阿爾塔什水利樞紐工程砂石加工系統設計

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐位于新疆西南部喀什地區莎車縣境內阿爾塔什村西的葉爾羌河上，是以生態、灌溉、防洪、發電為開發目標的控制性水利樞紐工程。水庫總庫容22.45億m3，正常蓄水位1820m，最大壩高164.8m，電站裝機容量755MW(4×175MW+2×27.5MW)。本樞紐為大(1)型Ⅰ等工程。擋水建筑物、泄洪洞及發電洞進水口為1級建筑物；發電引水隧洞、電站廠房、生態基流引水洞及其廠房為2級建筑物；臨時建筑物為4級。工程計劃施工總工期74個月，2015年4月開工，2021年5月工程完工。

樞紐主要建筑物有：攔河壩(混凝土面板砂礫石堆石壩)、1號和2號表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1號和2號深孔放空排沙洞、發電引水系統、電站廠房、生態基流發電系統和發電廠房等。兩條發電洞、1號深孔放空排沙洞、生態基流發電洞和發電廠房布置在右岸，導流洞、兩條溢洪洞、中孔泄洪洞、2號深孔放空排沙洞布置在左岸。

2 砂礫石料場分布及料場選擇

初步設計階段詳細勘查了五個天然砂礫石料場：C1、C2、C3、C4和C4-1。五個砂礫料場均位于壩址至發電廠房區河漫灘及Ⅰ級階地上，為全新統沖積砂礫石，洪水期均位于水下。

2.1 料場選擇

由于C1和C2料場位于壩址上游，工程截流后基本被淹沒，不宜選作主體工程混凝土骨料場，但可用作籌建準備工程項目的混凝土骨料料源。C3和C4-1料場位于壩址下游，結合建筑物布置及運輸距離等因素，選擇C3料場提供大壩樞紐施工區的混凝土骨料，C4-1料場提供廠房施工區的混凝土骨料。

本文主要以C3料場為代表，論述主體工程施工期大壩樞紐區的混凝土骨料的平衡計算及開采加工工藝。

2.2 C3砂礫石料場儲量及質量

C3料場為砂礫石主料場，位于下壩址至阿爾塔什水利樞紐兩岸河灘及Ⅰ級階地，距上壩址1.5～7.8km，料場沿葉爾羌河呈彎曲的條帶狀分布，地面高程1630～1665m，長7400m，寬230～550m，面積4.0km2，巖性為第四系全新統沖積砂卵礫石。該料場大部分位于河漫灘，平枯水期地下水埋深1～4m。料場無用層厚度0～0.5m，無用層儲量150萬m3，水上有用層儲量350萬m3，水下按開采3m計算的有用層儲量為1200萬m3。該料場有用層厚度大于8m，可水下擴大開采。用作混凝土粗骨料缺少5～20mm的小石，細骨料含泥量高，需水洗，平均粒徑和細度模數偏小，缺少中粗砂，其他指標可滿足質量要求。

據C3料場細骨料礦物成分鑒定成果，細骨料單礦物以斜長石為主，石英、黑云母(綠泥石化)、石榴石、磁鐵礦和普通角閃石少量；巖屑以沉積巖、灰巖為主，其次為火山巖、變質巖等。

3 C3料場砂石加工系統骨料平衡計算

本工程常規混凝土及噴護混凝土總量約154.99萬m3，其中籌建期混凝土量約15.75萬m3，主體工程大壩樞紐區混凝土量約105.24萬m3，廠房區混凝土量約34.00萬m3。

主體工程大壩樞紐區需要各級粒徑骨料量278.401萬t，其中礫石185.248萬t，砂93.125萬t。根據工程區料場分布情況，本工程樞紐區混凝土骨料初步選擇三種開采加工方案進行比較：①C3料場全天然料篩分；②C3料場天然料篩分+超徑石破碎；③開挖石渣料破碎加工。

