山地建厂竖向规划实践与设计思路探索

母传伟

(中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司，河北 秦皇岛 066001)

1 概况

温更铁矿位于内蒙古乌拉特中旗海流图镇，阴山西侧，属于山区地形，相对高差较大，最大高差超过100m。矿区属内蒙温带干旱-半干旱气候区，具有冬季严寒，夏季炎热，降雨量少而集中，蒸发量大，风多，风力大的大陆性气候特点。

温更铁矿选矿厂选址在矿区采场北部，利用必勒其尔高勒(河)左岸支沟的两侧山坡地形布置生产车间。选矿厂设计年处理原矿在1100万t以上，其规模在目前国内选矿企业中位居前列。

2 厂区平面设计简介

选矿厂布置在必河左岸一条南北向支沟两侧。厂区以支沟中央的厂区主干路为主轴线，各类生产建筑分列两厢。主厂房、精矿过虑间、精矿仓、精矿堆场、尾矿浓缩池布置在支沟西侧，利用沟的西侧山坡地形将自上而下呈台阶状布置；中细碎车间、干选车间、筛分车间、废石仓布置在支沟东侧；各生产车间通过胶带机连接；原矿胶带机自粗破碎车间沿胶带机隧道穿过必河和一道山梁，经转运站至中细碎车间；总砂泵站、循环水泵站、尾矿事故池、全场事故池、生活污水处理站布置在支沟南口，位于支沟下游，利用厂区高差实现液体物料自流运输；废石仓布置在支沟南口附近，并靠近废石场，同时靠近厂区主干路，方便废石运输；精矿过虑间、精矿仓、精矿堆场靠近厂区北端布置，与精矿外运方向一致，方便精矿外运，同时靠近主厂房，精矿输送距离短，利用厂区西面的小山沟做精矿堆场，减少挖方量，利用四周陡坡做精矿堆场的围护；燃煤锅炉房布置在北出口处，靠近采暖负荷中心，燃料堆场靠近主要道路，便于燃料运输；总降压变电站布置在支沟西侧，接近负荷中心，方便进线和出线；生产和生活高位水池布置在主厂房北部山梁上，高差可以满足水压要求；利用厂区东北侧岔沟布置厂前区，包括办公楼、宿舍楼、浴室等建筑；利用北入口前的相对开阔的山沟规划厂门广场，以停放外部运输车辆，缓解厂区交通压力。厂区占地18.86ha，厂区挖方量89.87万m3，填方量万25.7万m3，平均挖方高度4.7m，平均填方高度1.36m。

3 厂区竖向设计思路

选厂的竖向设计，是在满足生产使用功能和总平面布置的前提下，结合当地地形和其它各种建设条件，综合解决各种矛盾而形成的有机整体。山地建厂在总平面布置和竖向设计手法上，与平原建厂大不相同，山区地形复杂，限制条件太多，因而不能过分强度建筑物排列的整齐、场地的宽畅和道路的平顺，而是尽量地利用地形和适度的改造地形，使其满足生产工艺和物料运输的要求。因选矿厂生产工艺流程的特殊性，一定坡度的地形对其各生产车间布置反倒有利，可以利用山地高程的势能来实现流体物料借助自流输送，从而节约大量能源。本工程规模较大，主厂房长度就超过220m，各类生产建筑物体量大，占地多，且之间生产联系紧密，整体性强。每一处平面或竖向的微小变动，都可能会影响到全局调整，因此竖向设计难度大，需多种因素统筹兼顾，全面协调。在厂区的总平面和竖向设计中，厂内各车间的运输关系尤为重要，各车间之间固体物料大都靠胶带机运输，物料运输量大，胶带机的长短对运营费的影响很大，要求车间之间在胶带机允许的倾斜角度范围内，尽可能地缩短长度。

