白鶴灘水電站大壩砂石加工系統(tǒng)工程整體規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)

莫讓華

（四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司，成都611130）

1 工程概述

電站裝機(jī)容量約16 000 MW。樞紐工程由攔河壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河壩為混凝土雙曲大壩，壩頂高程834 m，最大壩高289 m，壩下游設(shè)水墊塘和二道壩。泄洪設(shè)施包括大壩的6 個(gè)表孔、7 個(gè)深孔和左岸的3 條泄洪洞[1]。

2 砂石系統(tǒng)整體布置

砂石加工系統(tǒng)的整體布置原則是利用場(chǎng)地自然坡度和順山坡臺(tái)階進(jìn)行布置，盡可能避免膠帶機(jī)重載走上坡，這不僅可以降低能耗，同時(shí)，也能保證設(shè)備或者皮帶的使用壽命，降低成本，減少設(shè)備維護(hù)時(shí)間，提高系統(tǒng)利用率。

結(jié)合類似工程的經(jīng)驗(yàn)，關(guān)鍵設(shè)備采用技術(shù)領(lǐng)先、質(zhì)量可靠、單機(jī)生產(chǎn)能力大的國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備，粗骨料采用四級(jí)破碎、三級(jí)篩分、二級(jí)檢篩。成品砂采用棒磨機(jī)和沖擊式破碎機(jī)聯(lián)合制砂工藝，同時(shí)配置了成品砂回收裝置，保證了粗骨料生產(chǎn)級(jí)配及成品砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量靈活調(diào)整。

砂石加工系統(tǒng)的施工用水源頭位于高程為683 m 的金沙江，通過(guò)6 級(jí)泵站將水抽至高程為1 426 m 的3 000 m3水池，廢水通過(guò)污水處理系統(tǒng)后再返回水池。

2.1 料場(chǎng)開采

旱谷地料場(chǎng)的主要特點(diǎn)是：灰?guī)r地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，溶蝕、風(fēng)化較深，裂隙面銹染、斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖體完整性差，地質(zhì)條件復(fù)雜且規(guī)律性較差；料場(chǎng)灰?guī)r性脆，微裂隙較發(fā)育，因此，料場(chǎng)內(nèi)的有用料、無(wú)用料交錯(cuò)分布，給有用料開采的質(zhì)量控制帶來(lái)了一定的難度。

料場(chǎng)開采的總體原則是：覆蓋層剝離后，道路先行、提前開挖無(wú)用料、形成大平臺(tái)、局部采用臺(tái)階開挖、系統(tǒng)支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)。鑒于旱谷地料場(chǎng)的料源品質(zhì)較差，實(shí)行了料場(chǎng)開采精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

針對(duì)料場(chǎng)RQD 值（巖芯質(zhì)量指標(biāo)）較低的特點(diǎn)，不斷優(yōu)化了爆破參數(shù)，確定了少排數(shù)、大孔距、小排距、使用低爆速炸藥、調(diào)小主爆孔徑、提前清除爆破根底的爆破方案，優(yōu)化爆破后，物料的粒徑較好，粒徑＞80 mm 以上的毛料獲得率提高到了50%以上。

2.2 砂石系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

砂石加工系統(tǒng)的規(guī)模設(shè)計(jì)按滿足混凝土高峰時(shí)段的澆筑工作量（260 000 m3/月）進(jìn)行，大壩工程以四級(jí)配為主（根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，四級(jí)配占比約70%），參考大壩四級(jí)配混凝土的粗骨料推薦比例：特大石∶大石∶中石∶小石=30%∶30%∶20%∶20%，考慮到灰?guī)r的特性為易跌碎和易磨損，因此，粗骨料生產(chǎn)比例按特大石∶大石∶中石∶小石=30%∶30%∶20%∶20%進(jìn)行骨料級(jí)配設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)生產(chǎn)成品砂的石粉含量、細(xì)度模數(shù)、粒徑＜0.08 mm的微粒含量控制指標(biāo)比DL/T 5144—2015《水工混凝土施工規(guī)范》的要求更為嚴(yán)格，要求石粉含量控制在10%～14%（水洗）、細(xì)度模數(shù)控制在2.7±0.1，粒徑＜0.08 mm 的微粒含量＜9%，因此，保證成品砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量是制砂工藝的控制重點(diǎn)。

