孤山航电枢纽工程砂石混凝土系统布置方案优化研究

石志超 杨丹汉 牛运华 高磊

摘要：

为优化孤山航电枢纽工程砂石混凝土系统布置，分析了施工场地条件，初拟了4个布置方案。从地质条件、料场开采和料源运输、砂石加工系统、混凝土生产系统、给水及废水处理、电气工程等方面进行综合对比分析，推荐纪家梁砂石混凝土系统集中布置方案。实践表明：该方案投资少，移民征地少，砂石混凝土系统运行良好，为工程的顺利实施创造了良好的基础。

关键词：

砂石混凝土系统； 料场开采； 砂石加工； 孤山航电枢纽工程

中图法分类号：TV642.4

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S1.005

文章编号：1006-0081（2023）S1-0013-04

0 引 言

砂石混凝土系统布置是水利水电工程施工布置的重要组成内容，也是水利水电工程施工组织设计的重要环节，直接影响工程质量、工程进度和工程投资，进而影响到整个工程的经济效益［1］。砂石加工系统与混凝土生产系统的规划应根据主体工程的布置、施工总体规划、现场的地形与地质条件、混凝土骨料料场的位置与开采运输方式等因素进行综合考虑［2］。本文以孤山航电枢纽工程为研究对象，介绍了该工程砂石混凝土系统布置方案。

1 工程概况

孤山航电枢纽工程位于汉江上游干流湖北省十堰市郧西县及郧县境内，坝址控制流域面积60 440 km2，多年平均流量778 m3/s，多年平均径流量245亿m3。孤山航电枢纽工程属Ⅱ等工程，大（2）型水库，其主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。水电站正常蓄水位177.25 m，装机容量180 MW，年发电量6.19亿kW·h。枢纽主要由泄水建筑物、电站厂房、通航建筑物和两岸挡水坝组成。主体工程混凝土量96.61万m3，考虑施工损耗和临建工程，混凝土总量102.48万m3，需要混凝土骨料152.17万m3。主体工程需反滤料量4.84万m3。工程共需砂石料量158.32万m3，其中砾石需要量108.16万m3，砂需要量50.16万m3。需开采有用层毛料143.79万m3（自然方）。

孤山航电枢纽工程各个料场天然砂砾料级配良好，但缺少储量较大的集中料源，需多个料场开采方可满足工程混凝土骨料需求。原料源选择采用庹家湾、明滩、罗行滩、黄家坡、李家棚、板桥、羊尾和李家堡料场天然砂砾料，白石滩砂砾料场作为备用料场。项目实施时除明滩料场外，其余料场均被占用，故孤山航电枢纽工程最终选择明滩料场作为项目砂砾石料场。

2 砂石混凝土系统布置方案选择思路及原则

汉江孤山航电枢纽工程坝区属于中山峡谷地貌，地形地质条件复杂，可供布置的地形地质条件主要是冲沟沟谷地带和山前缓坡地带，布置场地局促、分散。砂石混凝土系统的布置，应根据施工场地条件、枢纽布置、施工总体布置及料源情况综合选定。根据NB/T 10488-2021《水电工程砂石加工系统设计规范》，砂石混凝土系统布置应遵循以下原则［3］：

（1） 砂石混凝土系统宜设在料场（包括开挖利用料）附近，多料场供应时，宜设在主料场附近，经论证亦可分设砂石加工系统。

（2） 砂石混凝土系统应避开爆破危险区，安全距离应符合有关标准规定。

（3） 砂石利用率高，运距近，且场地有条件布置时，砂石加工系统也可设在混凝土生产系统附近，并与混凝土生产系统共用成品堆场。

（4） 砂石混凝土系统宜靠近交通运输道路、水源和输电线路。

（5） 砂石混凝土系统应远离城镇和居民生活区，必须在城镇和居民生活区附近设厂时，应采取防护措施，减少噪音和粉尘的影响。

（6） 混凝土生产系统的布置规划受到枢纽建筑物布置与施工布置、地形条件、土建工程分标方案、施工方法及施工进度的影响，同时应遵循尽量靠近浇筑工作面的布置原则。

（7） 根据工程地形、地质条件及施工要求，砂石加工系统的设置应结合砂砾石料场的分布、混凝土生产系统布置、场内外料物流向、施工道路布置和施工场地规划等要求统筹规划。

3 砂石混凝土系统布置可利用场地分析

从孤山航电枢纽工程坝址附近5 km范围内可供利用的场地来看，右岸坝肩至上游汉江桥之间地形虽有缓坡地但局部地质稳定性较差，坝址至下游陈子沟之间地形较缓且面积较大但高程较高；陈子沟至红椿沟之间部分区域地形较缓但地质稳定性较差。坝址左岸地形总体较陡，但沟壑分布较多，主要有沙沟、草房沟、董家沟、桃湾沟及大磨沟等冲沟，汉江桥上游左侧由沙沟、南沟等两三条小冲沟间的坡地较缓，汉江桥至董家沟地形较缓。

孤山航电枢纽工程砂石混凝土系统布置可用场地左岸坝上游有沙沟、草房沟、金土岭、董家沟及下游有泥河口，右岸有纪家梁。董家沟地形较缓但人口密集，施工道路布置困难，不宜用作砂石混凝土系统场地。

4 砂石混凝土系统布置初拟方案

根据料源分布、可用场地条件和施工总布置，砂石混凝土系统的设置初步拟定4个方案。方案一：沙沟、金土岭砂石混凝土系统分设方案；方案二：草房沟砂石混凝土系统集中布置方案；方案三：泥河口、金土岭砂石混凝土系统分设方案；方案四：纪家梁砂石混凝土系统集中布置方案。

