葉巴灘水電站左岸高線混凝土系統(tǒng)設(shè)計

潘 勇， 袁 木

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 混凝土系統(tǒng)特點及生產(chǎn)規(guī)模

1.1 系統(tǒng)主要持點

(1)壩體混凝土總量大、施工強度高、持續(xù)時間長。葉巴灘水電站壩體混凝土總量約270萬m3，澆筑直線工期39 個月，月高峰澆筑強度約10萬m3。

(2)工程地處高原高寒地區(qū)，對混凝土質(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)定可靠地運行。

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

(4)系統(tǒng)場地用地面積僅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)整個大壩工程混凝土，供應(yīng)總量約270萬m3。其中，高溫季節(jié)(5～9月)需要預(yù)冷的混凝土約110萬m3，出機口溫度不高于7℃；低溫季節(jié)(11～2月)需要預(yù)熱混凝土約80萬m3，出機口溫度不低于10 ℃。系統(tǒng)按滿足10萬m3的混凝土月高峰澆筑強度要求進行設(shè)計，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)計規(guī)模按同時滿足常態(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)能力進行設(shè)計、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)指標見表1。

表1 左岸混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)主要技術(shù)指標

2 混凝土系統(tǒng)總體布置與工藝設(shè)計

2.1 布置原則

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

(2)設(shè)計中遵循以空間換面積的思路，分臺階空間布置，減小占地面積和土建開挖。

(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)濟合理地配置系統(tǒng)容量，避免規(guī)模過大造成工程量增加和設(shè)備利用率過低。

2.2 系統(tǒng)總體布置

左岸高線混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)場地非常狹窄，占地面積僅約17 000 m2。開挖成2 894.00 m、2 930.00 m兩個平臺，同時對場地內(nèi)沖溝采用框架現(xiàn)澆形成場地。

靠山側(cè)布置6個骨料豎井，豎井直徑10 m，豎井凈間距10 m，豎井高度50 m。在2 930.00 m高程平臺布置二次篩分車間、調(diào)節(jié)料倉、一次風(fēng)冷車間。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間至調(diào)節(jié)料倉的膠帶機下方。

6個膠凝材料罐基礎(chǔ)布置在2 894.00 m～2 930.00 m平臺的斜坡上，膠凝材料罐基本上不占用2 894.00 m平臺面積。2座拌和樓、二次風(fēng)冷主集裝箱、辦公樓及實驗室、外加劑車間、鍋爐房、空壓機房等布置在2 894.00 m平臺。系統(tǒng)的混凝土運輸線經(jīng)左岸大壩供料線平臺、上游502#公路、壩頂5#公路、下游的505#運輸洞回到系統(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)計及布置

2.3.1 拌和樓選型及布置

系統(tǒng)設(shè)計生產(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( 四級配), 預(yù)冷混凝土250 m3/h?？紤]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高程平臺上呈前后錯開布置，出料線獨立。每座樓原材料進料線與出料線基本垂直，出料線緊臨壩肩供料線平臺，出料十分順暢。

2.3.2 骨料儲運系統(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)。粗細骨料采用膠帶機從成品料堆接料點沿7#公路隧洞運至左岸高線混凝土系統(tǒng)豎井群，經(jīng)井頂卸料小車卸料入井。骨料運輸系統(tǒng)采用2條長距離膠帶輸送機，每條輸送能力為1 500 t/h，運輸距離約2.5 km。第一條膠帶機與7#公路共用隧洞，膠帶機靠山布置，長度約1 600 m。第二條2膠帶機為新建膠帶機隧洞，斷面尺寸4.5 m×4 m(寬×高)，長度約900 m。

2.3.2.2 粗細骨料儲運

6個骨料豎井成一條直線布置于2 930.00 m平臺靠山側(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型振動給料機給料，通過2條B=1 000 mm、V=2 m/s 膠帶機給二次篩分樓供料。粗骨料經(jīng)過沖洗分級后由B=800 mm、V=2 m/s膠帶機將粗骨料送入一次風(fēng)冷調(diào)節(jié)料倉暫存，然后再通過料倉下的氣動弧門經(jīng)2條B=1 000 mm、V=2.0 m/s膠帶機給拌和樓供料。

細骨料由骨料豎井下的氣動弧門給料，通過2條B=800 mm、V=2 m/s的膠帶機分別給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)置二次沖洗篩分車間。二次篩分車間設(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)料倉相對應(yīng)。其中，一階篩分布置在2 930.00 m高程平臺，通過2YKR2460型篩分機將骨料分級；二階篩分直接布置在調(diào)節(jié)料倉頂部，二階篩分選用單層篩，通過YKR2460型篩分機將骨料分級為四種粗骨料，篩分后的粗骨料直接進入調(diào)節(jié)料倉。

