尼爾基水電站骨料篩分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工

周延平

(云南龍江水利樞紐開發(fā)有限公司，云南潞西678400)

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

尼爾基水利樞紐工程位于黑龍江省與內(nèi)蒙古自治區(qū)交界的嫩江干流上。水庫正常蓄水位216.00 m，設(shè)計(jì)洪水位218.15 m，校核洪水位219.90 m，死水位195.0 m，防洪高水位218.15 m，汛期限制水位213.37 m，總庫容86.1×108m3，調(diào)節(jié)庫容59.68×108m3，防洪庫容23.68×108m3。

工程由主壩，左、右岸副壩、右岸岸坡溢洪道、右岸河床式電站廠房和兩岸灌溉引水洞(管)組成。壩頂高程221.00 m，壩頂總長(zhǎng)7 180 m，主壩最大壩高41.5 m，副壩最大壩高23 m，溢洪道為岸坡開敞式，堰頂高程199.80 m，共11孔，孔寬12 m，采用底流消能;河床式電站廠房，主廠房尺寸(長(zhǎng)×寬×高):149 m×26.10 m×60.64 m，地面敞開式開關(guān)站;灌溉引水建筑物為:左岸1－Φ2.0 m壩下有壓埋管式灌溉管，管長(zhǎng)178.10 m，右岸1－Φ3.6 m壩下有壓隧洞式灌溉洞，洞長(zhǎng)732.08 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

混凝土天然砂礫石骨料位于壩址下游約2～3.5 km的嫩江主流右側(cè)被3個(gè)支流分割的小島上，料場(chǎng)地面高程184～186.5 m，高出江水面1～2.5 m，江水位和地下水位高程183～183.5 m，料場(chǎng)在汛期易被洪水淹沒。料場(chǎng)地處嫩江低漫灘，上部為壤土、砂壤土、粉細(xì)砂，厚度約0.4～2.0 m，下部為砂卵石層，地下水埋深一般為1～4.0 m，砂卵石大部在水下，水下砂礫石實(shí)際勘探深度5～6 m。

1.3 天然骨料篩分系統(tǒng)施工特性

本系統(tǒng)的主要任務(wù)是生產(chǎn)混凝土天然成品骨料，成品骨料總需用量為192.74×104t。在天然砂礫石料中，大粒徑的骨料所占的比例很小，甚至沒有粒徑為150～80 mm的骨料(此類骨料由人工骨料破碎系統(tǒng)產(chǎn)生，本文不做闡述)，經(jīng)骨料平衡計(jì)算，本工廠共需處理毛料202.42×104t。

2 篩分系統(tǒng)工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)

1)在系統(tǒng)的布置區(qū)域臨近莫旗尼爾基鎮(zhèn)，需采取可靠的環(huán)境保護(hù)及文明施工等措施，防止噪音、粉塵、廢水等污染，確保城市的整體美觀。

2)系統(tǒng)布置區(qū)臨近樞紐需爆破開挖施工的溢洪道，其最小距離僅為150 m，在系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)施布置上，要盡可能遠(yuǎn)離爆破施工區(qū)，以減小爆破施工對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，以減輕兩者之間的互相干擾。

3)采取可靠的措施保護(hù)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)的供水塔，妥善處理廢水排放，嚴(yán)格按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)排放污水，并嚴(yán)格控制污水排放方向，不得污染水塔取水水源。

3 篩分系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工方案

3.1 天然骨料篩分工廠設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)毛料處理能力的要求，砂礫石加工廠篩分樓內(nèi)的設(shè)備選擇為 2組二層 2YA1536園振篩二臺(tái)，第三層選擇2YA1536圓振篩兩臺(tái)，設(shè)在篩分樓底層的螺旋分級(jí)機(jī)選擇型號(hào)為FC－15，數(shù)量為兩臺(tái)。天然砂礫石料加工廠內(nèi)設(shè)置暫存骨料堆和成品骨料堆，成品骨料堆的堆存量合計(jì)為61 873 t，其中天然骨料47 933 t，人工料13 940 t(根據(jù)成品料比例確定)，料堆下設(shè)膠帶輸送機(jī)，可直接將骨料送至拌和樓料倉。該工廠小時(shí)處理毛料量為450 t/h。篩分樓設(shè)一組篩分機(jī)，上層為直線園振篩YA1536，下層為2YA1536園振篩，毛料經(jīng)破碎、篩分后，由膠帶輸送機(jī)及先輸送至?xí)捍媪隙眩笤佥斔椭罽D10026搖臂堆料機(jī)分別堆存。

