巴基斯坦卡洛特水電站天然砂石料場比選及 開采運輸方案研究

時之光 劉曦 陳遷

摘要：卡洛特水電站工程是“一帶一路”首個大型水電投資建設項目，對混凝土骨料的質量、性能等有嚴格要求。為比選出適合的砂石料場，找到一種合理的開采及運輸方案，重點從料源質量、儲量、運距等方面， 綜合分析比較了比珥（Beor）和那拉（Nara）兩座然砂石料場，并結合設計要求及現場實際開采條件，確定了天然砂石主料場以及一種便捷的河灘料場開采及運輸方案。實踐表明，該方案可滿足工程生產需要，且便于控制、易于管理，可為其他類似工程提供借鑒。

關鍵詞：天然砂石料場;料源選擇;開采及運輸方案;比選;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類號：TV422 文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.015

1 概 述

卡洛特（Karot）水電站是巴基斯坦境內吉拉姆河（Jhelum）規劃的5個梯級電站的第四級，壩址位于巴基斯坦旁遮普省境內卡洛特橋上游1 km處，下距曼格拉大壩74 km，西距伊斯蘭堡直線距離約55 km。工程開發任務為發電，電站裝機容量720 MW。樞紐工程由擋水、泄水、沖沙及引水發電系統等主體建筑物組成，攔河大壩為瀝青混凝土心墻土石壩，最大壩高95.5m，混凝土骨料采用天然砂石開挖料。

2 天然砂石料場概況

比珥（Beor）和那拉（Nara）天然砂石料場是距離壩址較近的兩座天然砂礫料場。料場各區的料源情況見表1。這兩座料場的地理位置、分布范圍及分區見圖1。

（1）比珥天然砂石料場。該料場位于壩址右岸下游的吉拉姆河支流，距壩址12～20 km。主要分布于支流中上游河床及兩岸漫灘，該段支流寬30～100 m，兩岸均為基巖，長約20km，呈彎曲條帶狀。

根據河床部位砂礫（卵）石含泥量的不同，將比珥料場的砂礫料分為A、B兩類，其中A類料平均含泥量4.2%，B類料平均含泥量8.4%。比珥料場Ⅰ區和Ⅱ區砂礫混合總儲量為295.1萬m3。

（2）那拉天然砂石料場。該料場位于壩址下游約20km的右岸支流沖溝中，距壩址運距約30 km。有用料主要分布于支流中、上游河段河床，該段支流寬30～150 m，長約15 km，呈彎曲條件狀。

那拉料場Ⅰ區有用層計算厚度為3.1 m，面積為16.5萬m2，儲量為51.2萬m3;Ⅱ區有用層計算厚度為1.2 m，面積為74.0萬m2，儲量為88.8萬m3。那拉料場總面積為90.5萬m2，砂礫混合料總儲量為140.0萬m3。

3 料源選擇及關鍵因素分析

3.1 基本原則

料源選擇原則如下：①料場儲量滿足全工程所需砂石料總量需求;②料源性質、質量、儲量、開采及運輸條件等綜合指標最優;③具備陸上開采條件;④不占或少占耕地、保護環境，盡可能減少料場開采對周邊地理及生態環境的影響。

3.2 關鍵因素分析

（1）工程需要量及料場儲量。根據工程設計，全工程所需生產的113.32萬m3普通混凝土、4.49萬m3噴混凝土以及12.56萬m3大壩填筑用料所需的加工骨料均從天然砂石料場中開采，并由砂石加工廠加工生產。經計算，骨料總需求量為158.75萬m3。考慮到砂石料開采、運輸及加工損耗和開采備用系數，料場開采總量為224.6萬m3。

比珥料場I區儲量195.7萬m3、II區儲量99.4萬m3，總計儲量295.1萬m3，滿足上述224.6萬m3料場開采總量要求。那拉料場I、II區儲量總計140萬m3，不能單獨滿足該工程開采總量需求，部分須從比珥料場開采。

（2）料源質量。兩座料場取樣試驗數據見表2。比珥和那拉料場的砂石料均屬于級配不良礫（級配良好礫Cu≥5，1

（3）運距。比珥料場距壩址平均距離12～20 km，那拉料場距壩址平均距離約30km，故比珥料場運距更短。

（4）開采及運輸條件。比珥和那拉料場均屬河灘料場，且河床寬度大，兩岸基巖出露，具備水上開采條件，方便集中開采。料場至壩址區的運輸通道可利用比珥橋以及周邊的鄉村道路、普通公路等，運輸方便。

