西北高原地區選礦廠土建工程施工技術

中圖分類號：TU753 文獻標志碼：B 文章編號：1004-4345（2025）02-0048-04

Construction Technology for Civil Works of Concentrator in the Northwest Plateau Region

HU Luobao

（China NerinEngineering Co.，Ltd.，Nanchang，Jiangxi 33Oo38，China）

AbstractTheNorthwest plateauregion facessevere challenges incivil worksdue to extremeclimate，complexgeological conditions，andhighlycorosivesalinealkalisoilenvironment，suchascoldtemperatureandoxygendeficiencyfrostdamageand insuficientfoundationbearingcapacityTakinganickel-cobaltconcentratorinQinghaiasanexample，thispapersystematically introducestheeyechologiesofcivilonstructioninplateauenvioments，includingfoudationtreatment，onstructiooficlied shaft in ore belt conveying，deep foundation pit support for primary crushing plant，optimization of anti corrosion concrete proportion， andmakesspecialanalysisonthetemperaturecontrolandcrack preventionofargevolumeconcreteand winterconcreteconsruction technology. Practice has shown that the temperature of casting concrete can be no less than 10‰ and the solid strength compliance rateis 100% byusing replacementand dynamiccompaction technology to improve the bearing capacityof the foundation，and combining blasting method withadvanced pipeshedsupporttocompletecomplexrock inclined shaft construction，establishinga layeredsupportsystemfordepfoundationpits，addingantifreeeadditivesandhigh-eficiencywatereducingagent，andusingshed heat insulation （shed temperature of ?5°C ）and dynamic temperature control measures.Large volume concrete can achieve a positioning error of ?3 mm for embedded parts by using distributed temperature measurement and continuous 36 hour layered pouring process.

Keywordsconcentrator;plateaualpine;foundationtreatment;concretecuring;winterconstructiontechnology;massconcrete

我國西北高原地區具有高寒缺氧、地質構造復雜、強紫外線輻射及生態環境脆弱等特征，對當地工業建筑的全壽命周期性能形成了多維挑戰。特別是選礦廠這類重載工業建筑，在復雜地質與極端氣候協同作用下，普遍存在混凝土耐久性衰減、地基穩定性不足及施工效率低下等突出問題。本文以青海某高海拔鎳鈷選礦廠建設項目為例，結合高原特殊環境與工程地質特征對土建施工的影響機理，對該項目地基處理、礦石膠帶運輸斜井施工、粗碎站施工、冬季混凝土施工、大體積混凝土施工等關鍵技術進行研究和優化，為高原地區選礦廠建設提供技術支撐。

1項目概況

1.1項目概況

青海某鎳鈷礦選礦廠項目位于青海省海西蒙古族壯族自治州格爾木市烏圖美仁鄉，總投資約8.8億元，建設規模為年處理礦石量 5.61×10⁶t（17kt/d）， 車項目涵蓋輸礦、碎礦、浮選、精礦及尾礦輸送等工段，主要建設內容包括粗碎站、長距離皮帶廊、粗礦倉、磨浮車間、頑石破碎車間、精礦過濾車間、藥劑制備與輸送車間等27個子項。項目建成后采用“輸送—破碎—磨碎—浮選\"聯合工藝，將低品位原礦加工為高品位粗鎳精礦，尾礦漿排至尾礦庫集中處理。