3.2 系統(tǒng)的施工

3.2.1 系統(tǒng)施工的基本原則

系統(tǒng)的建廠施工是本合同工程的重點(diǎn)，施工時(shí)需緊緊抓住有效施工期短的特點(diǎn)，合理組織人力物力資源，妥善安排施工程序，確保系統(tǒng)建設(shè)的如期完工，其施工技術(shù)措施編制主要原則如下:

1)按先主要后次要，先主體后附屬的原則，合理組織土建工程施工程序，多工序平行作業(yè)，開挖、混凝土澆筑及砌體工程等工序，連續(xù)作業(yè)，完成一個(gè)基礎(chǔ)開挖，則開始一個(gè)基礎(chǔ)的混凝土及砌體施工，確保今年結(jié)凍前，基本完成土建工程施工，必要時(shí)采用防凍混凝土，并認(rèn)真確定待強(qiáng)期的混凝土的防凍方案，防止凍害發(fā)生。

2)在現(xiàn)場(chǎng)土建工程施工的同時(shí)積極組織設(shè)備的采購、運(yùn)輸、檢修等工作，做到設(shè)備基礎(chǔ)完成一部分，則安裝一部分，盡可能減少冬季設(shè)備安裝的工作量。

3)設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)桿件，盡可能在加工廠內(nèi)組裝成型，現(xiàn)場(chǎng)連接部分盡可能采用螺栓連接，以減少現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)的工作量及施工難度，必須現(xiàn)場(chǎng)焊接的部位，采取可靠的保溫措施，確保焊接質(zhì)量。

3.2.2 主要施工方法簡(jiǎn)述

1)場(chǎng)地平整

系統(tǒng)布置工廠共分5個(gè)階地，分別采用推土機(jī)平整場(chǎng)地，局部土方的倒運(yùn)應(yīng)用EX210LC－5液壓反鏟裝15 t自卸汽車。

2)土石方開挖及回填

土方開挖主要設(shè)備采用EX210LC－5液壓反鏟，局部人工配合，石方開挖采用爆破開挖方式，爆破施工期嚴(yán)格進(jìn)行飛石及最大一響起爆藥量的控制，回填區(qū)需要碾壓的部位，主要應(yīng)用12 t震動(dòng)碾碾壓，土石方運(yùn)輸設(shè)備為15 t自卸汽車。

3)設(shè)備基礎(chǔ)混凝土施工

電站臨時(shí)拌和站拌和混凝土，根據(jù)澆筑部位分別采用吊車吊罐入倉或人工推車入倉澆筑。

4)工廠的設(shè)備及皮帶機(jī)安裝

工廠的設(shè)備最大件重21 t，考慮用45 t汽車吊進(jìn)行安裝，其它設(shè)備及構(gòu)件均采用16 t及8 t汽車吊根據(jù)設(shè)備和構(gòu)件的重量分別進(jìn)行安裝，在安裝過程中人工配合進(jìn)行螺栓連接及焊接固定。

4 天然骨料開采施工

天然骨料開采主要為水下開挖，開挖施工設(shè)備為4 m3拉鏟及1.6 m3反鏟，裝運(yùn)設(shè)備為CAT988BDE型號(hào)的5.4 m3裝載機(jī)及32 t自卸汽車。

4.1 覆蓋層(無用層)開采

覆蓋層的開采總量為:49.78萬m3，扣除簡(jiǎn)易圍堰的填筑量，則為43.65 m3。

根據(jù)料場(chǎng)月開采能力9.2萬m3/月，計(jì)算覆蓋層每天開采量為790 m3/d。

施工方法:采用D85推土機(jī)推料，施工前期將覆蓋層推至簡(jiǎn)易圍堰邊緣，砂礫石料開采已完成2～3個(gè)條帶后，覆蓋層推至已開采完成的區(qū)域，推距50 m以內(nèi)。

4.2 砂礫石料開采

設(shè)4 m3拉鏟和1.6 m3液壓反鏟作業(yè)各一個(gè)工作面，分條帶進(jìn)行開采，就近處理覆蓋層的無用料，4 m3拉鏟開采條帶的寬度為25 m，1.6液壓反鏟開采條帶寬度為20 m。