4 竖向设计与其各种影响因素结合的剖析

4.1 竖向设计与生产工艺的结合

竖向设计是厂区总平面设计中的一个有机组成部分。在地形起伏较大的山地建厂，除符合工艺要求的平面位置外，还受竖向标高关系的影响。所以，在考虑场地地形利用和改造时，必须兼顾平面与竖向，统一考虑和处理设计过程中的矛盾，保证生产使用和基建的合理性、经济性。本工程中，中细碎车间、干选车间、筛分车间、废石仓，按照工艺流程依地势由高而下布置，既减少胶带机长度，又节约物料运输能量消耗；磨矿仓、主厂房和尾矿浓缩池顺应工艺流程，自上而下分台阶布置，矿浆沿尾矿槽自流输送入浓缩池；总砂泵站、循环水泵站布置在地势低于分砂泵站的位置，实现尾矿自流运输；全厂事故池、污水处理站布置在整个厂区地势最低处，保证全厂的事故泄露水和生活污水能够全部靠自流输送。利用主厂房西北面200m处的山包布置高位水池，高程势能可以满足工艺的水压要求，节约建设水塔或购置压力罐的投资。

4.2 竖向设计与建筑物布置

各主要建筑物分台阶布置，长轴尽量平行地形等高线，以减少土方工程量和基础深度，并有利于改善运输条件，便于各个台阶之间道路的连接；建筑物尽量布置在挖方台阶上，有利于建筑物基础的稳定。在确定台阶与建筑物的距离时，设计原则是：台阶边坡稳定，场地留足但不浪费，同时要考虑工程施工和安装场地。

除了各种主要生产建筑外，还有各种车间的附属设施，如车间配电室、除尘器、胶带机通廊及其支架、道路、管线、挡土墙等其它建、构筑物，它们在平面或竖向相互交叉，设计要做到平面和立体的分布合理，有效利用空间。因选矿主厂房有一条长边线与坡顶线较近，在前期设计方案中，与位于坡底的尾矿浓缩池有12m高差，为防止主厂房基础侧压力对边坡稳定的影响，结合工艺专业将台阶的高差压缩到6m，结合结构专业对边坡进行了稳定验算，最后合理确定坡顶线与建筑基础的距离。尾矿浓缩池位于主厂房的下个台阶，在立体空间上要满足尾矿浓缩池的施工安装要求、管线布设要求、尾矿溜槽的架设要求，同时还要考虑其基础不能过多地落在虚方上面。

4.3 竖向设计与道路、管线的结合

为了满足生产运输的要求，在方案设计中，采用了以下几种办法解决不同标高的运输联系：直接增加汽车引道长度克服高程，采用弯道以延长引道的坡度长度，采用斜路爬升至上一台阶，利用坡道环绕车间爬升。

考虑竖向设计对管线的影响，调整管线的走向，尽量避免在挖方处布设，利用填方地段布置管线，减少管线基槽开挖量；当地冻土深达2m，对于要求埋设在冻深以下的管线，基槽挖方工程量大，施工困难，维护和检修困难，在不影响通行和厂区美观的条件下，对于个别管线，设计考虑架空方式敷设，协调利用厂区空间。

4.4 竖向设计与边坡处理

在厂区的场地平整工程中，只有山沟部分场地是填方，大部分土石方工程都是挖方。根据土质情况、层理结构、风化程度、气候条件、边坡高度，按照规范确定挖方边坡坡度；为了防止边坡风化而影响其稳定性，根据边坡土质情况设置护坡，同时也利用美化厂容。选厂的精矿堆场周边利用山沟地形设计成3/4圆的弧形，一面作为出口，其他三面都是岩石挖方边坡，最大挖方高度达20m，边坡岩层较为完整，可采用较陡坡面放坡，设计利用此岩石坡面作为挡风墙，节约了250m挡风墙的建设投资。

