雅礱江錦屏二級(jí)水電站工程TBM大理巖毛料加工人工骨料的質(zhì)量分析

于世軍

【摘 要】雅礱江錦屏二級(jí)水電站工程?hào)|端砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)利用施工排水洞、引水隧洞TBM大理巖毛料加工人工骨料，由于受來(lái)料質(zhì)量影響和系統(tǒng)工藝自身等原因，所生產(chǎn)的人工骨料質(zhì)量難以滿足施工規(guī)范要求。本文通過(guò)對(duì)TBM大理巖毛料質(zhì)量、骨料生產(chǎn)加工在相關(guān)環(huán)節(jié)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)人工砂石粉含量偏高和細(xì)度模數(shù)不穩(wěn)定，粗骨料中、小石針、片狀顆粒含量超標(biāo)的主要問(wèn)題，提出相應(yīng)改進(jìn)意見(jiàn)和建議。

【關(guān)鍵詞】TBM毛料 大理巖 粗骨料整形 干法去石粉工藝 人工砂質(zhì)量

1 概述

雅礱江錦屏二級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河灣上。電站利用雅礱江錦屏大河灣的310m天然落差，截彎取直開(kāi)挖隧洞引水發(fā)電，隧洞最大埋深2500m，開(kāi)挖洞徑大于12m，裝機(jī)4400MW，多年平均年發(fā)電量249.9億kW.h。

錦屏二級(jí)水庫(kù)具有日調(diào)節(jié)性能，與錦屏一級(jí)同步運(yùn)行同樣具有年調(diào)節(jié)特性。

錦屏二級(jí)水電站工程屬大型工程，工程等別為一等，永久性主要建筑物為1級(jí)建筑級(jí)。工程樞紐主要由首部攔河閘、引水發(fā)電系統(tǒng)、尾部地下廠房三大部分組成，為一低閘、長(zhǎng)隧洞、高水頭、大容量引水式電站。

主體工程于2007年1月開(kāi)工建設(shè)，計(jì)劃2013年第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2015年全部建成。

錦屏二級(jí)水電站東端砂石加工系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電站東端工程所需的砂石料生產(chǎn)加工任務(wù)，共需生產(chǎn)成品粗、細(xì)骨料約520萬(wàn)t。系統(tǒng)滿足混凝土高峰澆筑強(qiáng)度9.2萬(wàn)m3/月，砂石系統(tǒng)毛料處理能力800t/h，成品料生產(chǎn)能力636t/h，其中成品砂232t/h，石粉56t/h。

東端砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)采用的是干式生產(chǎn)法，系統(tǒng)自投產(chǎn)以來(lái)，由于受原料特性和系統(tǒng)工藝自身等因素的影響，其生產(chǎn)的人工骨料質(zhì)量難以滿足施工規(guī)范要求。本文通過(guò)對(duì)TBM大理巖毛料質(zhì)量、骨料生產(chǎn)加工的相關(guān)環(huán)節(jié)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)人工砂石粉含量偏高和細(xì)度模數(shù)不穩(wěn)定，粗骨料中、小石針、片狀顆粒含量超標(biāo)等主要問(wèn)題進(jìn)行探討。。

2 施工排水洞TBM大理巖毛料的質(zhì)量分析

通過(guò)對(duì)施工單位提供的施工排水洞TBM大理巖毛料的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析顯示，毛料中大于5 mm的顆粒含量，即可用于生產(chǎn)粗骨料（5～20mm、20～40mm碎石）的毛料約占70%左右；可用于生產(chǎn)人工砂的毛料約占30%左右。

考慮到骨料生產(chǎn)時(shí)對(duì)毛料再次加工破碎，預(yù)計(jì)最終可用于生產(chǎn)粗骨料的毛料約占60%左右，可用于生產(chǎn)人工砂的毛料約占40%左右。

試驗(yàn)結(jié)果還顯示，毛料中的塊石基本為針片狀，或類(lèi)針片狀。由于毛料破碎率較高，<5mm顆粒的石粉含量高，約占其質(zhì)量的50%左右，且波動(dòng)較大；<5mm顆粒的含水率及其波動(dòng)也較大。

由于可用于生產(chǎn)粗骨料的毛料大部分呈針片狀或類(lèi)針片狀，因而造成生產(chǎn)出的粗骨料中針片狀顆粒含量較大，一般都超出了《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）的規(guī)定。

粗骨料中較多的針片狀顆粒含量，對(duì)于該工程隧洞襯砌使用的泵送混凝土施工十分不利，泵送混凝土對(duì)所使用的粗骨料針片狀顆粒含量，一般要求以不大于10%為宜。針片狀顆粒含量較多，也使粗骨料的空隙率和比表面積增大，使混凝土配合比的砂率和用水量增大，因而對(duì)混凝土拌合物的和易性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性等性能都將產(chǎn)生不利影響。

由于可用于生產(chǎn)人工砂的<5mm的顆粒毛料中，石粉含量和含水率及其波動(dòng)均較大，再加上毛料需經(jīng)過(guò)破碎、篩分所產(chǎn)生的石粉，疊加后又增大了其石粉的含量，且該生產(chǎn)系統(tǒng)采用的制砂工藝為干法去石粉制砂工藝，使得生產(chǎn)出的人工砂石粉含量較大且不穩(wěn)定，一般都超出了《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）的規(guī)定。由于石粉含量偏多，也使人工砂的細(xì)度模數(shù)偏小，顆粒級(jí)配偏差。

