葉巴灘水電站左岸高線混凝土系統(tǒng)設(shè)計(jì)

潘 勇， 袁 木

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 混凝土系統(tǒng)特點(diǎn)及生產(chǎn)規(guī)模

1.1 系統(tǒng)主要持點(diǎn)

(1)壩體混凝土總量大、施工強(qiáng)度高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。葉巴灘水電站壩體混凝土總量約270萬(wàn)m3，澆筑直線工期39 個(gè)月，月高峰澆筑強(qiáng)度約10萬(wàn)m3。

(2)工程地處高原高寒地區(qū)，對(duì)混凝土質(zhì)量尤其是溫控質(zhì)量要求高。系統(tǒng)不僅生產(chǎn)預(yù)冷混凝土，同時(shí)還要生產(chǎn)預(yù)熱混凝土。預(yù)冷、預(yù)熱系統(tǒng)容量高且必須穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

(3)系統(tǒng)必須連續(xù)供料，混凝土的發(fā)料、運(yùn)輸、卸料要形成循環(huán)回路，以保證纜機(jī)高效運(yùn)行。

(4)系統(tǒng)場(chǎng)地用地面積僅17 000 m2，布置極其困難。

1.2 系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模

左岸高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)位于大壩左岸下游約100 m處，供應(yīng)整個(gè)大壩工程混凝土，供應(yīng)總量約270萬(wàn)m3。其中，高溫季節(jié)(5～9月)需要預(yù)冷的混凝土約110萬(wàn)m3，出機(jī)口溫度不高于7℃；低溫季節(jié)(11～2月)需要預(yù)熱混凝土約80萬(wàn)m3，出機(jī)口溫度不低于10 ℃。系統(tǒng)按滿足10萬(wàn)m3的混凝土月高峰澆筑強(qiáng)度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，但考慮本工程混凝土月高峰澆筑的不均勻性，生產(chǎn)能力應(yīng)留有適當(dāng)裕度。因此，設(shè)計(jì)規(guī)模按同時(shí)滿足常態(tài)混凝土400 m3/h，預(yù)冷溫控混凝土滿足360 m3/h，預(yù)熱溫控混凝土滿足340 m3/h的生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)、設(shè)備選型及布置。左岸高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 左岸混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

2 混凝土系統(tǒng)總體布置與工藝設(shè)計(jì)

2.1 布置原則

(1)系統(tǒng)宜緊靠壩頭，減小混凝土運(yùn)輸過(guò)程溫度回升；混凝土運(yùn)輸采用循環(huán)線路，提高施工效率。

(2)設(shè)計(jì)中遵循以空間換面積的思路，分臺(tái)階空間布置，減小占地面積和土建開(kāi)挖。

(3)充分利用地形，主要原材料采取從高處往低處輸送方式，節(jié)約能源。

(4)經(jīng)濟(jì)合理地配置系統(tǒng)容量，避免規(guī)模過(guò)大造成工程量增加和設(shè)備利用率過(guò)低。

2.2 系統(tǒng)總體布置

左岸高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)場(chǎng)地非常狹窄，占地面積僅約17 000 m2。開(kāi)挖成2 894.00 m、2 930.00 m兩個(gè)平臺(tái)，同時(shí)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)沖溝采用框架現(xiàn)澆形成場(chǎng)地。

靠山側(cè)布置6個(gè)骨料豎井，豎井直徑10 m，豎井凈間距10 m，豎井高度50 m。在2 930.00 m高程平臺(tái)布置二次篩分車(chē)間、調(diào)節(jié)料倉(cāng)、一次風(fēng)冷車(chē)間。為節(jié)約占地，處理篩分廢水的沉淀池、加藥間等布置在二次篩分車(chē)間至調(diào)節(jié)料倉(cāng)的膠帶機(jī)下方。