2.2.1 粗骨料工藝設(shè)計(jì)

粗碎車間→半成品堆場(chǎng)→一篩車間和1#檢篩車間→中、細(xì)碎車間、二篩車間，三篩、四篩車間、超細(xì)碎車間和2#檢篩車間。

各平臺(tái)通過(guò)場(chǎng)內(nèi)道路連接，各平臺(tái)平整時(shí)預(yù)留1%的斜坡（便于排水），各平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝和邊坡支護(hù)，排水溝和系統(tǒng)各車間的污水溝互不干擾。

2.2.2 成品砂工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)料場(chǎng)巖石特性，本系統(tǒng)選取沖擊式破碎機(jī)+棒磨機(jī)聯(lián)合制砂工藝。

1）細(xì)度模數(shù)調(diào)節(jié)

中、細(xì)碎車間和超細(xì)碎車間均產(chǎn)有成品砂，三、四篩最下層篩網(wǎng)均采用3 mm 的篩孔，產(chǎn)出粗砂細(xì)度模數(shù)在2.7±0.1，棒磨機(jī)產(chǎn)砂穩(wěn)定性強(qiáng)，產(chǎn)出細(xì)砂細(xì)度模數(shù)穩(wěn)定在2.3±0.1，粗砂、細(xì)砂按照一定比例摻和入倉(cāng)。

2）石粉含量精確添加

本系統(tǒng)主要通過(guò)細(xì)砂回收裝置、高壓隔膜壓濾機(jī)、石粉脫水機(jī)以及破碎機(jī)進(jìn)料方式來(lái)靈活調(diào)節(jié)砂的石粉含量。當(dāng)砂的石粉含量較高時(shí)，對(duì)高壓隔膜壓濾機(jī)和石粉脫水機(jī)回收石粉外棄，控制棒磨機(jī)的進(jìn)料量或減少?zèng)_擊式破碎機(jī)旁路的進(jìn)料比例，可降低砂的石粉含量。當(dāng)砂的石粉含量較低時(shí)，采用細(xì)砂回收裝置，利用高速離心分離原理，從沖洗車間產(chǎn)生的廢水中回收細(xì)砂及部分石粉。同時(shí)，控制沖擊式破碎機(jī)的進(jìn)料量或增加棒磨機(jī)旁路的進(jìn)料比例，回收部分高壓隔膜壓濾機(jī)和石粉脫水機(jī)產(chǎn)生的石粉，以提高成品砂的石粉含量。

3）主要設(shè)備選型與配置

破碎設(shè)備是砂石系統(tǒng)的主要設(shè)備，基于破碎設(shè)備以及巖石的適應(yīng)性和破碎特點(diǎn)，本加工系統(tǒng)均采用技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定的進(jìn)口破碎設(shè)備，篩分設(shè)備主要根據(jù)篩分物料粒徑和生產(chǎn)工藝要求，采用振動(dòng)篩和高頻篩。

4）廢水處理工藝

本系統(tǒng)生產(chǎn)的廢水主要是各個(gè)車間的骨料沖洗用水，廢水處理后回收利用，回收用水懸浮物（SS）濃度需控制在70 mg/L 以下。根據(jù)系統(tǒng)濕法生產(chǎn)工藝和料場(chǎng)巖性特點(diǎn)，廢水處理選擇機(jī)械預(yù)處理+輻流沉淀池+機(jī)械壓濾脫水工藝。