施工方法:根據(jù)我局在觀音閣等工程的施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)條件，砂礫石料在運(yùn)輸中，不將水灑在路面上，保證施工道路的正常運(yùn)行，需將骨料進(jìn)行先期脫水。采用4 m3拉鏟集料(脫水)，5.4 m3裝載機(jī)裝32 t自卸汽車運(yùn)輸;1.6 m3長(zhǎng)臂液壓反鏟集料(脫水)，3 m3裝載機(jī)裝15 t自卸汽車運(yùn)輸。為使開采設(shè)備在旱地施工，4 m3拉鏟和1.6 m3長(zhǎng)臂液壓反鏟開采時(shí)其下部回填砂礫石料。開采平均深度為6.0 m。

設(shè)備選擇:4 m3拉鏟生產(chǎn)率:729 m3/臺(tái)班(預(yù)算定額);日生產(chǎn)率:2 187 m3/d。

式中:Qh為單斗挖掘機(jī)的生產(chǎn)能力，T/h;qe為單斗有效裝車量，m3，3.40;γ1為物料的松散容重，t/m3，1.66;Tc為工作循環(huán)時(shí)間，min，1.0;E為工作條件系數(shù)，0.81;Qh=275.0 t/h，即4 m3拉鏟生產(chǎn)率:166 m3/h工作效率:0.6。

1.6 m3長(zhǎng)臂液壓反鏟生產(chǎn)率:538 m3/臺(tái)班(預(yù)算定額);日生產(chǎn)率:2 679 m3/d。

經(jīng)計(jì)算1.6 m3長(zhǎng)臂液壓反鏟生產(chǎn)能力:161 t/h，97 m3/h，工作效率:0.7。

料場(chǎng)月開采能力92 000 m3/月，3 680 m3/d。

配備WB－4/40拉鏟1臺(tái)，1.6 m3長(zhǎng)臂液壓反鏟2臺(tái)(備用1臺(tái))，32 t自卸汽車4臺(tái)，15 t自卸汽車6臺(tái)，可以滿足施工需求。

4.3 砂礫料的篩分

根據(jù)天然料加工強(qiáng)度450 t/h，以及天然料開采運(yùn)輸所選用的運(yùn)輸設(shè)備(4臺(tái)32 t自卸汽車，6臺(tái)15 t自卸汽車)，受料地弄按受料容積440 m3設(shè)計(jì)，長(zhǎng)25 m、寬4.4 m、高4 m，天然毛料堆按標(biāo)書要求設(shè)置5 562 m3。地弄內(nèi)設(shè)給料設(shè)備GZ－5型4臺(tái)，給料能力150 t/h，共計(jì)600 t/h，＞450 t/h，滿足給料能力。篩分樓上料皮帶機(jī)(9#)，選用TD75－8080型，皮帶機(jī)運(yùn)輸能力經(jīng)計(jì)算為693 t/h，＞450 t/h，滿足輸送能力。篩分樓篩洗分級(jí)設(shè)備選用YA1536兩臺(tái)(初篩)，2YA1536兩臺(tái)(復(fù)篩)，YA1536處理能力為100～350 t/h，篩孔尺寸3～80 mm，滿足加工要求。2YA1536圓振篩處理能力為100～350 t/h，篩孔尺寸3～80 mm，滿足加工強(qiáng)度433.71 t/h要求。洗砂設(shè)備選用2臺(tái)FC－15沉沒式螺旋分級(jí)機(jī)，24小時(shí)返砂量為2730T，每小時(shí)返砂量為113.75 t/h，2臺(tái)計(jì)227.5 t/h，＞150.75 t/h加工洗砂量。上述篩洗設(shè)備生產(chǎn)能力是經(jīng)遼寧本溪觀音閣水庫與河北桃林口水庫天然砂石骨料加工廠得以證實(shí)。篩分樓出料皮帶均選用B650皮帶機(jī)，輸送能力為306 t/h，(帶速1.6 m/s)，大于最大輸送量205.29 t/h，所以均滿足加工輸送要求。