6個(gè)膠凝材料罐基礎(chǔ)布置在2 894.00 m～2 930.00 m平臺(tái)的斜坡上，膠凝材料罐基本上不占用2 894.00 m平臺(tái)面積。2座拌和樓、二次風(fēng)冷主集裝箱、辦公樓及實(shí)驗(yàn)室、外加劑車(chē)間、鍋爐房、空壓機(jī)房等布置在2 894.00 m平臺(tái)。系統(tǒng)的混凝土運(yùn)輸線經(jīng)左岸大壩供料線平臺(tái)、上游502#公路、壩頂5#公路、下游的505#運(yùn)輸洞回到系統(tǒng)內(nèi)形成環(huán)形道路。左岸高線混凝土系統(tǒng)平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 左岸高線混凝土系統(tǒng)平面布置圖

2.3 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)及布置

2.3.1 拌和樓選型及布置

系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力：常態(tài)混凝土400 m3/h，預(yù)冷混凝土360 m3/h，預(yù)熱混凝土340 m3/h，三班制生產(chǎn)。

HL360-4F4500LB型拌和樓銘牌額定生產(chǎn)能力為：常態(tài)混凝土360 m3/h( 四級(jí)配), 預(yù)冷混凝土250 m3/h。考慮本工程混凝土月高峰澆筑的不均勻性，生產(chǎn)能力應(yīng)留有適當(dāng)裕度，設(shè)置2座HL360-4F4500LB型拌和樓完全滿足要求。

系統(tǒng)布置以拌和樓為中心，統(tǒng)籌其他組成部分的相互關(guān)系。2座拌和樓在2 894.00 m高程平臺(tái)上呈前后錯(cuò)開(kāi)布置，出料線獨(dú)立。每座樓原材料進(jìn)料線與出料線基本垂直，出料線緊臨壩肩供料線平臺(tái)，出料十分順暢。

2.3.2 骨料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

2.3.2.1 砂石骨料供應(yīng)

系統(tǒng)成品骨料由俄德西溝3#砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)供應(yīng)。粗細(xì)骨料采用膠帶機(jī)從成品料堆接料點(diǎn)沿7#公路隧洞運(yùn)至左岸高線混凝土系統(tǒng)豎井群，經(jīng)井頂卸料小車(chē)卸料入井。骨料運(yùn)輸系統(tǒng)采用2條長(zhǎng)距離膠帶輸送機(jī)，每條輸送能力為1 500 t/h，運(yùn)輸距離約2.5 km。第一條膠帶機(jī)與7#公路共用隧洞，膠帶機(jī)靠山布置，長(zhǎng)度約1 600 m。第二條2膠帶機(jī)為新建膠帶機(jī)隧洞，斷面尺寸4.5 m×4 m(寬×高)，長(zhǎng)度約900 m。

2.3.2.2 粗細(xì)骨料儲(chǔ)運(yùn)

6個(gè)骨料豎井成一條直線布置于2 930.00 m平臺(tái)靠山側(cè)的山體內(nèi)，骨料豎井直徑均為10 m，豎井壁凈間距10 m，豎井頂部高程2 989.00 m，底部高程2 939.00 m，高度均為50 m。骨料豎井下方設(shè)置膠帶機(jī)廊道，廊道底部高程2 935.00 m，凈空3 m。

粗骨料由骨料豎井下的GZG1003型振動(dòng)給料機(jī)給料，通過(guò)2條B=1 000 mm、V=2 m/s 膠帶機(jī)給二次篩分樓供料。粗骨料經(jīng)過(guò)沖洗分級(jí)后由B=800 mm、V=2 m/s膠帶機(jī)將粗骨料送入一次風(fēng)冷調(diào)節(jié)料倉(cāng)暫存，然后再通過(guò)料倉(cāng)下的氣動(dòng)弧門(mén)經(jīng)2條B=1 000 mm、V=2.0 m/s膠帶機(jī)給拌和樓供料。