1.2所處環境分析

項目所在地烏圖美仁鄉，地處東昆侖山脈西段、柴達木盆地南緣，距格爾木市約 167km （含 55km 非鋪裝道路），方圓 50km 均為無人區。該區域屬典型大陸性干旱氣候，主要環境特征如下：1）地質、土壤。廠區自然標高 3270.0～3381.5m ，土壤鹽堿化嚴重，腐蝕性強。2）氣候條件。年平均氣溫 3.8^°C ，當年11月至次年4月的月最低溫均為負溫，最冷月（1月）平均氣溫 -11.5^°C ，最熱月（7月）平均氣溫 17.3^°C ，年溫差 28.8‰ ;年平均降水量 40.2mm ，單日最大降水量 12.7mm ，雨季為 6～9mm ；年平均蒸發量為 ，年平均濕度為 32% ，霜期長達 172d 。3）極端氣象。年平均日照時數為 3267.3h ，年平均氣壓 727.9hPa ；廠區地勢開闊，常年盛行西北風，砂暴時襲，并有雪、雹、雷雨天氣；1＼～3月為風季，平均風速 3.7m/s ，最大風速超過 9m/s 。4）高海拔影響。當地屬于高海拔地區，高寒缺氧，空氣稀薄，晝夜溫差大，氣候環境惡劣。可以看出，項目所在地的環境特征惡劣，對項目施工人員的健康、施工的開展及材料的性能都帶來極大的風險和挑戰。

2 高原地區土建施工技術分析

2.1地基處理

項目所在地建筑 ±0 以下 5m 范圍內地質條件較差，地基承載力不足。綜合考慮建筑類型、結構受力、成本、工期及防凍要求（當地凍土層厚度為 1.9m ））等因素，所有基礎均設計為獨立基礎，地基底標高設計為 -2.6m 。施工中，充分利用當地石材資源，采用大開挖換填石塊并強夯至滿足持力層要求。

2.2礦石膠帶運輸斜井

礦石膠帶運輸皮帶總長 1.3km ，用于將礦石從采礦區輸送至選礦區，含地面段和地下斜井段。斜井總長 163.5m ，其中地下段長 130m ，穿越3類、4類巖石層，凈斷面規格（寬 × 高）為 3800mm×3000mm ，設計使用年限為 50a 。地表段傾角為 5^°30^′′ ，地下段傾角為 9^°30^′′ 。經專家論證，地下段采用爆破法施工，施工順序為超前支護 土方開挖 爆破開挖 通風 CO 等有害氣體檢測 排險 拱面和側面素噴加固 土方及渣石清運 掌子面輪廓修整 安裝拱架 拱面和側面加鋼筋網片噴錨加固 錨桿布點、鉆眼、插桿及注漿 底部超爆部分回填石塊或混凝土 使用臺車分段支撐 混凝土噴射灌漿 混凝土養護。其中，超前支護采用超前管棚結合小導管注漿對原始巖石可能存在的裂隙進行預加，防止因巖石的不穩定性給鉆孔作業工人帶來安全隱患

2.3粗碎站施工

粗碎站用于將大塊礦石通過旋回破碎機破碎為 ?30cm 的小塊礦石，再在粗碎站底部經重型板式給料機卸至運輸皮帶上。該子項粗碎站南北向長24m ，東西寬 13.5m ，地下深度為 26m （設計標高為 ），共6層。結構設計采用框架剪力墻結構，施工難度巨大。該基坑開挖深度為 25.4m （下部含 13m 石方），依據《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》（住房和城鄉建設部令第37號）、《住房城鄉建設部辦公廳關于實施《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》有關問題的通知》（建辦質[2018]31號文）規定，屬超過一定規模的危險性較大的分部分項工程。經專家論證，支護方案如下： 標高（ ?Π^±0 以下 8m 以上部分采用1：2放坡開挖 + 土釘支護 1₊ 坡面掛網噴漿支護。 3311.5m 標高至坑底部基坑采用 δ1000mm 鉆孔灌注樁（C30，間距 豎向4道內支撐支護。其中，最上面一道為鋼筋混凝土（C30）支撐，冠梁截面尺寸為 ，內支撐鋼筋混凝土截面尺寸為 800mm×800mm 。第2＼～4道為鋼支撐，腰梁設計采用雙拼 H700mm×300mm×13mm×24mm 型鋼（Q355B材質），內支撐采用直徑 609mm×16mm 鋼管（Q355B材質）。基坑土方開挖采用機械開挖，底部石方采用爆破形式開挖，龍門吊配合垂直運輸。

