錦屏一級水電站新增大壩左岸1885混凝土拌和系統工藝設計與布置優化

徐黎

【摘 要】錦屏一級水電站大壩左岸1885混凝土拌和系統布置場地狹窄陡峭、可利用面積少、干擾大，布置難度大，如何優化工藝設計與布置方案，對系統的可靠性及成品拌和物的質量至關重要。針對這一難題，因地制宜，對系統進行工藝設計與布置優化，不僅能夠節省投資，還能夠大大加快施工進度，取得較好經濟效益和社會效益。

【關鍵詞】錦屏一級水電站 1885混凝土拌和合系統 布置 優化 應用

1工程簡介

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣和鹽源縣交界處的雅礱江大河灣干流河段上，是雅礱江下游從卡拉至河口河段水電規劃梯級開發的龍頭水庫，距河口358km，距西昌市直線距離約75km。

本工程規模巨大，開發任務主要是發電，結合汛期蓄水兼有分擔長江中下游地區防洪的作用。電站裝機容量3600MW，保證出力1086MW，多年平均年發電量166.2億kW·h，年利用小時數4616h。大壩為世界第一高拱壩，壩高305.0m，水庫正常蓄水位1880m，死水位1800m，正常蓄水位以下庫容77.6億m3，調節庫容49.1億m3，屬年調節水庫。

2新增系統背景及系統概述

由于受錦屏一級水電站大壩混凝土系統供應能力與纜機運輸能力限制，墊座混凝土需要另外單獨澆筑。另外由于水墊塘和左右岸霧化區貼坡砼施工時段的大幅壓縮和自然地形造成的大量超填砼，造成該部位砼澆筑強度增長至原投標階段的3倍以上，再加上整個錦屏一級其他標段的供料能力普遍能力不足，為了實現首臺機組發電的趕工計劃和工期目標，解決混凝土供應不足的問題，經過參建各方深入研究，決定在錦屏一級水電站大壩左岸1885新增一套混凝土系統。

新增大壩左岸1885混凝土拌和系統配置一座4×3m3自落式拌和樓，配套骨料二次篩分和預冷設施，制冷系統容量為500萬kcal/h。混凝土預冷系統需滿足預冷混凝土設計生產能力130～150m3/h，出機口溫度按7℃控制，混凝土拌制后，自卸汽車運至入倉布料系統受料倉平臺卸料。系統于2011年3月底正式開工，計劃于2011年10月底投產，設計及建設工期非常緊張。

3場地情況簡介

新增大壩左岸1885混凝土拌和系統布置場地位于左岸壩肩上游1960平臺、下游的EL1885m平臺及EL1885m～EL1960m之間的斜坡，其中下游1885m平臺還布置有CV標灌漿系統、其它標段的施工臨時設施及CIII標、霧化標施工通道。經EL1960m交通洞可到達EL1960m平臺，作為設備安裝檢修運輸通道；從EL1885m交通洞可到達EL1885m平臺，可作為成品混凝土運輸及其它施工車輛通行車道，平臺靠外側還需滿足大壩墊座澆筑設施用地。

左岸壩肩上游1960m纜機平臺上游的觀禮平臺，內側為左岸纜機平臺邊坡，外側為左岸壩頂～纜機平臺邊坡，開挖坡比均為1∶0.5，已完成全部系統支護。巖性為第三段第4層中～厚層狀變質砂巖夾灰黑色粉砂質板巖。巖體中主要發育f5斷層，地基多處于f5斷層破碎帶及影響帶上，部分處于強卸荷帶上，巖體破碎，結構松弛，巖體質量差。斷層破碎帶屬Ⅴ1級巖體、影響帶屬Ⅳ2級巖體、強卸荷帶屬Ⅳ1級巖體。

左岸1885m下游的壩頂平臺上，內側為左岸壩頂～纜機平臺邊坡，開挖坡比1∶0.45，外側為左岸拱肩槽下游側邊坡，開挖坡比1：0.43～1∶0.5，已完成全部系統支護。巖性為第三段第2層厚～巨厚層狀變質細砂巖夾粉砂質板巖。巖體中發育f5、f38-6斷層，地基處于f5、f38-6斷層破碎帶及其之間的影響帶上，巖體破碎，結構松弛，巖體質量差。斷層破碎帶屬Ⅴ1級巖體、影響帶屬Ⅳ2級偏差巖體。