人工砂石粉含量及其波動(dòng)較大，將給混凝土拌合質(zhì)量的控制帶來(lái)較大困難。同時(shí)也增大了混凝土單方用水量，增加了混凝土工程的造價(jià)及溫控成本；硬化后的混凝土將產(chǎn)生較大收縮變形，增大了裂縫的機(jī)率，降低其耐久性和結(jié)構(gòu)安全等不良后果。

綜上分析，不宜將施工排水洞TBM大理巖毛料作為加工人工骨料的原料。至于該工程1#、3#引水隧洞的TBM運(yùn)行后（該TBM較施工排水洞所用的TBM類(lèi)型較大），洞挖施工所產(chǎn)生的毛料是否可作為加工人工骨料的原料，尚需試驗(yàn)論證后再做定論。

3 使用的TBM大理巖毛料生產(chǎn)的人工骨料的質(zhì)量分析

TBM洞挖施工產(chǎn)生的大理巖主要為粗晶體巖石，毛料的破碎率高，石粉含量多且不穩(wěn)定，毛料中<5mm顆粒的含水率及其波動(dòng)也較大。毛料中的塊石質(zhì)量粒形差，針片狀或類(lèi)針片狀顆粒含量較多。與該工程采用干法去石粉工藝制砂，人工砂石加工系統(tǒng)沒(méi)有粗骨料整形設(shè)施，所生產(chǎn)的成品人工砂石粉含量較大，且含量不穩(wěn)定；粗骨料針片狀顆粒含量大的質(zhì)量問(wèn)題較為突出。

為此，通過(guò)不分料源對(duì)該系統(tǒng)內(nèi)各具有代表性的不同生產(chǎn)地點(diǎn)的毛料、破碎料、半成品料和成品人工砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量、含水率等指標(biāo)進(jìn)行大量取樣試驗(yàn)分析。

結(jié)果顯示，毛料或用于風(fēng)選的人工砂的原料含水率及其波動(dòng)大時(shí)，所生產(chǎn)的人工砂的石粉含量及其波動(dòng)也相應(yīng)較大；不考慮制砂毛料含水率的情況下，不同巖性的原料對(duì)所生產(chǎn)的人工砂的含粉含量影響不大，但陰、雨天對(duì)制成的人工砂的石粉含量影響大。因而認(rèn)為，控制減少用于生產(chǎn)人工砂的毛料和原料的石粉含量和含水率，并保證其相對(duì)穩(wěn)定，是確保人工砂生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

鑒于毛料含水率的大小受TBM施工原因和天氣及運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊?，且這些因素又是難以避免的，而只能在骨料加工過(guò)程中的某環(huán)節(jié)加以控制，因而在預(yù)篩分車(chē)間將含水率大且不穩(wěn)定的小于40㎜的半成品料棄掉，將含水較小且穩(wěn)定的大于40㎜的塊石保留，并作為加工砂石骨料的毛料（當(dāng)然，這樣不經(jīng)濟(jì)，但為了保證骨料質(zhì)量，這可能是比較切實(shí)有效的措施）。其理由是通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)6#及7#膠帶機(jī)上的毛料試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，6#膠帶機(jī)上的毛料為經(jīng)過(guò)預(yù)篩的小于40mm粒徑顆粒的毛料，其含水率和石粉含量均受來(lái)料質(zhì)量的影響，含量及波動(dòng)均較大，用該料生產(chǎn)的骨料質(zhì)量難以控制；而7#膠帶機(jī)上的毛料為經(jīng)過(guò)預(yù)篩分的大于40mm粒徑塊石，用該料生產(chǎn)的骨料質(zhì)量基本符合規(guī)范要求且較穩(wěn)定。

對(duì)進(jìn)入超細(xì)碎車(chē)間之前的毛料（用于加工砂子和5～10㎜粗骨料的毛料）采取了加設(shè)防雨蓬和延長(zhǎng)堆存時(shí)間及增大堆料容積的措施，以使該毛料的含水率變小并保持相對(duì)穩(wěn)定。這樣做的理由是基于對(duì)制砂車(chē)間進(jìn)出料的石粉含量及含水率的試驗(yàn)結(jié)果分析得出的結(jié)論。即在晴天生產(chǎn)的情況下，其含水率及石粉含量可控，波動(dòng)也較小（在1.5%左右）；在陰、雨天其含水率和石粉含量均增大，且石粉含量波動(dòng)較大（約21.1%）。

另外，為解決因TBM大理巖毛料針片狀顆粒含量多，造成粗骨料針片狀顆粒含量超標(biāo)的問(wèn)題，在洞外連續(xù)帶式輸送系統(tǒng)進(jìn)東端砂石加工系統(tǒng)的端頭設(shè)置了毛料整形設(shè)施，達(dá)到了很好的效果。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取一系列措施，有效地降低和穩(wěn)定了人工砂中的石粉含量，提高了其細(xì)度模數(shù)，改善了顆粒級(jí)配。特別是增設(shè)毛料整形設(shè)施，改善了粗骨料的粒形，有效降低了其針片狀顆粒含量。綜上所述，只要措施到位，TBM大理巖毛料加工人工骨料是完全可行的。