細(xì)骨料由骨料豎井下的氣動(dòng)弧門(mén)給料，通過(guò)2條B=800 mm、V=2 m/s的膠帶機(jī)分別給2座拌和樓供料。

2.3.3 骨料二次篩分布置

為控制骨料超遜徑與裹粉，需設(shè)置二次沖洗篩分車(chē)間。二次篩分車(chē)間設(shè)2組篩分樓，每組生產(chǎn)能力為700 t/h，分別與2座調(diào)節(jié)料倉(cāng)相對(duì)應(yīng)。其中，一階篩分布置在2 930.00 m高程平臺(tái)，通過(guò)2YKR2460型篩分機(jī)將骨料分級(jí)；二階篩分直接布置在調(diào)節(jié)料倉(cāng)頂部，二階篩分選用單層篩，通過(guò)YKR2460型篩分機(jī)將骨料分級(jí)為四種粗骨料，篩分后的粗骨料直接進(jìn)入調(diào)節(jié)料倉(cāng)。

2.3.4 骨料一次風(fēng)冷調(diào)節(jié)料倉(cāng)布置

一次風(fēng)冷調(diào)節(jié)料倉(cāng)共兩座，平行布置在高程2 930.00 m平臺(tái)上。每座調(diào)節(jié)料倉(cāng)分隔為4個(gè)倉(cāng)，儲(chǔ)存4級(jí)骨料，單倉(cāng)凈截面為4.0 m×5.0 m×10.0 m(長(zhǎng)×寬×高)。特大石及大石料倉(cāng)內(nèi)設(shè)置緩降器。卸料采用氣動(dòng)弧門(mén)。預(yù)冷骨料由膠帶機(jī)運(yùn)輸，各級(jí)骨料按序輪換向拌和樓料倉(cāng)供料，調(diào)節(jié)料倉(cāng)與膠帶機(jī)棧橋均設(shè)采暖保溫設(shè)施。

2.3.5 膠凝材料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)布置

系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置6個(gè)φ10 m的膠凝材料罐，其中4個(gè)為水泥罐、2個(gè)為粉煤灰罐。料罐基礎(chǔ)布置在2 894.00～2 930.00 m平臺(tái)的斜坡上，基本不占用平臺(tái)面積。料罐均相鄰布置，相鄰罐間間距為12.5 m。在場(chǎng)內(nèi)道路與罐體之間規(guī)劃了回車(chē)場(chǎng)，以方便散裝水泥罐車(chē)回車(chē)卸料。

2.3.6 空壓機(jī)及外加劑車(chē)間布置

空壓機(jī)房、外加劑車(chē)間、配電房、鍋爐房等布置于2 894.00 m高程平臺(tái)臨江側(cè)，與膠凝材料罐之間形成一塊較大的回車(chē)場(chǎng)，便于物流運(yùn)輸。

空壓機(jī)房平面尺寸為27.38 m×7.8 m(長(zhǎng)×寬)。空壓機(jī)站裝機(jī)容量為245 m3/min，機(jī)房?jī)?nèi)布置6臺(tái)LGFD250-095H螺桿空壓機(jī)。外加劑車(chē)間由庫(kù)房、配液池、儲(chǔ)液池、實(shí)驗(yàn)室等組成，總建筑面積為450 m2，可滿足30 d的外加劑用量。

2.3.7 廢水處理系統(tǒng)布置

廢水處理系統(tǒng)布置在2 930.00 m平臺(tái)上，位于篩分車(chē)間至調(diào)節(jié)料倉(cāng)的膠帶機(jī)下，主要布置有平流式沉淀池、斜管沉淀池、清水池、加藥間及控制室等。

平流式沉淀池結(jié)構(gòu)尺寸為30.0 m×5.0 m×6.96 m(長(zhǎng)×寬×高)、斜管沉淀池結(jié)構(gòu)尺寸為12.3 m×10 m×3.87 m(長(zhǎng)×寬×高)，清水池結(jié)構(gòu)尺寸為10 m×6 m×3.77 m，加藥間結(jié)構(gòu)尺寸為5.76 m×4 m×4.5 m(長(zhǎng)×寬×高)。