左岸EL1885m～EL1960m之間的斜坡，內側為自然坡，坡度約40～50°，已完成被動防護網施工。外側為左岸1885m下游壩頂平臺，已完成混凝土澆筑。巖性為第三段第2層厚～巨厚層狀變質細砂巖夾粉砂質板巖。巖體中無斷層、層間擠壓錯動帶等較大結構面發育，地基多處于邊坡強卸荷帶上，部分處于f5、f38-6斷層的影響帶上，巖體破碎，結構松弛，巖體質量差。斷層影響帶屬Ⅳ2級巖體、強卸荷帶屬Ⅳ1級巖體。1915m高程以下已完成系統支護，1915m高程以上僅完成了被動防護網施工。

由于系統布置區域地質條件復雜，存在多條斷層及不良地質缺陷，主要有f5、f8、f38-6、煌斑巖脈等。在前期開挖施工過程中，曾由于開挖卸荷松弛，1885m平臺開裂，在1829m高程抗力體進行固結灌漿過程中，該部位第二次出現裂縫。前期進行的該部位邊坡穩定復核，經過錨索加固處理后，邊坡安全系數仍然偏低，邊坡穩定條件差。

系統布置場地狹窄，后坡高陡，邊坡安全系數低，邊坡穩定條件差，真正可用來布置系統的面積非常有限，系統布置與設計難度非常大。

4系統工藝設計與布置

4.1系統工藝設計說明

按照系統工藝設計，混凝土拌和系統主要由拌和樓、膠凝材料儲運系統、骨料進料、運輸、篩分、存儲系統、外加劑系統、空氣壓縮系統、制冷系統等其它輔助設施組成。

（1）拌和樓：采用一座HL240-4F3000LB型自落式拌和樓，主樓跨距為10m×10m

（2）膠凝材料系統：本工程在漫水灣火車站設有水泥、粉煤灰中轉站，綜合考慮施工交通狀況，現場水泥、粉煤灰的儲存量按滿足高峰期3～5d的需要量設計，采用3個1500t水泥罐和一個1000t粉煤灰罐。膠凝材料罐車運輸至系統經地磅稱量后，將膠凝材料卸入罐中，再通過風力輸送經倉泵和管路送至拌合樓上。

（3）骨料進料、運輸、篩分、存儲系統：骨料進料設置受料坑，粗、細骨料分別為2個倉、1個倉；骨料存儲采用特大石、大石、中石、小石各一個倉，砂設置兩個倉；二次篩分設置1臺2YKR3060和2臺2YKR2460，滿足骨料篩分需求；經過膠帶機運輸至拌和樓上。

（4）外加劑系統：外加劑車間內修建鋼筋混凝土結構池6個，滿足三種外加劑一配一用切換使用，建筑面積為20m×9m，再利用管路輸送至拌和樓上。

（5）空氣壓縮系統：空壓機車間內布置2臺40m3/min和1臺20m3/min空壓機，滿足系統用風需求，建筑面積為18.5m×8m，再利用管路輸送至拌和樓等用風部位。

（6）制冷系統：制冷系統配置裝機容量500×104kcal/h（標準工況），其中一次風冷250×104kcal/h（標準工況）；二次風冷100×104kcal/h（標準工況）；片冰及制冷水生產250×104kcal/h（標準工況），設置制冷樓1座和風冷調節料倉1座。根據常態砼的不同特點及所需的降溫幅度，采取“風冷粗骨料 （兩次風冷）、加冰及低溫水拌和”的預冷設計方案，滿足出機口溫度7℃的要求。

4.2系統布置

整個系統布置采用兩級臺階+斜坡布置：拌和樓與制冷樓布置在左岸1885m下游的壩頂平臺上，膠凝材料罐、空壓機車間、外加劑車間與高位水池布置在左岸壩肩上游1960m纜機平臺上游的觀禮平臺，骨料進料、運輸、篩分、存儲系統布置在左岸EL1885m～EL1960m之間的斜坡上，其它輔助設施合理統籌布置，具體布置情況見圖1：

