孤山航電樞紐工程砂石混凝土系統布置方案優化研究

石志超 楊丹漢 牛運華 高磊

摘要：

為優化孤山航電樞紐工程砂石混凝土系統布置，分析了施工場地條件，初擬了4個布置方案。從地質條件、料場開采和料源運輸、砂石加工系統、混凝土生產系統、給水及廢水處理、電氣工程等方面進行綜合對比分析，推薦紀家梁砂石混凝土系統集中布置方案。實踐表明：該方案投資少，移民征地少，砂石混凝土系統運行良好，為工程的順利實施創造了良好的基礎。

關鍵詞：

砂石混凝土系統； 料場開采； 砂石加工； 孤山航電樞紐工程

中圖法分類號：TV642.4

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S1.005

文章編號：1006-0081（2023）S1-0013-04

0 引 言

砂石混凝土系統布置是水利水電工程施工布置的重要組成內容，也是水利水電工程施工組織設計的重要環節，直接影響工程質量、工程進度和工程投資，進而影響到整個工程的經濟效益［1］。砂石加工系統與混凝土生產系統的規劃應根據主體工程的布置、施工總體規劃、現場的地形與地質條件、混凝土骨料料場的位置與開采運輸方式等因素進行綜合考慮［2］。本文以孤山航電樞紐工程為研究對象，介紹了該工程砂石混凝土系統布置方案。

1 工程概況

孤山航電樞紐工程位于漢江上游干流湖北省十堰市鄖西縣及鄖縣境內，壩址控制流域面積60 440 km2，多年平均流量778 m3/s，多年平均徑流量245億m3。孤山航電樞紐工程屬Ⅱ等工程，大（2）型水庫，其主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。水電站正常蓄水位177.25 m，裝機容量180 MW，年發電量6.19億kW·h。樞紐主要由泄水建筑物、電站廠房、通航建筑物和兩岸擋水壩組成。主體工程混凝土量96.61萬m3，考慮施工損耗和臨建工程，混凝土總量102.48萬m3，需要混凝土骨料152.17萬m3。主體工程需反濾料量4.84萬m3。工程共需砂石料量158.32萬m3，其中礫石需要量108.16萬m3，砂需要量50.16萬m3。需開采有用層毛料143.79萬m3（自然方）。

孤山航電樞紐工程各個料場天然砂礫料級配良好，但缺少儲量較大的集中料源，需多個料場開采方可滿足工程混凝土骨料需求。原料源選擇采用庹家灣、明灘、羅行灘、黃家坡、李家棚、板橋、羊尾和李家堡料場天然砂礫料，白石灘砂礫料場作為備用料場。項目實施時除明灘料場外，其余料場均被占用，故孤山航電樞紐工程最終選擇明灘料場作為項目砂礫石料場。

2 砂石混凝土系統布置方案選擇思路及原則

漢江孤山航電樞紐工程壩區屬于中山峽谷地貌，地形地質條件復雜，可供布置的地形地質條件主要是沖溝溝谷地帶和山前緩坡地帶，布置場地局促、分散。砂石混凝土系統的布置，應根據施工場地條件、樞紐布置、施工總體布置及料源情況綜合選定。根據NB/T 10488-2021《水電工程砂石加工系統設計規范》，砂石混凝土系統布置應遵循以下原則［3］：

（1） 砂石混凝土系統宜設在料場（包括開挖利用料）附近，多料場供應時，宜設在主料場附近，經論證亦可分設砂石加工系統。

（2） 砂石混凝土系統應避開爆破危險區，安全距離應符合有關標準規定。

（3） 砂石利用率高，運距近，且場地有條件布置時，砂石加工系統也可設在混凝土生產系統附近，并與混凝土生產系統共用成品堆場。

（4） 砂石混凝土系統宜靠近交通運輸道路、水源和輸電線路。

（5） 砂石混凝土系統應遠離城鎮和居民生活區，必須在城鎮和居民生活區附近設廠時，應采取防護措施，減少噪音和粉塵的影響。

（6） 混凝土生產系統的布置規劃受到樞紐建筑物布置與施工布置、地形條件、土建工程分標方案、施工方法及施工進度的影響，同時應遵循盡量靠近澆筑工作面的布置原則。

（7） 根據工程地形、地質條件及施工要求，砂石加工系統的設置應結合砂礫石料場的分布、混凝土生產系統布置、場內外料物流向、施工道路布置和施工場地規劃等要求統籌規劃。