2.4混凝土工程施工

針對該項目所在地鹽堿性土壤、干燥氣候等不利條件，設計人員從原材料、設計、施工工藝方面進行改良，主要措施如下。

1）混凝土原材料控制。提高混凝土的強度等級，嚴格控制混凝土原材料的質量。采用PO42.5、PO52.5普通硅酸鹽水泥，提高混凝土的水化熱，水灰比控制在0.6以內；粗骨料級配采用 5～10mm 、 種石子，砂、石質量符合JGJ52—2006標準2要求。混凝土所用骨料必須清潔，不得含有冰、雪等凍結物及易凍裂的礦物質。考慮到當地地下水腐蝕性較大，攪拌站使用凈化水拌制混凝土。通過以上措施，從根源上保證混凝土質量。

2）外加劑添加、防腐施工。所有地下混凝土（包含墊層）均摻入抗硫酸鹽、抗阻銹劑的外加劑， ±0 以下的混凝土結構和磚砌體在基礎回填前涂刷2道環氧瀝青（厚度 ?1mm ）。另外，在電氣專業設計要求里明確，所有引下線上端應與接閃器做可靠的電氣連接，下端與接地裝置可靠焊接。利用各樁基、承臺內鋼筋作接地體時，樁基鋼筋體與承臺鋼筋體的連接，參見國標圖集《接地裝置安裝》3（14D504）第 24～ 26頁。外裝的人工接地裝置除應采用熱鍍鋅件外，還應做兩遍防腐處理。

3）合理的養護措施。合理正確的養護措施是保證混凝土正常成型和硬化的前提條件。混凝土澆筑成型后，其凝固、硬化主要由水泥的水化作用來實現。水化作用必須在適當的溫度和濕度條件下才能完成。因此，為保證混凝土在規定的齡期內達到設計強度，并防止因水化熱引起收縮裂縫，必須按規范要求進行養護。由于當地的地下水腐蝕性較大，水泥養護用水全部采用凈化水。除此之外，夏季應在混凝土初凝后對其采用“覆膜 + 保濕毯”的養護措施；終凝完成后，在表面灑水保濕養護，頻次以覆蓋物濕潤為準。由于當地冬季氣溫很低，須采用暖棚法養護，在棚內燃煤爐保溫（排氣管外引防中毒），濕度不足時灑水或覆濕草袋。普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土，養護時間正常條件下 ?7d ，摻用外加劑的混凝土養護時間小于 14d 。

3大體積混凝土施工工藝

該項目作為工業項目，車間內配置了諸如球磨機、半自磨機、隔膜泵等大型設備，大型設備的基礎尺寸較大。以磨浮車間的球磨機基礎為例，該基礎長25m 寬 23m 高 11.7m （其中地下部分高 2.5m ），且為不規則形狀。此類大型設備基礎須克服預埋件精準安裝定位和大體積混凝土連續澆筑工藝的雙重技術挑戰。

3.1大體積混凝土施工工藝

經技術部門論證，球磨機基礎采用一次性澆筑工藝，以確保混凝土成型質量及預埋件定位精度。該基礎混凝土方量達 1500m³ ，疊加冬期施工影響，施工難度顯著增加。通過制定周密的施工方案和專項應急預案，該基礎施工期間重點控制以下關鍵環節。1）嚴格把控混凝土溫度與凝結時間。澆筑速度過快，易因底部混凝土未干透導致模板側向力過大而發生模板脹裂；澆筑過慢，則會影響上下層混凝土的有效黏接。為此，通過動態調節澆筑速度，平衡模板側向壓力與層間黏結質量，最終確定該基礎的澆筑時間控制為 36h2^? 針對大體積混凝土硬化特征，在基礎內部預埋分布式測溫探頭，實時監測混凝土內部溫度變化情況。考慮到基礎施工時為12月，充分利用“保溫暖棚 + 火爐升溫\"的綜合養護措施，同時實施高瀕次灑水養護制度，確保混凝土養護環境溫度符合規范要求。經驗收檢測，混凝土實體強度完全滿足設計與規范要求。

