白鶴灘水電站大壩砂石加工系統工程整體規劃和工程設計

莫讓華

（四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，成都611130）

1 工程概述

電站裝機容量約16 000 MW。樞紐工程由攔河壩、泄洪消能建筑物和引水發電系統等組成。攔河壩為混凝土雙曲大壩，壩頂高程834 m，最大壩高289 m，壩下游設水墊塘和二道壩。泄洪設施包括大壩的6 個表孔、7 個深孔和左岸的3 條泄洪洞[1]。

2 砂石系統整體布置

砂石加工系統的整體布置原則是利用場地自然坡度和順山坡臺階進行布置，盡可能避免膠帶機重載走上坡，這不僅可以降低能耗，同時，也能保證設備或者皮帶的使用壽命，降低成本，減少設備維護時間，提高系統利用率。

結合類似工程的經驗，關鍵設備采用技術領先、質量可靠、單機生產能力大的國內外先進設備，粗骨料采用四級破碎、三級篩分、二級檢篩。成品砂采用棒磨機和沖擊式破碎機聯合制砂工藝，同時配置了成品砂回收裝置，保證了粗骨料生產級配及成品砂的細度模數、石粉含量靈活調整。

砂石加工系統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后再返回水池。

2.1 料場開采

旱谷地料場的主要特點是：灰巖地質構造發育，溶蝕、風化較深，裂隙面銹染、斷裂構造發育，巖體完整性差，地質條件復雜且規律性較差；料場灰巖性脆，微裂隙較發育，因此，料場內的有用料、無用料交錯分布，給有用料開采的質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、系統支護及時跟進。鑒于旱谷地料場的料源品質較差，實行了料場開采精細化管理，實現了標準化作業。

針對料場RQD 值（巖芯質量指標）較低的特點，不斷優化了爆破參數，確定了少排數、大孔距、小排距、使用低爆速炸藥、調小主爆孔徑、提前清除爆破根底的爆破方案，優化爆破后，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 砂石系統工藝設計

砂石加工系統的規模設計按滿足混凝土高峰時段的澆筑工作量（260 000 m3/月）進行，大壩工程以四級配為主（根據工程經驗，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%，考慮到灰巖的特性為易跌碎和易磨損，因此，粗骨料生產比例按特大石∶大石∶中石∶小石=30%∶30%∶20%∶20%進行骨料級配設計。

本系統生產成品砂的石粉含量、細度模數、粒徑＜0.08 mm的微粒含量控制指標比DL/T 5144—2015《水工混凝土施工規范》的要求更為嚴格，要求石粉含量控制在10%～14%（水洗）、細度模數控制在2.7±0.1，粒徑＜0.08 mm 的微粒含量＜9%，因此，保證成品砂的細度模數、石粉含量是制砂工藝的控制重點。

2.2.1 粗骨料工藝設計

粗碎車間→半成品堆場→一篩車間和1#檢篩車間→中、細碎車間、二篩車間，三篩、四篩車間、超細碎車間和2#檢篩車間。

各平臺通過場內道路連接，各平臺平整時預留1%的斜坡（便于排水），各平臺內側設置排水溝和邊坡支護，排水溝和系統各車間的污水溝互不干擾。

2.2.2 成品砂工藝設計

根據料場巖石特性，本系統選取沖擊式破碎機+棒磨機聯合制砂工藝。

1）細度模數調節

中、細碎車間和超細碎車間均產有成品砂，三、四篩最下層篩網均采用3 mm 的篩孔，產出粗砂細度模數在2.7±0.1，棒磨機產砂穩定性強，產出細砂細度模數穩定在2.3±0.1，粗砂、細砂按照一定比例摻和入倉。

2）石粉含量精確添加

本系統主要通過細砂回收裝置、高壓隔膜壓濾機、石粉脫水機以及破碎機進料方式來靈活調節砂的石粉含量。當砂的石粉含量較高時，對高壓隔膜壓濾機和石粉脫水機回收石粉外棄，控制棒磨機的進料量或減少沖擊式破碎機旁路的進料比例，可降低砂的石粉含量。當砂的石粉含量較低時，采用細砂回收裝置，利用高速離心分離原理，從沖洗車間產生的廢水中回收細砂及部分石粉。同時，控制沖擊式破碎機的進料量或增加棒磨機旁路的進料比例，回收部分高壓隔膜壓濾機和石粉脫水機產生的石粉，以提高成品砂的石粉含量。

3）主要設備選型與配置

破碎設備是砂石系統的主要設備，基于破碎設備以及巖石的適應性和破碎特點，本加工系統均采用技術先進、性能穩定的進口破碎設備，篩分設備主要根據篩分物料粒徑和生產工藝要求，采用振動篩和高頻篩。