3 砂石混凝土系統布置可利用場地分析

從孤山航電樞紐工程壩址附近5 km范圍內可供利用的場地來看，右岸壩肩至上游漢江橋之間地形雖有緩坡地但局部地質穩定性較差，壩址至下游陳子溝之間地形較緩且面積較大但高程較高；陳子溝至紅椿溝之間部分區域地形較緩但地質穩定性較差。壩址左岸地形總體較陡，但溝壑分布較多，主要有沙溝、草房溝、董家溝、桃灣溝及大磨溝等沖溝，漢江橋上游左側由沙溝、南溝等兩三條小沖溝間的坡地較緩，漢江橋至董家溝地形較緩。

孤山航電樞紐工程砂石混凝土系統布置可用場地左岸壩上游有沙溝、草房溝、金土嶺、董家溝及下游有泥河口，右岸有紀家梁。董家溝地形較緩但人口密集，施工道路布置困難，不宜用作砂石混凝土系統場地。

4 砂石混凝土系統布置初擬方案

根據料源分布、可用場地條件和施工總布置，砂石混凝土系統的設置初步擬定4個方案。方案一：沙溝、金土嶺砂石混凝土系統分設方案；方案二：草房溝砂石混凝土系統集中布置方案；方案三：泥河口、金土嶺砂石混凝土系統分設方案；方案四：紀家梁砂石混凝土系統集中布置方案。

孤山航電樞紐工程各方案砂石系統及混凝土系統位置示意見圖1。

4.1 沙溝、金土嶺砂石混凝土系統分設方案（方案一）

砂石加工系統和混凝土生產系統分散布置，在左岸壩上游沙溝布置砂石加工系統，在草房溝出口上游的金土嶺布置混凝土生產系統。砂石加工系統生產的成品骨料采用汽車運輸至金土嶺混凝土生產系統。

砂石加工系統布置于沙溝，由毛料受料坑、毛料料倉、粗碎車間、預篩分車間、中碎車間、篩分車間、制砂車間、調節堆場、成品料堆場、裝車臺及與之配套的供排水系統、供電系統組成。混凝土生產系統布置于金土嶺，主要分2個臺階布置，拌和樓靠省道布置。混凝土生產系統由調節堆場、2座混凝土攪拌樓、1座制冷樓、6個膠凝材料儲罐、1座空壓機站，1個外加劑車間及與之配套的供排水系統、供電系統組成。

4.2 草房溝砂石混凝土系統集中布置方案（方案二）

砂石加工系統和混凝土生產系統集中布置。均布置于左岸壩上游2.2 km處草房溝。草房溝溝體狹窄，寬約20～30 m，溝口有S228省道經過，溝兩側山勢陡峭，局部有民居分散駐設。

砂石加工系統由毛料料倉、粗碎車間、預篩分車間、中碎車間、篩分車間、制砂車間、成品料堆及與之配套的供排水系統、供電系統組成。混凝土生產系統由2座混凝土攪拌樓、1座制冷樓、5個膠凝材料儲罐、1座空壓機站，1個外加劑車間及與之配套的供排水系統、供電系統組成。

4.3 泥河口、金土嶺砂石混凝土系統分設方案（方案三）

砂石加工系統和混凝土生產系統分散布置，在左岸壩下游約2.9 km泥河口布置砂石加工系統，在草房溝出口上游的金土嶺布置混凝土生產系統。

砂石加工系統由毛料受料坑、毛料料倉、粗碎車間、預篩分車間、中碎車間、篩分車間、制砂車間、成品料調節堆場、成品料堆場及與之配套的供排水系統、供電系統組成。主加工區的砂石加工系統分2～3個臺階布置，成品料采用汽車運輸至金土嶺混凝土生產系統。混凝土生產系統主要分2個臺階布置。混凝土生產系統由調節堆場、2座混凝土攪拌樓、1座制冷樓、4個膠凝材料儲罐、1座空壓機站，1個外加劑車間及與之配套的供排水系統、供電系統組成。