5 天然料生產(chǎn)工藝流程分析

天然混合料經(jīng)自卸汽車運(yùn)到受料地弄(或天然毛料堆)，經(jīng)9#皮帶機(jī)直接運(yùn)至篩分樓，經(jīng)2組(2臺(tái)YA1536和2臺(tái)2YA1536)園振篩篩洗分級(jí)成80～40 mm、40～20 mm、20～5 mm共3種粗骨料，分別經(jīng)12#、10#、11#皮帶機(jī)分別運(yùn)至?xí)捍媪瞎?φ8 m、高6 m)，及暫存料堆(20～5 mm)，＜5 mm的細(xì)骨料經(jīng)2臺(tái)FC－15沉沒式螺旋分級(jí)機(jī)洗砂，經(jīng)13#皮帶機(jī)運(yùn)至?xí)捍媪瞎?φ8 m、高6 m)，經(jīng)14#、15#、16#皮帶機(jī)以及YD－10026型搖臂堆料機(jī)分別堆存，成品骨料運(yùn)輸經(jīng)17#、18 #、19#、20#分別運(yùn)至拌合樓上料皮帶機(jī)。

詳見:骨料加工系統(tǒng)工藝流程圖。

6、臨時(shí)設(shè)施設(shè)計(jì)

6.1 施工道路

為保證該系統(tǒng)在工程施工中，各種原材料能正常進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，各種毛料、人工料運(yùn)輸暢通;混凝土拌合廠、砂石骨料、人工骨料加工廠需設(shè)臨時(shí)施工道路，路面寬10 m，路基采用石碴填筑，厚度為50 cm，路面鋪20 cm厚的泥結(jié)石，路面設(shè)計(jì)總長(zhǎng)為350 m。

施工中，采用T815型自卸汽車運(yùn)送石碴，D85A推土機(jī)分層進(jìn)行推平，并用12 t振動(dòng)碾進(jìn)行壓實(shí);泥結(jié)石路面施工時(shí)，土方料在拌合站集中拌和，然后用5 t自卸汽車運(yùn)至工作面，D85A推土機(jī)配人工攤平，用12 t振動(dòng)碾靜壓5遍，振動(dòng)碾壓3遍，確保路面質(zhì)量。

6.2 施工用電

在指定的變電所10KV出口處取得電源，架設(shè)10KV線路，到天然骨料篩分系統(tǒng)設(shè)1臺(tái)S7－630KVA 10/0.4KV變壓器，供電范圍為天然骨料系統(tǒng)、骨料堆存及供應(yīng)系統(tǒng)，負(fù)荷量為617 KW。

控制及信號(hào)系統(tǒng):篩分系統(tǒng)共分為4個(gè)子系統(tǒng)，分別為人工骨料系統(tǒng)、天然骨料系統(tǒng)、成品料堆存系統(tǒng)、成品料供應(yīng)系統(tǒng)。分散和集中控制相結(jié)合，子系統(tǒng)皮帶之間采用聯(lián)鎖，以信號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)作為聯(lián)絡(luò)信號(hào)，沿皮帶設(shè)多個(gè)停止按鈕。電機(jī)容量在30 KW以下的采用磁力起動(dòng)，在30 KW以上的采用自耦降壓起動(dòng)。天然骨料系統(tǒng)篩分樓分設(shè)集中控制。

生產(chǎn)照明:照明采用集中用投光燈照明，個(gè)別局部采用分散照明。在地弄內(nèi)采用低壓36 V的照明系統(tǒng)。

備用電源:生產(chǎn)施工中，考慮備用2臺(tái)150 KW的柴油發(fā)電機(jī)組，作為應(yīng)急電源。

6.3 施工及生活給排水

6.3.1 生活用水

生產(chǎn)高峰期人數(shù)為240人/d，按每人每天用水0.6 m3水計(jì)算，則每天生活用水量為144 m3。考慮在高于187.3 m高程的嫩江灘地上挖一深井，設(shè)置生活供水泵房，選用3B33型水泵供水，其單臺(tái)流量為30 m3/h，并在生活區(qū)設(shè)置一個(gè)50 m3水箱。

6.3.2 砂石骨料篩分沖洗用水

砂石骨料篩分沖洗用水每噸骨料用水量1.5 t，根據(jù)天然料篩洗加工強(qiáng)度450 t/h，可知天然料篩分沖洗用水量為450 ×1.5=675 t/h;根據(jù)人工料篩洗加工強(qiáng)度199.63 t/h，可知人工料篩洗用水量為199.63×1.5=299.445 t/h。總用水量為975 m3/h。考慮在江邊灘地挖一引水渠，其斷面尺寸為:底寬1.0 m，深2.0 m，兩側(cè)坡比為1∶1。經(jīng)明渠過流計(jì)算，其過流能力為0.42 m3/s，滿足生產(chǎn)需要的0.28 m3/s。