綜上所述，選擇儲量豐富、運距更短的比珥料場作為主料場，那拉料場作為備用料場。

4 比珥料場開采及運輸方案分析

4.1 料場開采及設備配置方案分析

比珥料場沿河道分布，呈長條狀，Ⅰ區、Ⅱ區均長約10余公里，料層薄，分布面積大。

常用的河灘料場開采機械包括采砂船和反鏟等。采砂船開采能力較高，設備選擇主要考慮吃水深度、流速、有用料開挖深度及配套駁砂能力等因素的影響。反鏟的單臺設備能力較采砂船低，且施工受水位影響較大，但設備調度靈活、適用性高[1-2]。

根據實際資料，比珥料場受非汛期或雨水較少時的水位影響，不能使用采砂船開采。考慮到比珥料場具備陸上開采條件，且有用層的堆積厚度有限，反鏟的最大開挖深度滿足料場開采的實際需求;而料場分布呈條帶狀且范圍較廣，反鏟可根據實際需求加大設備投入、增加工作面，短期內可達到有效的開采規模，以避免在汛期高水位時開采作業。相應地，在砂石加工系統及料場周邊可分別設置毛料堆場，作為汛期備料，以滿足汛期停采時毛料的供應需求。綜上所述，該工程可采用反鏟作為料場的開采設備。

（1）開挖設備選型。該工程使用的長臂反鏟和普通反鏟的主要技術參數見表3。

為滿足高峰期月開采10萬m3的設計開采強度要求，開挖機械采用長臂反鏟加普通反鏟組合的方案。工作時間按每天12 h、每月25 d計算，則1臺EC460B型長臂反鏟開采能力為2.4萬m3/月，考慮到長臂反鏟施工可能受到水位影響，1臺長臂反鏟開采能力按2萬m3/月計算，1臺CAT330C普通反鏟開采能力按3萬m3/月計算，故投入1臺長臂反鏟、3臺普通反鏟月開采能力為11萬m3/月，以滿足高峰期開采強度要求。

（2）開采方案。料場開采采用“由近到遠、先開采河道、后兩岸退挖”的原則進行毛料開采。根據各料場水上、水下儲量，結合設備的開采特征，將比珥料場I區劃分為3個開采區，分別是I1區、I2區及I3區。區域劃分見圖1，各料場開采方式見表4。

I1區在進場后砂石料場前期施工時開采，同時備料，主要安排在系統運行前期進行施工，已于2016年4月實施開采。I2區主要在開采高峰期開采時使用。I3區對I2區起到補充與調節的作用。II區為后期開采時使用。

4.2 毛料運輸及設備配置方案

常用運輸方式包括水路運輸及陸路運輸[2]。水路運輸成本較低，但比珥料場不具備水路運輸條件。料場至砂石加工系統間可以利用現有的比珥橋、鄉村道路和普通公路作為主要運輸道路，交通便利，故采用自卸車進行公路運輸。

料場開采高峰期施工強度為7.7萬m3/月（不含備用料），工作時間以每天2班、每月工作25d計。考慮到自卸車的行駛速度、裝卸時間、車輛維修、出勤率等因素影響，經計算，料場開采高峰期投入45臺自卸車以滿足生產需要。

在實際生產過程中，采用了上述設計的料場開采及毛料運輸方案。針對工程不同施工期，投入相應數量的反鏟及自卸車，保障開采及運輸強度滿足工程需求，其現場作業見圖2。

5結 語

卡洛特水電站工程混凝土所需的骨料以及大壩填筑用料均選自比珥料場。以“長臂反鏟+普通反鏟”作為開挖機械、以“自卸車作為運輸工具”的開采及運輸方案在實施過程中是可行的。目前已完成料場開采工作。該方案既滿足了工程生產需要，又充分體現了其調控方便、易于管理的特點，可為其他類似工程提供借鑒。

參考文獻：

[1] 紀云生， 康世榮， 陳東山. 水利水電工程施工組織設計手冊[M]. 北京： 中國水利水電出版社， 2009.

[2] 劉百興， 倪錦初， 朱衛軍. 水利水電工程施工組織設計指南（第四卷 輔助企業）[M]. 北京： 中國水利水電出版社， 2015.

（編輯：唐湘茜）

Research on natural gravel yard comparison， mining and transportation scheme of Karot Hydropower Station in Pakistan

SHI Zhiguang，LIU Xi，CHEN Qian

（Changjiang Survey， Planning， Design And Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract： Karot hydropower station， the first large-scale hydropower program of One Belt One Road， has strict requirements on the quality and performance for concrete aggregate. In order to select a reasonable gravel yard and design a reasonable mining and transportation scheme， Beor natural gravel yard and Nara natural gravel yard were compared from the aspects of gravel quality， storage and transport distance. Based on the comparison results， the main gravel yard was determined and a convenient mining and transportation scheme for river shoal natural gravel yard was designed. The practice showed that the scheme can provide a good reference for other similar projects.

Key words： natural sandy gravel yard; selection of aggregate source; mining and transportation scheme; comparative selection; Karot Hydropower Station; Pakistan