4.4 紀家梁砂石混凝土系統集中布置方案（方案四）

砂石加工系統和混凝土生產系統集中布置，砂石混凝土生產系統布置在陳子溝渣場上游、2號路以上的紀家梁。其中混凝土生產系統靠近大壩，在砂石加工系統的上游側，砂石混凝土生產系統的布置場地為山坡地，根據工藝流程，自高向低分臺階布置，拌和樓靠近2號路布置，其地面設置高程220 m。

砂石加工系統由毛料料倉、粗碎車間、予篩分車間、中碎車間、細碎車間、篩分車間、制砂車間、成品料堆及與之配套的供排水系統、供電系統組成。混凝土生產系統由2座混凝土攪拌樓、1座制冷樓、5個膠凝材料儲罐、1座空壓機站，1個外加劑車間及與之配套的供排水系統、供電系統組成。

5 方案比較

5.1 地質條件

（1） 方案一場地及周緣區分布沙溝滑坡，場地的環境地質條件較差；方案二場地及周緣區分布草房溝滑坡，場地的環境地質條件差；方案三周緣區分布陳家咀滑坡，場地的環境地質條件較差；方案四場地所處地勢較高，周緣區滑坡對本場地基本無危害，場地的環境地質條件較好。

（2） 各方案中沙溝骨料系統、草房溝砂石混凝土系統位于沖溝溝谷地帶，泥河口骨料系統位于泥河河口Ⅰ，Ⅱ級階地上，金土嶺混凝土系統和紀家梁砂石混凝土系統屬于斜坡地形，均有一定工程量的場平工程。方案一場地主要存在人工邊坡穩定問題和沙溝防洪問題；方案二場地主要存在草房溝滑坡穩定、人工邊坡穩定和草房溝防洪問題；方案三泥河口場地主要存在人工邊坡穩定和泥河防洪問題；方案四紀家梁砂石混凝土系統場地僅存在人工邊坡穩定問題。

5.2 料場開采和運輸

根據料源情況，采用3～4臺2 m3索鏟陸基水下開采，裝載機裝料。最大開采強度13.50萬m3/月。4個方案的料場開采相同。毛料采用汽車運輸，因系統布置位置不同，4個方案的運距也各不相同。方案一毛料平均運距9.63 km；方案二毛料平均運距9.68 km；方案三毛料平均運距12.41 km；方案四毛料平均運距10.12 km。

5.3 砂石加工系統

方案一、二和方案四采用汽車配推土機直接堆存，方案三則采用受料坑配膠帶機堆存。方案一、二和方案四采用膠帶機直接堆存，方案三則通過調節堆場轉運，通過膠帶機跨泥河，再通過膠帶機配卸料小車堆存。方案一采用膠帶機供料線運輸至調節堆場，平均運距0.8 km；方案二和方案四采用膠帶機直接運輸至混凝土生產系統調節堆場；方案三則通過裝車臺采用汽車運輸至混凝土生產系統，平均運距5.3 km。

5.4 混凝土生產系統

方案一采用膠帶機供料線運輸至拌和樓，方案二和方案四凈料采用膠帶機直接運輸至拌和樓，方案三則通過受料坑采用膠帶機堆存，再采用膠帶機運輸至拌和樓。

混凝土采用汽車運輸，因系統布置位置不同，4個方案的運距也各不相同。方案一、二和方案三平均運距2.29 km，方案四平均運距1.73 km。

5.5 給水及廢水處理方案

（1） 給水系統。4個系統供水方案布置中，方案一、方案二砂石混凝土生產給水系統布置、規模相同。方案三由于泥河口砂石系統與金土嶺混凝土系統分別位于左岸上、下游，需分別設置獨立的給水系統，其中下游泥河口砂石系統與業主源水高位水池距離5.3 km，還需就地自建1座取水泵站。方案四砂石系統與混凝土系統集中布置，與大壩主體工程距離較近，合理布置水廠，不僅能滿足砂石系統、混凝土系統用水，同時兼顧主體工程施工及大壩澆筑養護用水，最為經濟、合理。