2.3.4 骨料一次風(fēng)冷調(diào)節(jié)料倉布置

一次風(fēng)冷調(diào)節(jié)料倉共兩座，平行布置在高程2 930.00 m平臺上。每座調(diào)節(jié)料倉分隔為4個倉，儲存4級骨料，單倉凈截面為4.0 m×5.0 m×10.0 m(長×寬×高)。特大石及大石料倉內(nèi)設(shè)置緩降器。卸料采用氣動弧門。預(yù)冷骨料由膠帶機運輸，各級骨料按序輪換向拌和樓料倉供料，調(diào)節(jié)料倉與膠帶機棧橋均設(shè)采暖保溫設(shè)施。

2.3.5 膠凝材料儲運系統(tǒng)布置

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

2.3.6 空壓機及外加劑車間布置

空壓機房、外加劑車間、配電房、鍋爐房等布置于2 894.00 m高程平臺臨江側(cè)，與膠凝材料罐之間形成一塊較大的回車場，便于物流運輸。

空壓機房平面尺寸為27.38 m×7.8 m(長×寬)。空壓機站裝機容量為245 m3/min，機房內(nèi)布置6臺LGFD250-095H螺桿空壓機。外加劑車間由庫房、配液池、儲液池、實驗室等組成，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平臺上，位于篩分車間至調(diào)節(jié)料倉的膠帶機下，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×寬×高)、斜管沉淀池結(jié)構(gòu)尺寸為12.3 m×10 m×3.87 m(長×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×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高程平臺上，平面尺寸為16.2 m×11.9 m(長×寬)。蒸汽管道主要布置在各個車間、膠帶機廊道內(nèi)，用于保持車間和膠帶機廊道的溫度。蒸汽排管布置在調(diào)節(jié)調(diào)倉底部的出料口，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料倉旁。

3 預(yù)冷、預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)計

3.1 氣象資料

歷年月平均氣溫、水溫見表2。

3.2 預(yù)冷系統(tǒng)工藝設(shè)計

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)高溫季節(jié)(5～9月)混凝土出機口溫度不高于7 ℃；低溫季節(jié)(11～2月)混凝土出機口溫度不低于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)驗和計算，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?；炷脸鰴C口溫度滿足設(shè)計要求。

3.2.1 溫控措施

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

(2)在拌和樓料倉內(nèi)對粗骨料進行二次風(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、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)二次篩分后進入調(diào)節(jié)料倉進行骨料冷卻，調(diào)節(jié)料倉由四個料倉組成，自上而下分為進料區(qū)、冷卻區(qū)、儲料區(qū)。冷風(fēng)自下而上通過骨料，骨料按用料速度自上而下流動，邊進料，邊冷卻，邊出料。冷卻后的骨料經(jīng)保溫廊道由膠帶機送至拌和樓相應(yīng)的料倉進行二次風(fēng)冷。拌和樓料倉同樣由四個料倉組成，通過風(fēng)冷使骨料進一步降到設(shè)計值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、冰庫和風(fēng)送系統(tǒng)。片冰機生產(chǎn)的片冰落入貯冰庫中貯存，貯冰庫中的片冰由氣力輸冰裝置送到拌和樓上的調(diào)節(jié)冰倉，通過調(diào)節(jié)冰倉下的螺旋輸送機送到拌和樓稱量器中稱量。

冷水、片冰系統(tǒng)主要配置了1組ZJJZ-20-1020B冷水主機集裝箱、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)指標見表3。

表3 左岸高線混凝土預(yù)冷系統(tǒng)主要技術(shù)指標

3.3 預(yù)熱系統(tǒng)工藝設(shè)計

本系統(tǒng)采用蒸汽排管為骨料除冰，拌和樓料倉熱風(fēng)加熱粗骨料、60 ℃熱水拌和混凝土的工藝，確?；炷脸鰴C口溫度在10 ℃以上。

3.3.1 溫控措施

(1)粗骨料在拌和樓料倉內(nèi)進行加熱，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內(nèi)進行，由四個料倉組成，料倉由上而下分成進料區(qū)、加熱區(qū)、出料區(qū)，通過熱風(fēng)加熱使骨料溫度升到設(shè)計值。熱風(fēng)由拌和樓風(fēng)機平臺上熱風(fēng)集裝箱組生產(chǎn)提供，熱風(fēng)機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量斗稱量后進入集料斗加入拌和機。

3.3.2.3 蒸汽系統(tǒng)

蒸汽排管布置在調(diào)節(jié)調(diào)倉底部的出料口，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)指標見表4。

表4 左岸高線混凝土預(yù)熱系統(tǒng)主要技術(shù)指標

4 結(jié) 語

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，生產(chǎn)規(guī)模，高峰持續(xù)時間長，需同時生產(chǎn)預(yù)冷和預(yù)熱混凝土，工藝復(fù)雜，同時系統(tǒng)可供布置場地十分有限，設(shè)計難度大。通過精細化設(shè)計，采用先進工藝流程，合理布置，解決了設(shè)計難題。

系統(tǒng)的設(shè)計方案對位于高原高寒地區(qū)、河谷陡峭狹窄、混凝土系統(tǒng)場地十分有限的類似工程提供了可以借鑒的設(shè)計參考。