4.5 竖向设计与防洪排水

厂区所在支沟沟底地形北高南低，自然坡度为2.5%，设计不改变原始排水系统，让厂区雨水依旧顺山沟排放，设计场地最小整平坡度为0.5%，便于雨水径流沿地面流淌。

山沟内两面山坡雨水经山坡截水沟拦截排入河道，考虑当地降雨量少，厂区内地下管线较多，管线之间交叉避让困难，规划考虑不设置雨水管道和雨水沟，厂区内雨水径流沿主干路两侧地表顺地形坡向排入河道。改造必河沿岸道路，抬高路面标高，沿河岸砌筑挡土墙，保证厂区和道路不被洪水淹没。

选厂所在山沟纵深较长，上游有较大的汇水面积，在雨季有可能形成顺沟而下的山洪。为防止山沟上游的洪水泻入厂区，设计在规划的厂门广场向西开挖一条沟堑通向河道，平时作为联系通道，雨洪期作为泄洪沟，雨季可将厂区上游汇集的洪水截流，沿沟堑向西排入主河道。位于必河河床边的车间和构筑物，设计标高高于洪水淹没线1m以上，对厂区边缘的堤岸修筑挡土墙进行加固；跨越河床的道路设计为过水路面，不影响雨季河流泄洪要求。

5 厂区几个特殊部位的竖向处理

5.1 厂区入口处的竖向设计

主入口布置在厂区北面，是整个厂区的门户，是工厂群体建筑的前哨，外来人员对厂区产生第一印象的建筑物，其形象、观感十分重要。因厂区位于山沟下游，地势较低，外部通向厂区的道路全部是下坡，影响厂门建筑的视觉效果。设计将厂区大门处标高抬高，使之高于厂门广场中心0.5m，如此处理，抬高自外部望大门的仰视角度，从而突出大门的观感效果。如此处理，类似在厂门前加上一道门槛，使厂门地势高于门外，可以拦截山沟上游汇集的雨水，让其通过导流，排入泄洪沟，避免洪水进入厂区。

汽车衡及计量室布置在厂区北出口，为方便运输车辆上磅称量，汽车衡所在路段设计为平坡，其前后也留出一段长度不小于一个车长、坡度不大于0.5%的缓坡路段。在此以外路段，采用6%的坡度，缓坡与急坡并用，综合协调，保证道路通行顺畅，车辆计量方便。

5.2 粗破碎车间的竖向设计

粗破碎车间布置在选厂南部的山嘴上，一面靠山，三面环水，设计中综合考虑以下各种影响因素来确定平土标高。

(1)确定粗破碎车间所在平台的平面尺寸。根据采场原矿运输车型、运量和粗破碎车间的建筑体量，确定粗破碎车间平台尺寸，粗破碎车间布置平台中央，平台四周还要满足汽车卸矿、调转、会车要求。

(2)满足与采场的运矿道路竖向连接。采场来车都是载满原矿的重车，所以采场至粗碎车间道路尽量设计为平坡或下坡，减少原矿运输的能力消耗；满足选厂联络道路的竖向顺接，选厂联络道路与粗碎车间分别位于必河两岸，从选厂到粗碎车间平台，要修建一条横穿必河的辅助道路，保证该道路在满足规范规定的纵向坡度的条件下，实现平台与选厂联络道路的连接。

(3)满足地下胶带机隧道的竖向布置。地下胶带机隧道连接粗碎车间和中碎车间，长度430m，既要穿越60m宽的必河河槽，又要穿越370m山体，工程量巨大，首尾有66m的高程差。粗碎车间的设计标高，对破碎和胶带机运输系统的合理性有很大影响。

(4)考虑土石方工程量和边坡稳定的影响。粗碎车间场地平土原则是多挖少填，保证车间基础和四周边坡的稳定，因原地形较陡峭，直接放坡填筑场地困难，在填方一侧砌筑挡土墙，挖方一侧设置护坡。

(5)考虑防洪与排水需要。必河三面环绕，必须保证必河50年一遇的洪水不淹没车间；车间位于山脚下，还要设置截水沟拦截山坡雨水。