泵房防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇(其洪水水位為187.3 m)，汛期設(shè)在188.3 m高程的岸邊，選用3臺(tái)200S－95A型水泵(其中1臺(tái)備用)和2臺(tái)300S－90B型水泵(其中1臺(tái)備用)供水。其中 200S－95A型水泵單臺(tái)流量為280 m3/h，揚(yáng)程72 m，吸程5 m。300S－90B型水泵單臺(tái)流量為685 m3/h，吸程4.9 m，揚(yáng)程67 m。兩臺(tái)200S－95A型水泵采用并聯(lián)的方式以11.5″的鋼管供水，300S－90B型水泵的出水管為12″鋼管。輸水管線用保溫材料進(jìn)行保溫。

6.3.3 水泵安裝高程

300S－90B型水泵允許安裝高度為:

所以枯水期其安裝高程為184.7 m，汛期安裝高程為188.3 m。

200S－95A型水泵允許安裝高度為:

所以枯水期其安裝高程為184.7 m，汛期安裝高程為188.3 m。

6.3.4 骨料篩分沖洗用水水壓力

300S－90B型水泵供水水壓力為:67－h(huán)j－h(huán)f－(226－184.7)=67－41.3－5.5－0.87=19.33 m，即水壓力為1.933 kg/cm2，滿足沖洗用水水壓力要求。

圖1 骨料加工系統(tǒng)工藝流程圖

200S－95A型水泵供水水壓力為:72－h(huán)j－h(huán)f－(226－ 184.7)=72－6.9－0.94－41.3=23.36 m，即水壓力為2.336 kg/cm2，滿足沖洗用水水壓力要求。

6.3.5 施工排水

為防止雨水流入施工現(xiàn)場(chǎng)，在其上端布設(shè)0.8 m高的漿砌石擋水墻，使雨水匯入混凝土排水溝。天然骨料篩分樓排水由混凝土排水溝排入沉淀池中，經(jīng)處理合格后排入江中。根據(jù)人工料篩洗排水量299.445 t/h，選用容量為3 000 m3的沉淀池。由直徑80 cm的鋼管排入到另一沉淀池中，經(jīng)加藥處理合后格排入江中。

7 結(jié)束語

尼爾基三大系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，本文中只闡述了自己對(duì)篩分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工。

在天然篩分系統(tǒng)中，由于受到地質(zhì)條件影響，天然骨料開采料場(chǎng)天然級(jí)配失調(diào)嚴(yán)重，多以＜5 mm和20～5 mm的居多。暫存料罐為φ8 m、高6 m鋼罐制成，儲(chǔ)量為342 m3/個(gè)，設(shè)置3個(gè)料罐，(80～40 mm、40～20 mm、5～0.5 mm)，設(shè)置鋼制料罐主要是減少暫存料地弄長(zhǎng)度，增加活容積量，20～5 mm設(shè)小料堆主要是在此處棄料，對(duì)成品料起到調(diào)節(jié)作用，以減少成品料堆的堆存壓力和降低生產(chǎn)費(fèi)用。

尼爾基水電站三大系統(tǒng)以高水平、高質(zhì)量的完成了骨料的破碎、篩分與拌合任務(wù)。先后參建了吉林白山電站篩分系統(tǒng)、河北桃林口電站篩分系統(tǒng)、遼寧本溪觀音閣電站篩分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工，通過不斷的總結(jié)、改進(jìn)和提高施工工藝，積累了比較豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，為以后進(jìn)入云南水電站的施工奠定了良好的基礎(chǔ)。

［1］ 于永禎，林婉華，胡永旭，等.建筑施工手冊(cè)(第三版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1992.

［2］ 中國水利水電第六工程局技術(shù)科.觀音閣水庫砂石骨料篩分系統(tǒng)設(shè)計(jì)書［R］.丹東:中國水利水電第六工程局，1987.

［3］ 中國水利水電第六工程局技術(shù)科.桃林口水庫砂石骨料篩分系統(tǒng)設(shè)計(jì)書［R］.丹東:中國水利水電第六工程局，1992.