尼尔基水电站骨料筛分系统的设计及施工

周延平

(云南龙江水利枢纽开发有限公司，云南潞西678400)

1 工程概况

1.1 工程简介

尼尔基水利枢纽工程位于黑龙江省与内蒙古自治区交界的嫩江干流上。水库正常蓄水位216.00 m，设计洪水位218.15 m，校核洪水位219.90 m，死水位195.0 m，防洪高水位218.15 m，汛期限制水位213.37 m，总库容86.1×108m3，调节库容59.68×108m3，防洪库容23.68×108m3。

工程由主坝，左、右岸副坝、右岸岸坡溢洪道、右岸河床式电站厂房和两岸灌溉引水洞(管)组成。坝顶高程221.00 m，坝顶总长7 180 m，主坝最大坝高41.5 m，副坝最大坝高23 m，溢洪道为岸坡开敞式，堰顶高程199.80 m，共11孔，孔宽12 m，采用底流消能;河床式电站厂房，主厂房尺寸(长×宽×高):149 m×26.10 m×60.64 m，地面敞开式开关站;灌溉引水建筑物为:左岸1－Φ2.0 m坝下有压埋管式灌溉管，管长178.10 m，右岸1－Φ3.6 m坝下有压隧洞式灌溉洞，洞长732.08 m。

1.2 工程地质条件

混凝土天然砂砾石骨料位于坝址下游约2～3.5 km的嫩江主流右侧被3个支流分割的小岛上，料场地面高程184～186.5 m，高出江水面1～2.5 m，江水位和地下水位高程183～183.5 m，料场在汛期易被洪水淹没。料场地处嫩江低漫滩，上部为壤土、砂壤土、粉细砂，厚度约0.4～2.0 m，下部为砂卵石层，地下水埋深一般为1～4.0 m，砂卵石大部在水下，水下砂砾石实际勘探深度5～6 m。

1.3 天然骨料筛分系统施工特性

本系统的主要任务是生产混凝土天然成品骨料，成品骨料总需用量为192.74×104t。在天然砂砾石料中，大粒径的骨料所占的比例很小，甚至没有粒径为150～80 mm的骨料(此类骨料由人工骨料破碎系统产生，本文不做阐述)，经骨料平衡计算，本工厂共需处理毛料202.42×104t。

2 筛分系统工程的重点和难点

1)在系统的布置区域临近莫旗尼尔基镇，需采取可靠的环境保护及文明施工等措施，防止噪音、粉尘、废水等污染，确保城市的整体美观。

2)系统布置区临近枢纽需爆破开挖施工的溢洪道，其最小距离仅为150 m，在系统关键设施布置上，要尽可能远离爆破施工区，以减小爆破施工对系统运行的影响，以减轻两者之间的互相干扰。

3)采取可靠的措施保护系统区域内的供水塔，妥善处理废水排放，严格按规范标准排放污水，并严格控制污水排放方向，不得污染水塔取水水源。

3 筛分系统设计、施工方案

3.1 天然骨料筛分工厂设计结构

根据毛料处理能力的要求，砂砾石加工厂筛分楼内的设备选择为 2组二层 2YA1536园振筛二台，第三层选择2YA1536圆振筛两台，设在筛分楼底层的螺旋分级机选择型号为FC－15，数量为两台。天然砂砾石料加工厂内设置暂存骨料堆和成品骨料堆，成品骨料堆的堆存量合计为61 873 t，其中天然骨料47 933 t，人工料13 940 t(根据成品料比例确定)，料堆下设胶带输送机，可直接将骨料送至拌和楼料仓。该工厂小时处理毛料量为450 t/h。筛分楼设一组筛分机，上层为直线园振筛YA1536，下层为2YA1536园振筛，毛料经破碎、筛分后，由胶带输送机及先输送至暂存料堆，之后再输送至YD10026摇臂堆料机分别堆存。

3.2 系统的施工

3.2.1 系统施工的基本原则

系统的建厂施工是本合同工程的重点，施工时需紧紧抓住有效施工期短的特点，合理组织人力物力资源，妥善安排施工程序，确保系统建设的如期完工，其施工技术措施编制主要原则如下:

