白鹤滩水电站大坝砂石加工系统工程整体规划和工程设计

莫让华

（四川二滩国际工程咨询有限责任公司，成都611130）

1 工程概述

电站装机容量约16 000 MW。枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等组成。拦河坝为混凝土双曲大坝，坝顶高程834 m，最大坝高289 m，坝下游设水垫塘和二道坝。泄洪设施包括大坝的6 个表孔、7 个深孔和左岸的3 条泄洪洞[1]。

2 砂石系统整体布置

砂石加工系统的整体布置原则是利用场地自然坡度和顺山坡台阶进行布置，尽可能避免胶带机重载走上坡，这不仅可以降低能耗，同时，也能保证设备或者皮带的使用寿命，降低成本，减少设备维护时间，提高系统利用率。

结合类似工程的经验，关键设备采用技术领先、质量可靠、单机生产能力大的国内外先进设备，粗骨料采用四级破碎、三级筛分、二级检筛。成品砂采用棒磨机和冲击式破碎机联合制砂工艺，同时配置了成品砂回收装置，保证了粗骨料生产级配及成品砂的细度模数、石粉含量灵活调整。

砂石加工系统的施工用水源头位于高程为683 m 的金沙江，通过6 级泵站将水抽至高程为1 426 m 的3 000 m3水池，废水通过污水处理系统后再返回水池。

2.1 料场开采

旱谷地料场的主要特点是：灰岩地质构造发育，溶蚀、风化较深，裂隙面锈染、断裂构造发育，岩体完整性差，地质条件复杂且规律性较差；料场灰岩性脆，微裂隙较发育，因此，料场内的有用料、无用料交错分布，给有用料开采的质量控制带来了一定的难度。

料场开采的总体原则是：覆盖层剥离后，道路先行、提前开挖无用料、形成大平台、局部采用台阶开挖、系统支护及时跟进。鉴于旱谷地料场的料源品质较差，实行了料场开采精细化管理，实现了标准化作业。

针对料场RQD 值（岩芯质量指标）较低的特点，不断优化了爆破参数，确定了少排数、大孔距、小排距、使用低爆速炸药、调小主爆孔径、提前清除爆破根底的爆破方案，优化爆破后，物料的粒径较好，粒径＞80 mm 以上的毛料获得率提高到了50%以上。

2.2 砂石系统工艺设计

砂石加工系统的规模设计按满足混凝土高峰时段的浇筑工作量（260 000 m3/月）进行，大坝工程以四级配为主（根据工程经验，四级配占比约70%），参考大坝四级配混凝土的粗骨料推荐比例：特大石∶大石∶中石∶小石=30%∶30%∶20%∶20%，考虑到灰岩的特性为易跌碎和易磨损，因此，粗骨料生产比例按特大石∶大石∶中石∶小石=30%∶30%∶20%∶20%进行骨料级配设计。

本系统生产成品砂的石粉含量、细度模数、粒径＜0.08 mm的微粒含量控制指标比DL/T 5144—2015《水工混凝土施工规范》的要求更为严格，要求石粉含量控制在10%～14%（水洗）、细度模数控制在2.7±0.1，粒径＜0.08 mm 的微粒含量＜9%，因此，保证成品砂的细度模数、石粉含量是制砂工艺的控制重点。

2.2.1 粗骨料工艺设计

粗碎车间→半成品堆场→一筛车间和1#检筛车间→中、细碎车间、二筛车间，三筛、四筛车间、超细碎车间和2#检筛车间。

各平台通过场内道路连接，各平台平整时预留1%的斜坡（便于排水），各平台内侧设置排水沟和边坡支护，排水沟和系统各车间的污水沟互不干扰。

2.2.2 成品砂工艺设计

根据料场岩石特性，本系统选取冲击式破碎机+棒磨机联合制砂工艺。

1）细度模数调节

中、细碎车间和超细碎车间均产有成品砂，三、四筛最下层筛网均采用3 mm 的筛孔，产出粗砂细度模数在2.7±0.1，棒磨机产砂稳定性强，产出细砂细度模数稳定在2.3±0.1，粗砂、细砂按照一定比例掺和入仓。

2）石粉含量精确添加

本系统主要通过细砂回收装置、高压隔膜压滤机、石粉脱水机以及破碎机进料方式来灵活调节砂的石粉含量。当砂的石粉含量较高时，对高压隔膜压滤机和石粉脱水机回收石粉外弃，控制棒磨机的进料量或减少冲击式破碎机旁路的进料比例，可降低砂的石粉含量。当砂的石粉含量较低时，采用细砂回收装置，利用高速离心分离原理，从冲洗车间产生的废水中回收细砂及部分石粉。同时，控制冲击式破碎机的进料量或增加棒磨机旁路的进料比例，回收部分高压隔膜压滤机和石粉脱水机产生的石粉，以提高成品砂的石粉含量。

3）主要设备选型与配置

破碎设备是砂石系统的主要设备，基于破碎设备以及岩石的适应性和破碎特点，本加工系统均采用技术先进、性能稳定的进口破碎设备，筛分设备主要根据筛分物料粒径和生产工艺要求，采用振动筛和高频筛。

4）废水处理工艺

本系统生产的废水主要是各个车间的骨料冲洗用水，废水处理后回收利用，回收用水悬浮物（SS）浓度需控制在70 mg/L 以下。根据系统湿法生产工艺和料场岩性特点，废水处理选择机械预处理+辐流沉淀池+机械压滤脱水工艺。

