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

莫讓華

（四川二灘國際工程咨詢有限責(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 個表孔、7 個深孔和左岸的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地自然坡度和順山坡臺階進(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，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)時間，提高系統(tǒng)利用率。

結(jié)合類似工程的經(jīng)驗，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)能力大的國內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備，粗骨料采用四級破碎、三級篩分、二級檢篩。成品砂采用棒磨機(jī)和沖擊式破碎機(jī)聯(lián)合制砂工藝，同時配置了成品砂回收裝置，保證了粗骨料生產(chǎn)級配及成品砂的細(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6 級泵站將水抽至高程為1 426 m 的3 000 m3水池，廢水通過污水處理系統(tǒng)后再返回水池。

2.1 料場開采

旱谷地料場的主要特點(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；料場灰?guī)r性脆，微裂隙較發(fā)育，因此，料場內(nèi)的有用料、無用料交錯分布，給有用料開采的質(zhì)量控制帶來了一定的難度。

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

針對料場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

砂石加工系統(tǒng)的規(guī)模設(shè)計按滿足混凝土高峰時段的澆筑工作量（260 000 m3/月）進(jìn)行，大壩工程以四級配為主（根據(jù)工程經(jīng)驗，四級配占比約70%），參考大壩四級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)行骨料級配設(shè)計。

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

粗碎車間→半成品堆場→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。

各平臺通過場內(nèi)道路連接，各平臺平整時預(yù)留1%的斜坡（便于排水），各平臺內(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

根據(jù)料場巖石特性，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。

2）石粉含量精確添加

本系統(tǒng)主要通過細(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)料方式來靈活調(diào)節(jié)砂的石粉含量。當(dāng)砂的石粉含量較高時，對高壓隔膜壓濾機(jī)和石粉脫水機(jī)回收石粉外棄，控制棒磨機(jī)的進(jìn)料量或減少沖擊式破碎機(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，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，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)渣過量給洗石設(shè)備帶來的嚴(yán)重負(fù)荷，減輕污水處理系統(tǒng)的過度負(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，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，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，通過增設(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)入對應(yīng)的成品倉。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)由原來的2.6±0.1 調(diào)整為2.7±0.1，石粉含量由原來的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 臺棒磨機(jī)和1 條膠帶機(jī)，對超細(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 渣場管理

系統(tǒng)規(guī)劃時，將旱谷地兩側(cè)的小紅巖溝和大彎子溝作為永久堆渣場地，這不僅需要考慮渣場自身的穩(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，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)置一級馬道，馬道寬度3 m，堆渣邊坡坡比為1∶2.5～1∶1.8。渣場設(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、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)置一級馬道，馬道寬3 m，每2 級馬道設(shè)置排水溝，堆渣邊坡坡比為1∶2～1∶1.8。渣場設(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

在白鶴灘水電站壩區(qū)高程888 m 的平臺布置成品骨料堆場，堆場容積為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

1）專家組評價：白鶴灘水電站大壩砂石加工系統(tǒng)工藝設(shè)計合理，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）通過大壩灰?guī)r骨料一條龍試驗總結(jié)，特大石在骨料堆場高位運(yùn)輸時的跌落損失為3%，長途運(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)的特大石再通過高程768 m 的骨料罐中間倉后的遜徑實際上已達(dá)到30%以上，高線系統(tǒng)的特大石再經(jīng)過高線場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）。通過每月高低線拌和樓的衡量層匯總統(tǒng)計與皮帶秤的過磅量進(jìn)行對比，特大石在低線系統(tǒng)的實際消耗量占過磅量為65%（高線系統(tǒng)為60%），在大壩集中澆筑四級配混凝土?xí)r造成特大石供應(yīng)緊張，短時間內(nèi)（1 周）特大石供應(yīng)占粗骨料比例達(dá)到45%，一段時間內(nèi)（2 個月）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)上通過爆破參數(shù)優(yōu)化獲得更多的大塊石來提高特大石的產(chǎn)能，大壩上通過四級配混凝土粗骨料級配的特大石由原來的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)級配達(dá)到平衡。

3）本系統(tǒng)對所有的道路進(jìn)行硬化，對系統(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)度中心實行車輛識別+GPS 定位+司機(jī)室安裝監(jiān)控系統(tǒng)，對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錄入，對車輛的載重、違章等實現(xiàn)自動錄入，全程對所有車輛時時進(jìn)行在線監(jiān)測，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>