1)按先主要后次要，先主体后附属的原则，合理组织土建工程施工程序，多工序平行作业，开挖、混凝土浇筑及砌体工程等工序，连续作业，完成一个基础开挖，则开始一个基础的混凝土及砌体施工，确保今年结冻前，基本完成土建工程施工，必要时采用防冻混凝土，并认真确定待强期的混凝土的防冻方案，防止冻害发生。

2)在现场土建工程施工的同时积极组织设备的采购、运输、检修等工作，做到设备基础完成一部分，则安装一部分，尽可能减少冬季设备安装的工作量。

3)设备的金属结构杆件，尽可能在加工厂内组装成型，现场连接部分尽可能采用螺栓连接，以减少现场焊接作业的工作量及施工难度，必须现场焊接的部位，采取可靠的保温措施，确保焊接质量。

3.2.2 主要施工方法简述

1)场地平整

系统布置工厂共分5个阶地，分别采用推土机平整场地，局部土方的倒运应用EX210LC－5液压反铲装15 t自卸汽车。

2)土石方开挖及回填

土方开挖主要设备采用EX210LC－5液压反铲，局部人工配合，石方开挖采用爆破开挖方式，爆破施工期严格进行飞石及最大一响起爆药量的控制，回填区需要碾压的部位，主要应用12 t震动碾碾压，土石方运输设备为15 t自卸汽车。

3)设备基础混凝土施工

电站临时拌和站拌和混凝土，根据浇筑部位分别采用吊车吊罐入仓或人工推车入仓浇筑。

4)工厂的设备及皮带机安装

工厂的设备最大件重21 t，考虑用45 t汽车吊进行安装，其它设备及构件均采用16 t及8 t汽车吊根据设备和构件的重量分别进行安装，在安装过程中人工配合进行螺栓连接及焊接固定。

4 天然骨料开采施工

天然骨料开采主要为水下开挖，开挖施工设备为4 m3拉铲及1.6 m3反铲，装运设备为CAT988BDE型号的5.4 m3装载机及32 t自卸汽车。

4.1 覆盖层(无用层)开采

覆盖层的开采总量为:49.78万m3，扣除简易围堰的填筑量，则为43.65 m3。

根据料场月开采能力9.2万m3/月，计算覆盖层每天开采量为790 m3/d。

施工方法:采用D85推土机推料，施工前期将覆盖层推至简易围堰边缘，砂砾石料开采已完成2～3个条带后，覆盖层推至已开采完成的区域，推距50 m以内。

4.2 砂砾石料开采

设4 m3拉铲和1.6 m3液压反铲作业各一个工作面，分条带进行开采，就近处理覆盖层的无用料，4 m3拉铲开采条带的宽度为25 m，1.6液压反铲开采条带宽度为20 m。

施工方法:根据我局在观音阁等工程的施工经验及现场条件，砂砾石料在运输中，不将水洒在路面上，保证施工道路的正常运行，需将骨料进行先期脱水。采用4 m3拉铲集料(脱水)，5.4 m3装载机装32 t自卸汽车运输;1.6 m3长臂液压反铲集料(脱水)，3 m3装载机装15 t自卸汽车运输。为使开采设备在旱地施工，4 m3拉铲和1.6 m3长臂液压反铲开采时其下部回填砂砾石料。开采平均深度为6.0 m。

设备选择:4 m3拉铲生产率:729 m3/台班(预算定额);日生产率:2 187 m3/d。

式中:Qh为单斗挖掘机的生产能力，T/h;qe为单斗有效装车量，m3，3.40;γ1为物料的松散容重，t/m3，1.66;Tc为工作循环时间，min，1.0;E为工作条件系数，0.81;Qh=275.0 t/h，即4 m3拉铲生产率:166 m3/h工作效率:0.6。