2.3 系統(tǒng)工藝改造

1）為解決一篩后的細(xì)渣過(guò)量給洗石設(shè)備帶來(lái)的嚴(yán)重負(fù)荷，減輕污水處理系統(tǒng)的過(guò)度負(fù)荷，以及提高成品砂的質(zhì)量品質(zhì)，將半成品骨料粒徑＜5 mm 的細(xì)渣進(jìn)行剔除，粒徑＜5 mm 的細(xì)渣約占半成品骨料的5%。

2）進(jìn)一步中石、小石整形，原工藝中，三、四篩共同生產(chǎn)的中石、小石進(jìn)入成品倉(cāng)，其中，三篩生產(chǎn)的中石、小石粒徑品質(zhì)比四篩差，四篩車間生產(chǎn)的中石、小石經(jīng)CV229 破碎機(jī)整形后，其粒徑品質(zhì)較好。為進(jìn)一步提升中石、小石粒徑品質(zhì)，將四篩生產(chǎn)的中石、小石單獨(dú)放入成品倉(cāng)，將三篩生產(chǎn)的中石、小石作為中間產(chǎn)品不再直接放入成品倉(cāng)，通過(guò)增設(shè)1 條膠帶機(jī)和改造中石、小石的料斗，將中石、小石送至超細(xì)碎車間進(jìn)行整形處理，最后進(jìn)入對(duì)應(yīng)的成品倉(cāng)。原工藝中，中石、小石的針片狀含量約控制在10%，進(jìn)一步整形后中石、小石的針片狀含量約控制在5%。

3）成品砂技術(shù)指標(biāo)微調(diào)，根據(jù)專家組咨詢意見，在系統(tǒng)工藝完成固化并穩(wěn)定運(yùn)行后，對(duì)成品砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量、粒徑＜0.08 mm 的微粒含量等指標(biāo)進(jìn)行微調(diào)，細(xì)度模數(shù)由原來(lái)的2.6±0.1 調(diào)整為2.7±0.1，石粉含量由原來(lái)的10%～17%（水洗）調(diào)整為10%～14%，微粒含量宜由＜9%調(diào)整為＜9%。增加1 臺(tái)棒磨機(jī)和1 條膠帶機(jī)，對(duì)超細(xì)碎車間和棒磨車間進(jìn)行了工藝優(yōu)化，確保了成品砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量、微粒含量持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，大大改善了大壩混凝土的流動(dòng)性及和易性，也減少了大壩混凝土振搗后產(chǎn)生的浮漿。

2.4 渣場(chǎng)管理

系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，將旱谷地兩側(cè)的小紅巖溝和大彎子溝作為永久堆渣場(chǎng)地，這不僅需要考慮渣場(chǎng)自身的穩(wěn)定性，還需要考慮本系統(tǒng)在建筑安裝期、運(yùn)行期的防洪度汛，以及移交當(dāng)?shù)卣南嚓P(guān)資料和永久防洪度汛。

大灣子溝為棄渣場(chǎng)，規(guī)劃占地面積100 000 m2，規(guī)劃總?cè)萘考s15 000 000 m3，填筑高程范圍為1 235～1 450 m，每間隔15 m 設(shè)置一級(jí)馬道，馬道寬度3 m，堆渣邊坡坡比為1∶2.5～1∶1.8。渣場(chǎng)設(shè)置盲溝，從上至下分別設(shè)置擋水壩、永久排水明渠、擋渣壩、混凝土面板，堆渣永久邊坡后期采用植被綠化。

小紅巖溝為成品骨料堆存場(chǎng)、堆渣和道路填溝，容量規(guī)劃約760 000 m3。填筑高程范圍為1 215～1 370 m，每間隔20 m設(shè)置一級(jí)馬道，馬道寬3 m，每2 級(jí)馬道設(shè)置排水溝，堆渣邊坡坡比為1∶2～1∶1.8。渣場(chǎng)設(shè)置盲溝，從上至下分別設(shè)置格柵壩、擋水壩、永久排水明渠、過(guò)水箱涵、混凝土貼坡、擋渣壩，堆渣永久邊坡后期采用植被綠化。