（2） 廢水處理系統。由于場地狹小，方案一、二、三的廢水處理只能采用最簡易的沉淀池工藝，出水水質較難滿足環保要求。方案四場地較為寬闊，可以采用當前較先進的廢水處理工藝，使用污水凈化裝置和箱式壓濾機，自動化水平較高，滿足環保要求。

5.6 電氣工程

4個方案的供配電方案基本相同，僅在10 kV供電線路的架設距離上有所不同。方案一共需架設10 kV供電線路約2.4 km（單回線路路由長度，下同）；方案二共需架設10 kV供電線路約1.2 km；方案三共需架設10 kV供電線路約12.4 km；方案四共需架設10 kV供電線路約0.6 km。較分開布置方案，砂石加工和混凝土生產系統集中布置供電線路架設距離短、供電可靠性高、后期控制運行方便。同樣采用集中布置，相較方案二，方案四有利于35 kV施工變電站的選址，方便進出線，場內供電線路架設距離短、施工干擾少，節省投資。

5.7 經濟比較

按照孤山航電樞紐工程主體工程單價水平測算，方案一、二、三、四系統土建與運行費用之和分別為14 283萬、14 659萬、19 209萬和13 831萬元，其中運行費用僅包括各方案存在差異的部分，即毛料運輸、骨料運輸、混凝土運輸和電氣工程等。方案四費用最小。

5.8 方案選擇

（1） 從地質角度考慮，方案四場地所處地勢較高，周緣區滑坡對本場地基本無危害，場地的環境地質條件較好，且場地僅存在人工邊坡穩定問題。方案四相比之下地質條件最佳。

（2） 方案二和方案四為砂石、混凝土系統集中布置，便于砂石混凝土系統的施工和運行管理。

（3） 4個施工布置方案都占用了一定的農用地，征地范圍及用地規劃有一定差異。方案三、方案四臨時占地相對較少，拆遷人口少，移民安置難度和補償投資相對較低，從建設征地移民安置角度看，屬較優的方案。

（4） 方案四具有以下特點：① 紀家梁混凝土系統在右岸，且拌和樓距壩址僅700 m，混凝土澆筑高峰及混凝土主要澆筑工程量（約70%）均在右岸，對降低混凝土的運輸費、確保混凝土質量及工程綜合管理均有利。② 工程天然河床砂礫料場在壩下游右岸，為壩下游4.0～4.7 km的明灘砂礫石料場，砂石加工系統布置在壩下游右岸，使料場采取陸基開采與運輸時無需跨江運輸毛料，較大幅度降低了毛料的運輸距離。③ 砂石混凝土系統集中布置，不僅避免了分開布置方案中成品骨料的二次轉運、減少一套調節堆場設施的建設和運行費用，還便于系統的施工和運行管理；④ 紀家梁系統布置區域距壩址僅700～1 150 m，地形較平緩，面積較大，無大量民居的拆遷和重大地質災害隱患，利于砂石加工系統與混凝土生產系統的集中布置，且基建工程量小。

綜上所述，選方案四作為推薦方案。

6 結 語

孤山航電樞紐工程砂石混凝土系統布置方案考慮了地形地質條件、系統布置方案等因素，最終確定紀家梁砂石混凝土系統集中布置方案。孤山航電樞紐工程砂石混凝土系統布置方案的研究對確定施工總布置方案、施工占地范圍和主體工程順利實施具有重要意義。孤山航電樞紐工程于2016年12月開工建設，2017年10月砂石混凝土系統建成運行，2021年1月4臺機組全部投產發電。從實施情況來看，孤山航電樞紐工程砂石混凝土系統集中方案運行經濟、便于管理，滿足工程需要。

參考文獻：

［1］ 李捷.大型水電樞紐工程施工中砂石骨料及混凝土系統布置方案優選研究［D］.烏魯木齊：新疆農業大學，2006.

［2］ 陳遷，龍慧文，孔繁忠，等.銀盤水電站砂石混凝土系統設計與生產［J］.人民長江，2008，39（4）：50-52.

［3］ 陳緒貴，車公義.三峽工程砂石系統的規劃、建設與管理［J］.中國三峽建設，2000（9）：7-12，57.