1.6 m3长臂液压反铲生产率:538 m3/台班(预算定额);日生产率:2 679 m3/d。

经计算1.6 m3长臂液压反铲生产能力:161 t/h，97 m3/h，工作效率:0.7。

料场月开采能力92 000 m3/月，3 680 m3/d。

配备WB－4/40拉铲1台，1.6 m3长臂液压反铲2台(备用1台)，32 t自卸汽车4台，15 t自卸汽车6台，可以满足施工需求。

4.3 砂砾料的筛分

根据天然料加工强度450 t/h，以及天然料开采运输所选用的运输设备(4台32 t自卸汽车，6台15 t自卸汽车)，受料地弄按受料容积440 m3设计，长25 m、宽4.4 m、高4 m，天然毛料堆按标书要求设置5 562 m3。地弄内设给料设备GZ－5型4台，给料能力150 t/h，共计600 t/h，＞450 t/h，满足给料能力。筛分楼上料皮带机(9#)，选用TD75－8080型，皮带机运输能力经计算为693 t/h，＞450 t/h，满足输送能力。筛分楼筛洗分级设备选用YA1536两台(初筛)，2YA1536两台(复筛)，YA1536处理能力为100～350 t/h，筛孔尺寸3～80 mm，满足加工要求。2YA1536圆振筛处理能力为100～350 t/h，筛孔尺寸3～80 mm，满足加工强度433.71 t/h要求。洗砂设备选用2台FC－15沉没式螺旋分级机，24小时返砂量为2730T，每小时返砂量为113.75 t/h，2台计227.5 t/h，＞150.75 t/h加工洗砂量。上述筛洗设备生产能力是经辽宁本溪观音阁水库与河北桃林口水库天然砂石骨料加工厂得以证实。筛分楼出料皮带均选用B650皮带机，输送能力为306 t/h，(带速1.6 m/s)，大于最大输送量205.29 t/h，所以均满足加工输送要求。

5 天然料生产工艺流程分析

天然混合料经自卸汽车运到受料地弄(或天然毛料堆)，经9#皮带机直接运至筛分楼，经2组(2台YA1536和2台2YA1536)园振筛筛洗分级成80～40 mm、40～20 mm、20～5 mm共3种粗骨料，分别经12#、10#、11#皮带机分别运至暂存料罐(φ8 m、高6 m)，及暂存料堆(20～5 mm)，＜5 mm的细骨料经2台FC－15沉没式螺旋分级机洗砂，经13#皮带机运至暂存料罐(φ8 m、高6 m)，经14#、15#、16#皮带机以及YD－10026型摇臂堆料机分别堆存，成品骨料运输经17#、18 #、19#、20#分别运至拌合楼上料皮带机。

详见:骨料加工系统工艺流程图。

6、临时设施设计

6.1 施工道路

为保证该系统在工程施工中，各种原材料能正常进入施工现场，各种毛料、人工料运输畅通;混凝土拌合厂、砂石骨料、人工骨料加工厂需设临时施工道路，路面宽10 m，路基采用石碴填筑，厚度为50 cm，路面铺20 cm厚的泥结石，路面设计总长为350 m。

施工中，采用T815型自卸汽车运送石碴，D85A推土机分层进行推平，并用12 t振动碾进行压实;泥结石路面施工时，土方料在拌合站集中拌和，然后用5 t自卸汽车运至工作面，D85A推土机配人工摊平，用12 t振动碾静压5遍，振动碾压3遍，确保路面质量。

6.2 施工用电

在指定的变电所10KV出口处取得电源，架设10KV线路，到天然骨料筛分系统设1台S7－630KVA 10/0.4KV变压器，供电范围为天然骨料系统、骨料堆存及供应系统，负荷量为617 KW。

控制及信号系统:筛分系统共分为4个子系统，分别为人工骨料系统、天然骨料系统、成品料堆存系统、成品料供应系统。分散和集中控制相结合，子系统皮带之间采用联锁，以信号系统的信号作为联络信号，沿皮带设多个停止按钮。电机容量在30 KW以下的采用磁力起动，在30 KW以上的采用自耦降压起动。天然骨料系统筛分楼分设集中控制。

生产照明:照明采用集中用投光灯照明，个别局部采用分散照明。在地弄内采用低压36 V的照明系统。

备用电源:生产施工中，考虑备用2台150 KW的柴油发电机组，作为应急电源。

6.3 施工及生活给排水

6.3.1 生活用水

生产高峰期人数为240人/d，按每人每天用水0.6 m3水计算，则每天生活用水量为144 m3。考虑在高于187.3 m高程的嫩江滩地上挖一深井，设置生活供水泵房，选用3B33型水泵供水，其单台流量为30 m3/h，并在生活区设置一个50 m3水箱。