圖1 新增大壩左岸1885混凝土系統平面布置圖

5系統優化

5.1系統優化原則

（1）系統布置應充分考慮地質地形條件，結合系統布置格局，依據主要子系統的功能，合理統籌布置，使系統運行安全、功能適用、經濟合理、維護管理方便。

（2）布置緊湊合理，簡化系統設施。

（3）系統建設及運行期間，保證EL1885m交通洞、EL1960m交通洞及平臺正常通行，減少占用時間，并保證交通暢通和行車安全，盡量不影響相鄰其它施工單位和部位的施工。

（4）混凝土進出料線布置順暢，行車方便。

5.2優化方案的實施

對現場布置場地和地形地質條件作進一步詳查后，經過多種布置方案比選，最終確定最優布置方案，主要將系統分三塊布置，膠凝材料罐、外加劑車間、空壓機車間布置在左岸壩肩上游1960m纜機平臺上游的觀禮平臺，骨料進料、運輸、篩分、存儲系統布置在左岸EL1885m～EL1960m之間的斜坡上，拌和樓、制冷樓布置在左岸1885m下游的壩頂平臺上，其它輔助設施根據各子系統布置要求進行合理統籌布置，滿足系統運行管理要求。

優化后的布置圖見圖2，與原布置方案對比，主要作了以下優化調整：

（1）拌和樓平臺布置優化。將拌和樓適當外移，避開f5、f38-6斷層破碎帶及其之間的影響帶，移至f5斷層上盤的強卸荷Ⅳ2級巖體上，加強拌和樓基礎處理設計，擴大基礎范圍，降低地基應力。經此調整后，一是滿足平臺及邊坡穩定要求，二是拌和樓候車線路加長，車輛回轉場地增大，有效保證了車輛的行駛順暢。

（2）骨料進料、運輸、篩分、存儲系統優化。骨料進料設置受料坑，由原先的5個倉調整為3個倉，位置由EL1960m纜機平臺下游側平臺移至平臺下游側階地。經此調整后，一是優化了受料坑土建工程量和減少了2臺給料機，二是利用原有二級高差，滿足受料坑進出料要求，骨料運輸車輛回轉平臺更順暢。

骨料存儲倉由原先的方形混凝土料倉調整為圓形混凝土罐，加強基礎處理設計，采用錨桿、錨筋束與錨索加強邊坡局部穩定，防止局部崩塌破壞。經此調整后，圓形混凝土罐受力更好，骨料利用率更高，土建工程量更少，施工難度更小。

二次篩分車間通常由1座三層篩分樓，調整為兩階篩分開布置，一階篩2YKR3060充分利用EL1915m馬道平臺，二階篩直接布置在風冷調節料倉頂上直接下料，風冷調節料倉采用鋼筋混凝土結構，滿足受力要求。經此調整后，一是滿足了場地布置要求，二是滿足膠帶機上料長度要求。

（3）制冷系統優化。制冷水采用冷水機組調整為螺旋管蒸發器，片冰輸送由“羅茨風機+管道輸送”調整為膠帶機輸送，優化管路布置與設計，外圍均采用保溫彩板進行封閉。

經此優化，不但節省了系統建安與運行成本，也提高了系統運行的可靠性。

（4）膠凝材料系統優化。由于1885平臺灌漿系統膠凝材料罐群還要使用且沒法共用，場地布置緊張，故將拌和系統膠凝材料系統移至左岸壩肩上游1960m纜機平臺上游的觀禮平臺布置，且配套布置空壓機系統。膠凝材料罐由原鋼制拼裝調整為現場卷制的安陽利浦筒倉罐。由于膠凝材料輸送距離長，彎道多，且下行輸送，采用備用管道和助吹設施，以防止管道輸送堵塞。