4）廢水處理工藝

本系統生產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。根據系統濕法生產工藝和料場巖性特點，廢水處理選擇機械預處理+輻流沉淀池+機械壓濾脫水工藝。

2.3 系統工藝改造

1）為解決一篩后的細渣過量給洗石設備帶來的嚴重負荷，減輕污水處理系統的過度負荷，以及提高成品砂的質量品質，將半成品骨料粒徑＜5 mm 的細渣進行剔除，粒徑＜5 mm 的細渣約占半成品骨料的5%。

2）進一步中石、小石整形，原工藝中，三、四篩共同生產的中石、小石進入成品倉，其中，三篩生產的中石、小石粒徑品質比四篩差，四篩車間生產的中石、小石經CV229 破碎機整形后，其粒徑品質較好。為進一步提升中石、小石粒徑品質，將四篩生產的中石、小石單獨放入成品倉，將三篩生產的中石、小石作為中間產品不再直接放入成品倉，通過增設1 條膠帶機和改造中石、小石的料斗，將中石、小石送至超細碎車間進行整形處理，最后進入對應的成品倉。原工藝中，中石、小石的針片狀含量約控制在10%，進一步整形后中石、小石的針片狀含量約控制在5%。

3）成品砂技術指標微調，根據專家組咨詢意見，在系統工藝完成固化并穩定運行后，對成品砂的細度模數、石粉含量、粒徑＜0.08 mm 的微粒含量等指標進行微調，細度模數由原來的2.6±0.1 調整為2.7±0.1，石粉含量由原來的10%～17%（水洗）調整為10%～14%，微粒含量宜由＜9%調整為＜9%。增加1 臺棒磨機和1 條膠帶機，對超細碎車間和棒磨車間進行了工藝優化，確保了成品砂的細度模數、石粉含量、微粒含量持續穩定生產，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生的浮漿。

2.4 渣場管理

系統規劃時，將旱谷地兩側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定性，還需要考慮本系統在建筑安裝期、運行期的防洪度汛，以及移交當地政府的相關資料和永久防洪度汛。

大灣子溝為棄渣場，規劃占地面積100 000 m2，規劃總容量約15 000 000 m3，填筑高程范圍為1 235～1 450 m，每間隔15 m 設置一級馬道，馬道寬度3 m，堆渣邊坡坡比為1∶2.5～1∶1.8。渣場設置盲溝，從上至下分別設置擋水壩、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，容量規劃約760 000 m3。填筑高程范圍為1 215～1 370 m，每間隔20 m設置一級馬道，馬道寬3 m，每2 級馬道設置排水溝，堆渣邊坡坡比為1∶2～1∶1.8。渣場設置盲溝，從上至下分別設置格柵壩、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 壩區存料堆場

在白鶴灘水電站壩區高程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供應骨料，活容積滿足大壩高峰期5 d 的澆筑工程量。

3 結語

1）專家組評價：白鶴灘水電站大壩砂石加工系統工藝設計合理，在料源先天不足的條件下生產的成品骨料質量持續穩定（粗骨料生產和出廠的合格率均在99.5%以上，成品砂生產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）通過大壩灰巖骨料一條龍試驗總結，特大石在骨料堆場高位運輸時的跌落損失為3%，長途運輸的跌落損失為12%，在壩區質量交接點的跌落損失基本在22%～25%，低線系統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到30%以上，高線系統的特大石再經過高線場外線后的遜徑基本上達到了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計與皮帶秤的過磅量進行對比，特大石在低線系統的實際消耗量占過磅量為65%（高線系統為60%），在大壩集中澆筑四級配混凝土時造成特大石供應緊張，短時間內（1 周）特大石供應占粗骨料比例達到45%，一段時間內（2 個月）特大石供應占粗骨料比例達到35%，導致本系統粗骨料生產不匹配。采取措施：骨料加工系統上通過爆破參數優化獲得更多的大塊石來提高特大石的產能，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%下調到25%、再進一步下調到23%后，本加工系統的粗骨料生產級配達到平衡。

3）本系統對所有的道路進行硬化，對系統邊坡和道路周邊進行綠化，按照工廠化標準進行本系統運行。

4）成品骨料運輸成立車輛安全管理和調度中心實行車輛識別+GPS 定位+司機室安裝監控系統，對車輛和駕駛員的基本信息、日常維護保養和強制二級維護保養、日常安全教育和培訓、巡視檢查記錄等及時錄入，對車輛的載重、違章等實現自動錄入，全程對所有車輛時時進行在線監測，保證了車輛的完好性，規范了駕駛員的駕駛習慣，確保了成品骨料運輸的交通安全。