6.3.2 砂石骨料筛分冲洗用水

砂石骨料筛分冲洗用水每吨骨料用水量1.5 t，根据天然料筛洗加工强度450 t/h，可知天然料筛分冲洗用水量为450 ×1.5=675 t/h;根据人工料筛洗加工强度199.63 t/h，可知人工料筛洗用水量为199.63×1.5=299.445 t/h。总用水量为975 m3/h。考虑在江边滩地挖一引水渠，其断面尺寸为:底宽1.0 m，深2.0 m，两侧坡比为1∶1。经明渠过流计算，其过流能力为0.42 m3/s，满足生产需要的0.28 m3/s。

泵房防洪设计标准为10 a一遇(其洪水水位为187.3 m)，汛期设在188.3 m高程的岸边，选用3台200S－95A型水泵(其中1台备用)和2台300S－90B型水泵(其中1台备用)供水。其中 200S－95A型水泵单台流量为280 m3/h，扬程72 m，吸程5 m。300S－90B型水泵单台流量为685 m3/h，吸程4.9 m，扬程67 m。两台200S－95A型水泵采用并联的方式以11.5″的钢管供水，300S－90B型水泵的出水管为12″钢管。输水管线用保温材料进行保温。

6.3.3 水泵安装高程

300S－90B型水泵允许安装高度为:

所以枯水期其安装高程为184.7 m，汛期安装高程为188.3 m。

200S－95A型水泵允许安装高度为:

所以枯水期其安装高程为184.7 m，汛期安装高程为188.3 m。

6.3.4 骨料筛分冲洗用水水压力

300S－90B型水泵供水水压力为:67－hj－hf－(226－184.7)=67－41.3－5.5－0.87=19.33 m，即水压力为1.933 kg/cm2，满足冲洗用水水压力要求。

图1 骨料加工系统工艺流程图

200S－95A型水泵供水水压力为:72－hj－hf－(226－ 184.7)=72－6.9－0.94－41.3=23.36 m，即水压力为2.336 kg/cm2，满足冲洗用水水压力要求。

6.3.5 施工排水

为防止雨水流入施工现场，在其上端布设0.8 m高的浆砌石挡水墙，使雨水汇入混凝土排水沟。天然骨料筛分楼排水由混凝土排水沟排入沉淀池中，经处理合格后排入江中。根据人工料筛洗排水量299.445 t/h，选用容量为3 000 m3的沉淀池。由直径80 cm的钢管排入到另一沉淀池中，经加药处理合后格排入江中。

7 结束语

尼尔基三大系统相互关联，本文中只阐述了自己对筛分系统的设计和施工。

在天然筛分系统中，由于受到地质条件影响，天然骨料开采料场天然级配失调严重，多以＜5 mm和20～5 mm的居多。暂存料罐为φ8 m、高6 m钢罐制成，储量为342 m3/个，设置3个料罐，(80～40 mm、40～20 mm、5～0.5 mm)，设置钢制料罐主要是减少暂存料地弄长度，增加活容积量，20～5 mm设小料堆主要是在此处弃料，对成品料起到调节作用，以减少成品料堆的堆存压力和降低生产费用。

尼尔基水电站三大系统以高水平、高质量的完成了骨料的破碎、筛分与拌合任务。先后参建了吉林白山电站筛分系统、河北桃林口电站筛分系统、辽宁本溪观音阁电站筛分系统的设计和施工，通过不断的总结、改进和提高施工工艺，积累了比较丰富的施工经验，为以后进入云南水电站的施工奠定了良好的基础。

［1］ 于永祯，林婉华，胡永旭，等.建筑施工手册(第三版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，1992.

［2］ 中国水利水电第六工程局技术科.观音阁水库砂石骨料筛分系统设计书［R］.丹东:中国水利水电第六工程局，1987.

［3］ 中国水利水电第六工程局技术科.桃林口水库砂石骨料筛分系统设计书［R］.丹东:中国水利水电第六工程局，1992.