2.3.8 預(yù)熱系統(tǒng)布置

預(yù)熱系統(tǒng)由鍋爐房、蒸汽管道、蒸汽排管等組成。

鍋爐房布置在2 894.00 m高程平臺(tái)上，平面尺寸為16.2 m×11.9 m(長(zhǎng)×寬)。蒸汽管道主要布置在各個(gè)車(chē)間、膠帶機(jī)廊道內(nèi)，用于保持車(chē)間和膠帶機(jī)廊道的溫度。蒸汽排管布置在調(diào)節(jié)調(diào)倉(cāng)底部的出料口，主要在低溫季節(jié)解凍出料口附近的骨料。暖風(fēng)集裝箱布置在拌和樓儲(chǔ)料倉(cāng)旁。

3 預(yù)冷、預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 氣象資料

歷年月平均氣溫、水溫見(jiàn)表2。

3.2 預(yù)冷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)高溫季節(jié)(5～9月)混凝土出機(jī)口溫度不高于7 ℃；低溫季節(jié)(11～2月)混凝土出機(jī)口溫度不低于10 ℃。

表2 歷年月平均氣溫、水溫 /℃

根據(jù)三峽、溪洛渡、拉西瓦、官地等電站工程的經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算，決定采用粗骨料兩次風(fēng)冷、加冰、加冷水拌和的混凝土預(yù)冷工藝，確保混凝土出機(jī)口溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.1 溫控措施

(1)在2 930.00 m調(diào)節(jié)料倉(cāng)中對(duì)粗骨料進(jìn)行一次風(fēng)冷，骨料溫度從17.0 ℃平均冷卻至7 ℃。

(2)在拌和樓料倉(cāng)內(nèi)對(duì)粗骨料進(jìn)行二次風(fēng)冷，考慮2 ℃溫度回升，骨料溫度從9 ℃平均冷卻到5.0 ℃。

(3)拌和用冷水4 ℃，片冰溫-5 ℃。每m3混凝土加30～65 kg片冰。

(4)二次篩分、調(diào)節(jié)料倉(cāng)、骨料輸送廊道、拌和樓以及輸冰設(shè)備均要保溫，以減少混凝土物料溫度回升。

3.2.2 預(yù)冷系統(tǒng)工藝流程

混凝土預(yù)冷系統(tǒng)由四部分組成：調(diào)節(jié)料倉(cāng)風(fēng)冷系統(tǒng)、拌和樓二次風(fēng)冷系統(tǒng)、制冰系統(tǒng)及制冷水系統(tǒng)。

3.2.2.1 風(fēng)冷系統(tǒng)

粗骨料經(jīng)二次篩分后進(jìn)入調(diào)節(jié)料倉(cāng)進(jìn)行骨料冷卻，調(diào)節(jié)料倉(cāng)由四個(gè)料倉(cāng)組成，自上而下分為進(jìn)料區(qū)、冷卻區(qū)、儲(chǔ)料區(qū)。冷風(fēng)自下而上通過(guò)骨料，骨料按用料速度自上而下流動(dòng)，邊進(jìn)料，邊冷卻，邊出料。冷卻后的骨料經(jīng)保溫廊道由膠帶機(jī)送至拌和樓相應(yīng)的料倉(cāng)進(jìn)行二次風(fēng)冷。拌和樓料倉(cāng)同樣由四個(gè)料倉(cāng)組成，通過(guò)風(fēng)冷使骨料進(jìn)一步降到設(shè)計(jì)值5 ℃。

一次風(fēng)冷系統(tǒng)配置了4組ZJJZ-40-1130B和ZJJZ-40-790B冷風(fēng)主機(jī)集裝箱、4組WHNJZ-3000和WHNJZ-2000冷風(fēng)蒸發(fā)冷集裝箱、4組KLJZ-36B和KLJZ-23B冷風(fēng)集裝箱。拌和樓二次風(fēng)冷系統(tǒng)配置了4組ZJJZ-40-830B和ZJJZ-40-580B冷風(fēng)主機(jī)集裝箱、8組WHNJZ-2000冷風(fēng)蒸發(fā)冷集裝箱、4組KLJZ-23B和KLJZ-16B冷風(fēng)集裝箱。