根據C3料場級配情況，天然級配中小石含量偏少，采用全天然骨料，經平衡計算開采獲得率僅34%左右，開采量大，棄料多，占地范圍大。人工砂石骨料生產中，料源巖石巖性、破碎生產工藝及設備性能均對成品粗骨料的針片狀含量產生影響。本砂石系統毛石原料為河漫灘砂礫石或工程開挖石渣料(巖性為灰巖)，根據巖性，采用顎式破碎機進行粗碎，圓錐破、反擊破及立軸破等設備進行中碎和細碎，其出料粒形好，針片狀含量小于8%，國內的設備生產技術上是成熟的。優選國內大型設備廠家生產的破碎設備，能保證系統生產的可靠性，確保粗骨料針片狀含量滿足或優于國家標準。在以上方案技術均可行的基礎上，對三個方案進行經濟指標分析，成果見表1。

表1 各方案混凝土骨料經濟指標

C3料場天然料篩分+超徑石破碎方案經濟指標最優，選定為推薦方案。對C3料場天然料篩分+超徑石破碎方案進行骨料平衡計算，成果見表2。

平衡計算結果為：天然料篩分獲得：礫石91.159萬t(大石45.617萬t，中石25.182萬t，小石20.360萬t)，砂27.325萬t。對篩分棄料和墊層料場運來的超徑石進行破碎后，獲得礫石94.090萬t(中石47.527萬t，小石46.562萬t)，砂65.827萬t。最終石屑量32.739萬t (水洗沖棄)，篩分遜徑料13.502萬t (水洗沖棄)。料場開采獲得率約81%。

表2 C3料場混凝土骨料開采平衡

4 C3料場混凝土骨料加工工藝

砂石加工系統布置在C3料場附近，主要由篩分設備和破碎設備組成，設計篩分處理能力為2×220t/h。C3料場無用層采用132kW推土機推運清除，有用層采用2m3挖掘機挖裝15t自卸汽車運至蓖條篩預篩，篩除大于80mm的大石。小于80mm的混合料由1.0m寬皮帶機運輸至3YA2160園振動篩篩分出各級成品骨料，并將小于5mm的砂料水洗后運至成品料堆。大于80mm超徑石棄料、80～40mm級配棄料以及墊層料場運來的超徑石棄料均用于破碎加工中石、小石和砂。超徑石料經1.0m寬皮帶機輸送至破碎系統，采用三段破碎工藝進行加工。

施工現場混凝土需求是變化的，各級配骨料不可能均衡生產，因此，砂石料生產工藝必須適應不斷變化的現場需求。破碎流程中可通過調整粗碎、中碎排料口以及調整細碎瀑布流量達到控制各級粒徑產量的目的。

該砂石加工系統于2016年底建成投產，成品料生產能力560t/h。現場選用的主要篩分設備為4臺3YA2465和2臺2YA2465園振動篩；粗碎設備為1臺PE1200×1500顎式破碎機，開路生產，生產能力680t/h；中碎設備為2臺GZ1650圓錐式破碎機，閉路循環生產，處理能力800t/h；細碎設備為2臺1250立軸式沖擊破碎機，閉路循環處理能力240t/h。

C3料場砂石加工系統工藝流程見下頁圖。

C3料場砂石加工系統工藝流程圖

5 結 語

本工程C3砂礫石料場距壩址較近，河灘開闊，有道路通往壩址，開采運輸方便。設計采用“天然砂礫料篩分+超徑石破碎”方案，既減少了料場開采量，又降低了大量棄渣料的堆存難題。根據料源特性、平衡計算及加工工藝流程，工地現場配置的破碎、篩分設備，性能可靠，質量穩定，保證了施工高峰年份2017和2018年的用料要求，目前運行良好。本工程的砂石加工系統設計起到了很好的指導現場生產的作用，達到了質量穩定、經濟最優的目的，對于類似料場骨料加工具有參考意義。