經此優化，可有效緩解了1885平臺設施布置場地緊張，保證該平臺施工交通通暢，也滿足了膠凝材料卸灰的要求，提高了系統運行的可靠性。

圖2 新增大壩左岸1885混凝土系統平面布置優化圖

5.3優化成果

根據混凝土系統工藝流程并實施階段提供實際地形條件，對系統工藝與場地布置進行優最終實施階段方案同勘察設計階段比較，具有以下優點：

（1）有利于系統建設進度。通過對系統布置及工藝的調整優化，避免了混凝土系統內各子系統的建安施工及運行干擾，加快了系統的建設進度，保證了前方主體工程的要料需求。

（2）提高了系統運行的可靠性。調整后的系統采用骨料罐式成品骨料堆場，骨料進料線出現故障時，系統運行的可靠性仍能夠得到保證。對系統的部分生產工藝進行了調整，整個混凝土系統生產的可靠性也得到了較大提高。

（3）取得了較好的效益。通過對系統的分析研究，對系統布置及工藝的調整優化，減少和優化了系統設備投入及施工，加快了系統的建設速度，為前方主體工程施工打下了堅實的基礎，取得了較好的施工效益和社會效益。

6經驗與建議

（1）系統布置場地狹窄陡峭、可利用面積少、干擾大為本系統布置的顯著特點和難點。按照就近布置原則，系統在布置上充分利用已經開挖形成的左壩肩地形，分臺階坡狀布置，場地高差達80米，有效利用面積不足5000m2，在國內系統中極為少見。雖然經過一年多的運行期證明系統設計滿足要求，運行效果良好，但由于原規劃中沒有該系統，該設計、建設及運行管理難度大，風險也大。

（2）大型的混凝土生產系統，由于其骨料需用量大，且高峰強度高，這就需要骨料儲存調節料堆具有較大的有效容積，有較大的調節能力，這在場地狹窄的混凝土生產系統中，骨料罐群的使用不適為種行之有效的方式。骨料罐群具有占地小，儲量大，有效容積高、節省機械倒料費用等優點。但由于場地限制，全部采用骨料罐群來儲存骨料，總體效果良好，但在儲存細骨料的過程中，由于其含水量、石粉含量的影響，往往容易起拱導致放料不暢或板結無法放料，在下料時也往往從料罐中心呈柱狀圓孔，四周的料板結不下，在處理時高壓風或高壓水處理，效果并不理想。這在運行過程中時有發生，嚴重影響混凝土生產，對砂罐板結起拱采取如何破拱，至今沒有更行之有效的方法。

（3）系統膠凝材料輸送管路長達八百多米，且沿大壩邊坡下行布置，彎道多，距離遠，容易堵管，系統采用配置多趟備用管路和助吹設施，加強運行管理，很好地解決了灰管路堵塞難題。

（4）利用EL1915m～EL1945m邊坡，通過擴展平臺布置二次篩分系統，采用錨桿、鋼筋混凝土澆筑平臺，二次篩分車間的一階篩和二階篩分開布置，一階篩布置在約EL1930m的馬道及邊坡上，為一臺2YKR2460型圓振動篩，二階篩布置在風冷調節料倉上，為兩臺2YKR2460型圓振動篩，通過分級后分別進入風冷調節料倉。經過運行證明，運行效果良好。

（5）由于地處大壩左岸壩肩破碎帶，安全問題是大問題。通過加強場地邊坡或平臺的防水措施，加強施工廢水排水管理，確保施工用水的有序排放，避免施工廢水下滲增加邊坡滲透壓力，降低邊坡穩定安全性。對場地邊坡布設相應監測設施，并做好系統運行期間場地邊坡的安全監測工作。

7結語

錦屏一級水電站新增大壩左岸1885混凝土拌和系統于2011年10月底投產運行，于2013年3月圓滿完成所有供料任務，為保證首臺機組發電目標打下了堅實的基礎。系統布置區域地質條件復雜，存在多條斷層及不良地質缺陷，且場地狹窄，邊坡穩定條件差，設計布置過程中因地制宜，通過一系列工程措施，合理布局，統籌設計，充分利用場地，緊湊布置，既滿足系統的功能設計，又為系統的運行管理提供有利條件，對其它水電工程中借鑒應用具有較大的積極意義。

參考文獻：

[1]錦屏一級水電站左岸大壩工程施工標招標文件.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院 2006年12月.

[2]錦屏一級水電站左岸大壩工程施工標投標文件.中國水利水電第七工程局，2007年4月.

[3]水利水電工程施工組織設計手冊第四冊 輔助企業.水利電力出版社，1991年.