3.2.2.2 冷水及冰系統(tǒng)

混凝土拌和用冷水由冷水集裝箱生產(chǎn)。片冰由片冰集裝箱生產(chǎn)，片冰集裝箱從上到下分別為片冰機(jī)、冰庫(kù)和風(fēng)送系統(tǒng)。片冰機(jī)生產(chǎn)的片冰落入貯冰庫(kù)中貯存，貯冰庫(kù)中的片冰由氣力輸冰裝置送到拌和樓上的調(diào)節(jié)冰倉(cāng)，通過(guò)調(diào)節(jié)冰倉(cāng)下的螺旋輸送機(jī)送到拌和樓稱(chēng)量器中稱(chēng)量。

冷水、片冰系統(tǒng)主要配置了1組ZJJZ-20-1020B冷水主機(jī)集裝箱、1組LS-25冷水集裝箱、1組WHNJZ-2000冷水蒸發(fā)冷集裝箱、2組片冰集裝箱等。左岸高線混凝土預(yù)冷系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 左岸高線混凝土預(yù)冷系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

3.3 預(yù)熱系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用蒸汽排管為骨料除冰，拌和樓料倉(cāng)熱風(fēng)加熱粗骨料、60 ℃熱水拌和混凝土的工藝，確保混凝土出機(jī)口溫度在10 ℃以上。

3.3.1 溫控措施

(1)粗骨料在拌和樓料倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行加熱，使粗骨料溫度升至5 ℃，骨料加熱蒸汽量為1.1 t/h。

(2)每方混凝土加60 ℃熱水進(jìn)行拌和，加水量在50～90 kg之間，熱水蒸汽量為1.6 t/h。

3.3.2 預(yù)熱系統(tǒng)工藝流程

混凝土預(yù)熱系統(tǒng)由三部分組成：熱風(fēng)系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)。

3.3.2.1 熱風(fēng)系統(tǒng)

粗骨料熱風(fēng)加熱在拌和樓粗骨料倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行，由四個(gè)料倉(cāng)組成，料倉(cāng)由上而下分成進(jìn)料區(qū)、加熱區(qū)、出料區(qū)，通過(guò)熱風(fēng)加熱使骨料溫度升到設(shè)計(jì)值。熱風(fēng)由拌和樓風(fēng)機(jī)平臺(tái)上熱風(fēng)集裝箱組生產(chǎn)提供，熱風(fēng)機(jī)的熱源由鍋爐房提供。

3.3.2.2 熱水系統(tǒng)

混凝土拌和用熱水由設(shè)于制熱車(chē)間內(nèi)的汽水換熱器生產(chǎn)，熱水經(jīng)水泵輸送到拌和樓稱(chēng)量斗稱(chēng)量后進(jìn)入集料斗加入拌和機(jī)。

3.3.2.3 蒸汽系統(tǒng)

蒸汽排管布置在調(diào)節(jié)調(diào)倉(cāng)底部的出料口，主要在低溫季節(jié)解凍出料口附近的骨料。熱源由制熱鍋爐提供。

左岸高線混凝土預(yù)熱系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 左岸高線混凝土預(yù)熱系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié) 語(yǔ)

葉巴灘左岸高線混凝土系統(tǒng)位于高原高寒峽谷地區(qū)，混凝土供應(yīng)量大，溫控要求嚴(yán)，生產(chǎn)規(guī)模，高峰持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，需同時(shí)生產(chǎn)預(yù)冷和預(yù)熱混凝土，工藝復(fù)雜，同時(shí)系統(tǒng)可供布置場(chǎng)地十分有限，設(shè)計(jì)難度大。通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)工藝流程，合理布置，解決了設(shè)計(jì)難題。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案對(duì)位于高原高寒地區(qū)、河谷陡峭狹窄、混凝土系統(tǒng)場(chǎng)地十分有限的類(lèi)似工程提供了可以借鑒的設(shè)計(jì)參考。