3.2球磨機基礎預埋件質量控制

由于該球磨機基礎預埋件眾多，為保證預埋件在混凝土澆筑過程中位置不偏移，采取型鋼支撐加固預埋件的措施。鑒于球磨機安裝施工對基礎土建施工精度要求特別高，項目部組建測量專班組在預埋件安裝過程中、球磨機基礎澆筑施工前、球磨機基礎澆筑施工過程中對預埋件位置進行多次跟蹤復核測量，一旦發現預埋件位置偏移及時進行調整。所有預埋件位置經項目部自檢確認后再報監理單位審核確認。基于上述嚴謹的技術措施和嚴格高效的管理措施，最終該項目球磨機基礎成型后所有預埋件的位置誤差均在 ±3mm 范圍內，為后續設備安裝提供了可靠保障。

4冬季施工要點分析

由于該項目地處我國西北高原高寒地區，具有冬季極端氣候的典型特征：持續低溫期長（年均負溫時段達6個月）、晝夜溫差顯著、風力強勁、積雪深厚，極端最低氣溫可達 -25^°C 。依據《建筑工程冬期施工規程》4（JGJ/T104—2011）技術規范，當施工現場日最低氣溫低于 0% 或連續5日平均氣溫低于5^°C 時，混凝土工程即進入冬期施工階段，須采取專項防護措施。經氣象數據分析，項目所在地每年11月至次年4月均滿足冬期施工條件，而當地常規工程普遍采取冬歇期施工組織方式，待次年氣溫回升后再恢復土建作業。然而，本項目工期節點特殊，土建施工關鍵線路與冬期高度重疊。為此，經建設、設計、施工、監理四方聯合論證決策，通過整合類似工程冬季施工案例、組織高原施工技術專家咨詢、比選類似工程工法等，最終形成定制化冬期混凝土施工技術方案。該方案通過優化材料性能參數、改進施工工藝、強化質量監控等措施，在確保結構實體質量符合規范要求的前提下，順利完成了高原嚴寒環境下的連續土建施工

4.1外加劑添加

基于冬期施工技術要求，設計人員重點針對高原低溫環境優化混凝土配比設計，科學摻加防凍型外加劑與高效減水劑。在高原嚴寒氣候條件下，常規混凝土易因低溫早強不足、內部自由水相變膨脹等因素導致力學性能與耐久性指標顯著劣化。防凍組分通過降低混凝土液相冰點并調控水化熱釋放曲線，可有效抑制負溫環境下內部孔隙水結冰造成的結構損傷。高效減水劑則通過吸附一分散作用改善水泥顆粒表面電化學特性，在維持工作性能的前提下有效降低水灰比，不僅能提升混凝土密實度與抗壓強度，還可實現膠凝材料用量的優化配置，這對控制大體積混凝土溫度應力及降低水化熱峰值具有顯著的工程價值。

4.2混凝土溫度控制

根據《混凝土結構工程施工質量驗收規范》[5]（GB50204—2015）及《混凝土外加劑應用技術規范》（GB50119—2013）規定，冬期混凝土施工應嚴格實施熱工控制：拌合物出機溫度控制值 ，常規工程入模溫度限值 ；特殊結構部位或特定技術要求時，入模溫度應提升至 ?10^°C 。當入模溫度突破 5^°C 臨界值時，水泥的水化熱將停止反應，混凝土的強度將不會再增加。此時，液相水相變產生的體積膨脹率 （9% ）對應形成約 2.5MPa 的膨脹應力，該值顯著超過早期混凝土內部形成的初始強度值，從而引發不可逆的早期凍害損傷。