2.3 系统工艺改造

1）为解决一筛后的细渣过量给洗石设备带来的严重负荷，减轻污水处理系统的过度负荷，以及提高成品砂的质量品质，将半成品骨料粒径＜5 mm 的细渣进行剔除，粒径＜5 mm 的细渣约占半成品骨料的5%。

2）进一步中石、小石整形，原工艺中，三、四筛共同生产的中石、小石进入成品仓，其中，三筛生产的中石、小石粒径品质比四筛差，四筛车间生产的中石、小石经CV229 破碎机整形后，其粒径品质较好。为进一步提升中石、小石粒径品质，将四筛生产的中石、小石单独放入成品仓，将三筛生产的中石、小石作为中间产品不再直接放入成品仓，通过增设1 条胶带机和改造中石、小石的料斗，将中石、小石送至超细碎车间进行整形处理，最后进入对应的成品仓。原工艺中，中石、小石的针片状含量约控制在10%，进一步整形后中石、小石的针片状含量约控制在5%。

3）成品砂技术指标微调，根据专家组咨询意见，在系统工艺完成固化并稳定运行后，对成品砂的细度模数、石粉含量、粒径＜0.08 mm 的微粒含量等指标进行微调，细度模数由原来的2.6±0.1 调整为2.7±0.1，石粉含量由原来的10%～17%（水洗）调整为10%～14%，微粒含量宜由＜9%调整为＜9%。增加1 台棒磨机和1 条胶带机，对超细碎车间和棒磨车间进行了工艺优化，确保了成品砂的细度模数、石粉含量、微粒含量持续稳定生产，大大改善了大坝混凝土的流动性及和易性，也减少了大坝混凝土振捣后产生的浮浆。

2.4 渣场管理

系统规划时，将旱谷地两侧的小红岩沟和大弯子沟作为永久堆渣场地，这不仅需要考虑渣场自身的稳定性，还需要考虑本系统在建筑安装期、运行期的防洪度汛，以及移交当地政府的相关资料和永久防洪度汛。

大湾子沟为弃渣场，规划占地面积100 000 m2，规划总容量约15 000 000 m3，填筑高程范围为1 235～1 450 m，每间隔15 m 设置一级马道，马道宽度3 m，堆渣边坡坡比为1∶2.5～1∶1.8。渣场设置盲沟，从上至下分别设置挡水坝、永久排水明渠、挡渣坝、混凝土面板，堆渣永久边坡后期采用植被绿化。

小红岩沟为成品骨料堆存场、堆渣和道路填沟，容量规划约760 000 m3。填筑高程范围为1 215～1 370 m，每间隔20 m设置一级马道，马道宽3 m，每2 级马道设置排水沟，堆渣边坡坡比为1∶2～1∶1.8。渣场设置盲沟，从上至下分别设置格栅坝、挡水坝、永久排水明渠、过水箱涵、混凝土贴坡、挡渣坝，堆渣永久边坡后期采用植被绿化。

2.5 坝区存料堆场

在白鹤滩水电站坝区高程888 m 的平台布置成品骨料堆场，堆场容积为100 000 m3，为高低线混凝土生产供应骨料，活容积满足大坝高峰期5 d 的浇筑工程量。

3 结语

1）专家组评价：白鹤滩水电站大坝砂石加工系统工艺设计合理，在料源先天不足的条件下生产的成品骨料质量持续稳定（粗骨料生产和出厂的合格率均在99.5%以上，成品砂生产和出厂的合格率均在99.8%以上），特大石、大石的粒型较好，中石、小石的针片状较少，成品砂的石粉含量控制精确和分布均匀。

2）通过大坝灰岩骨料一条龙试验总结，特大石在骨料堆场高位运输时的跌落损失为3%，长途运输的跌落损失为12%，在坝区质量交接点的跌落损失基本在22%～25%，低线系统的特大石再通过高程768 m 的骨料罐中间仓后的逊径实际上已达到30%以上，高线系统的特大石再经过高线场外线后的逊径基本上达到了40%（大石的跌损约为特大石的50%，中石、小石几乎没有跌损）。通过每月高低线拌和楼的衡量层汇总统计与皮带秤的过磅量进行对比，特大石在低线系统的实际消耗量占过磅量为65%（高线系统为60%），在大坝集中浇筑四级配混凝土时造成特大石供应紧张，短时间内（1 周）特大石供应占粗骨料比例达到45%，一段时间内（2 个月）特大石供应占粗骨料比例达到35%，导致本系统粗骨料生产不匹配。采取措施：骨料加工系统上通过爆破参数优化获得更多的大块石来提高特大石的产能，大坝上通过四级配混凝土粗骨料级配的特大石由原来的30%下调到25%、再进一步下调到23%后，本加工系统的粗骨料生产级配达到平衡。

3）本系统对所有的道路进行硬化，对系统边坡和道路周边进行绿化，按照工厂化标准进行本系统运行。

4）成品骨料运输成立车辆安全管理和调度中心实行车辆识别+GPS 定位+司机室安装监控系统，对车辆和驾驶员的基本信息、日常维护保养和强制二级维护保养、日常安全教育和培训、巡视检查记录等及时录入，对车辆的载重、违章等实现自动录入，全程对所有车辆时时进行在线监测，保证了车辆的完好性，规范了驾驶员的驾驶习惯，确保了成品骨料运输的交通安全。