2.5 壩區(qū)存料堆場(chǎng)

在白鶴灘水電站壩區(qū)高程888 m 的平臺(tái)布置成品骨料堆場(chǎng)，堆場(chǎng)容積為100 000 m3，為高低線混凝土生產(chǎn)供應(yīng)骨料，活容積滿足大壩高峰期5 d 的澆筑工程量。

3 結(jié)語(yǔ)

1）專家組評(píng)價(jià)：白鶴灘水電站大壩砂石加工系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)合理，在料源先天不足的條件下生產(chǎn)的成品骨料質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定（粗骨料生產(chǎn)和出廠的合格率均在99.5%以上，成品砂生產(chǎn)和出廠的合格率均在99.8%以上），特大石、大石的粒型較好，中石、小石的針片狀較少，成品砂的石粉含量控制精確和分布均勻。

2）通過(guò)大壩灰?guī)r骨料一條龍?jiān)囼?yàn)總結(jié)，特大石在骨料堆場(chǎng)高位運(yùn)輸時(shí)的跌落損失為3%，長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)牡鋼p失為12%，在壩區(qū)質(zhì)量交接點(diǎn)的跌落損失基本在22%～25%，低線系統(tǒng)的特大石再通過(guò)高程768 m 的骨料罐中間倉(cāng)后的遜徑實(shí)際上已達(dá)到30%以上，高線系統(tǒng)的特大石再經(jīng)過(guò)高線場(chǎng)外線后的遜徑基本上達(dá)到了40%（大石的跌損約為特大石的50%，中石、小石幾乎沒有跌損）。通過(guò)每月高低線拌和樓的衡量層匯總統(tǒng)計(jì)與皮帶秤的過(guò)磅量進(jìn)行對(duì)比，特大石在低線系統(tǒng)的實(shí)際消耗量占過(guò)磅量為65%（高線系統(tǒng)為60%），在大壩集中澆筑四級(jí)配混凝土?xí)r造成特大石供應(yīng)緊張，短時(shí)間內(nèi)（1 周）特大石供應(yīng)占粗骨料比例達(dá)到45%，一段時(shí)間內(nèi)（2 個(gè)月）特大石供應(yīng)占粗骨料比例達(dá)到35%，導(dǎo)致本系統(tǒng)粗骨料生產(chǎn)不匹配。采取措施：骨料加工系統(tǒng)上通過(guò)爆破參數(shù)優(yōu)化獲得更多的大塊石來(lái)提高特大石的產(chǎn)能，大壩上通過(guò)四級(jí)配混凝土粗骨料級(jí)配的特大石由原來(lái)的30%下調(diào)到25%、再進(jìn)一步下調(diào)到23%后，本加工系統(tǒng)的粗骨料生產(chǎn)級(jí)配達(dá)到平衡。

3）本系統(tǒng)對(duì)所有的道路進(jìn)行硬化，對(duì)系統(tǒng)邊坡和道路周邊進(jìn)行綠化，按照工廠化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行本系統(tǒng)運(yùn)行。

4）成品骨料運(yùn)輸成立車輛安全管理和調(diào)度中心實(shí)行車輛識(shí)別+GPS 定位+司機(jī)室安裝監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)車輛和駕駛員的基本信息、日常維護(hù)保養(yǎng)和強(qiáng)制二級(jí)維護(hù)保養(yǎng)、日常安全教育和培訓(xùn)、巡視檢查記錄等及時(shí)錄入，對(duì)車輛的載重、違章等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)錄入，全程對(duì)所有車輛時(shí)時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，保證了車輛的完好性，規(guī)范了駕駛員的駕駛習(xí)慣，確保了成品骨料運(yùn)輸?shù)慕煌ò踩?/p>