凍脹破壞機理具體表現為：當水變成冰后，還會在骨料和鋼筋表面產生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料、鋼筋的黏結力。冰凌融化后，還會在混凝土內部形成各種空隙，降低混凝土的耐久性。另外，砂、石、攪拌用水等原材料的溫度也會影響混凝土的出機溫度和人模溫度，因此需要在混凝土攪拌站砂石堆存場地和攪拌站的攪拌系統外搭設保溫棚，在棚內生火爐保溫蓄熱，使棚內溫度保持在 5^°C 以上（《混凝土結構工程施工規范》《建筑工程冬期施工規程》），保證砂石原材料的進料溫度，并使用熱凈化水拌制混凝土，對混凝土罐車添加保溫罩衣，減少混凝土在運輸途中的溫度散失。

4.3成型混凝土的保溫措施

針對現澆混凝土結構冬期養護問題，主要采用在構筑物周邊搭建相對封閉的熱環境系統，即采用裝配式鋼管架設養護大棚，外覆保溫蓬布；對澆筑成型混凝土覆蓋苫布、棉被，并在保溫大棚內生煤爐加熱保溫，同時注意將爐子的排氣管引至棚外，避免一氧化碳積聚引發中毒，并降低棚內二氧化碳濃度以延緩混凝土碳化進程。通過以上措施，可確保混凝土成型和正常硬化所需條件得到滿足。

4.4相關管理措施

基于全過程質量管控理念，在與相關部門充分溝通的前提下，本項目構建了1套冬季施工監測保障體系。1）溫度控制。配置溫度計、測溫槍等儀器，建立全流程測溫制度：原材料入機前檢測砂石等原材料溫度（要求 ?5^°C ；拌制完成后，測量混凝土出機溫度（要求 ?10^°C ）；澆筑時，測量入模溫度（ ?5% ）；澆筑后，每 ^2h 測量1次暖棚內的氣溫（ （?5^°C ），并根據溫度情況，安排火爐調溫[8。2）濕度調控。濕度調控指標以相對濕度 gt;90% 為準。濕度不夠時，及時采用灑水或覆蓋濕潤草袋進行控制，重點關注澆筑后水化反應高峰期的濕度管理。3）原材料保障。由于當地工地冬歇期存在建材供應鏈季節性中斷的特征，建立水泥供應三方協調機制（建設方一攪拌站一生產商），結合施工需求動態調整硅酸鹽水泥庫存策略，確保水泥能夠得到持續供應。4）氣象預警。加強與當地氣象部門對接，實時掌握當地氣象數據，合理安排冬季施工進度，根據寒潮預警做動態調整，

5結論

西北高原地區因其獨特的氣候特征（年均氣溫3.8^°C 、凍土層深度 1.9m ）、地質條件及土壤特性（鹽堿化嚴重、腐蝕性強），導致該區域選礦廠土建工程面臨高寒缺氧、凍脹破壞、地基承載力不足等多重技術挑戰。本文以青海某鎳鈷礦選礦廠土建施工項目為例，從選礦廠土建施工的地基處理、礦石膠帶運輸斜井施工、粗碎站工程施工、混凝土工程施工等方面進行了工藝技術分析，并針對大體積混凝土施工和冬季混凝土施工工藝進行了專項研究。本文針對性高海拔、高鹽堿土壤、高寒地區土建施工提出的關鍵施工技術包括：1）對不具備大開挖條件的斜井巖層開挖采取爆破法結合超前管棚支護；2）對原不符合地基承載力要求的地基進行換填強夯處理以保證地基承載力的要求；3）對埋地部分的基礎設置采用防腐蝕性措施確保基礎和相關構件的耐久性；4）在室外氣溫 ?-20^°C 的嚴寒天氣下通過技術控制在確保施工質量的前提下順利施工。在上述技術體系的基礎上，通過動態監測、工藝優化及綜合養護措施，成功實現了預埋件定位誤差 ?3mm 、混凝土實體強度達標率 100% 等質量控制目標，確保了工程在極端環境下的順利實施。本研究成果可為高海拔、高寒地區工業建筑群的土建施工提供理論依據與工程借鑒，對提升類似項目的施工質量與效率具有重要參考價值。

參考文獻

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