qiáng)度方面考慮，仍推薦可研方案。

7 結(jié) 語

溪洛渡水電站大壩工程招標(biāo)時，細(xì)骨料加工廠設(shè)置按照本文中的方案三(1)進(jìn)行招標(biāo)，不同的是大戲廠至馬家河壩半成品料的運(yùn)輸方式，由可研推薦的膠帶機(jī)運(yùn)輸方式調(diào)整為公路運(yùn)輸方式;同時擴(kuò)大馬家河壩加工廠半成品和成品料堆的規(guī)模，半成品堆料場的容量要求不小于20萬m3，成品堆料場容量不小于30萬m3。

細(xì)骨料自馬家河壩至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)、粗骨料自塘房坪粗骨料加工廠至高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)輸方式以及高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)成品粗、細(xì)骨料的儲存方式，均采用可研方案。實(shí)施階段，高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)增設(shè)了旁洞作為混凝土循環(huán)運(yùn)輸通道，以保證右岸高線公路的正常通行。