孤山航电枢纽工程各方案砂石系统及混凝土系统位置示意见图1。

4.1 沙沟、金土岭砂石混凝土系统分设方案（方案一）

砂石加工系统和混凝土生产系统分散布置，在左岸坝上游沙沟布置砂石加工系统，在草房沟出口上游的金土岭布置混凝土生产系统。砂石加工系统生产的成品骨料采用汽车运输至金土岭混凝土生产系统。

砂石加工系統布置于沙沟，由毛料受料坑、毛料料仓、粗碎车间、预筛分车间、中碎车间、筛分车间、制砂车间、调节堆场、成品料堆场、装车台及与之配套的供排水系统、供电系统组成。混凝土生产系统布置于金土岭，主要分2个台阶布置，拌和楼靠省道布置。混凝土生产系统由调节堆场、2座混凝土搅拌楼、1座制冷楼、6个胶凝材料储罐、1座空压机站，1个外加剂车间及与之配套的供排水系统、供电系统组成。

4.2 草房沟砂石混凝土系统集中布置方案（方案二）

砂石加工系统和混凝土生产系统集中布置。均布置于左岸坝上游2.2 km处草房沟。草房沟沟体狭窄，宽约20～30 m，沟口有S228省道经过，沟两侧山势陡峭，局部有民居分散驻设。

砂石加工系统由毛料料仓、粗碎车间、预筛分车间、中碎车间、筛分车间、制砂车间、成品料堆及与之配套的供排水系统、供电系统组成。混凝土生产系统由2座混凝土搅拌楼、1座制冷楼、5个胶凝材料储罐、1座空压机站，1個外加剂车间及与之配套的供排水系统、供电系统组成。

4.3 泥河口、金土岭砂石混凝土系统分设方案（方案三）

砂石加工系统和混凝土生产系统分散布置，在左岸坝下游约2.9 km泥河口布置砂石加工系统，在草房沟出口上游的金土岭布置混凝土生产系统。

砂石加工系统由毛料受料坑、毛料料仓、粗碎车间、预筛分车间、中碎车间、筛分车间、制砂车间、成品料调节堆场、成品料堆场及与之配套的供排水系统、供电系统组成。主加工区的砂石加工系统分2～3个台阶布置，成品料采用汽车运输至金土岭混凝土生产系统。混凝土生产系统主要分2个台阶布置。混凝土生产系统由调节堆场、2座混凝土搅拌楼、1座制冷楼、4个胶凝材料储罐、1座空压机站，1个外加剂车间及与之配套的供排水系统、供电系统组成。

4.4 纪家梁砂石混凝土系统集中布置方案（方案四）

砂石加工系统和混凝土生产系统集中布置，砂石混凝土生产系统布置在陈子沟渣场上游、2号路以上的纪家梁。其中混凝土生产系统靠近大坝，在砂石加工系统的上游侧，砂石混凝土生产系统的布置场地为山坡地，根据工艺流程，自高向低分台阶布置，拌和楼靠近2号路布置，其地面设置高程220 m。

砂石加工系统由毛料料仓、粗碎车间、予筛分车间、中碎车间、细碎车间、筛分车间、制砂车间、成品料堆及与之配套的供排水系统、供电系统组成。混凝土生产系统由2座混凝土搅拌楼、1座制冷楼、5个胶凝材料储罐、1座空压机站，1个外加剂车间及与之配套的供排水系统、供电系统组成。

5 方案比较

5.1 地质条件

（1） 方案一场地及周缘区分布沙沟滑坡，场地的环境地质条件较差；方案二场地及周缘区分布草房沟滑坡，场地的环境地质条件差；方案三周缘区分布陈家咀滑坡，场地的环境地质条件较差；方案四场地所处地势较高，周缘区滑坡对本场地基本无危害，场地的环境地质条件较好。

（2） 各方案中沙沟骨料系统、草房沟砂石混凝土系统位于冲沟沟谷地带，泥河口骨料系统位于泥河河口Ⅰ，Ⅱ级阶地上，金土岭混凝土系统和纪家梁砂石混凝土系统属于斜坡地形，均有一定工程量的场平工程。方案一场地主要存在人工边坡稳定问题和沙沟防洪问题；方案二场地主要存在草房沟滑坡稳定、人工边坡稳定和草房沟防洪问题；方案三泥河口场地主要存在人工边坡稳定和泥河防洪问题；方案四纪家梁砂石混凝土系统场地仅存在人工边坡稳定问题。

5.2 料场开采和运输

根据料源情况，采用3～4台2 m3索铲陆基水下开采，装载机装料。最大开采强度13.50万m3/月。4个方案的料场开采相同。毛料采用汽车运输，因系统布置位置不同，4个方案的运距也各不相同。方案一毛料平均运距9.63 km；方案二毛料平均运距9.68 km；方案三毛料平均运距12.41 km；方案四毛料平均运距10.12 km。

5.3 砂石加工系统

方案一、二和方案四采用汽车配推土机直接堆存，方案三则采用受料坑配胶带机堆存。方案一、二和方案四采用胶带机直接堆存，方案三则通过调节堆场转运，通过胶带机跨泥河，再通过胶带机配卸料小车堆存。方案一采用胶带机供料线运输至调节堆场，平均运距0.8 km；方案二和方案四采用胶带机直接运输至混凝土生产系统调节堆场；方案三则通过装车台采用汽车运输至混凝土生产系统，平均运距5.3 km。

5.4 混凝土生产系统

方案一采用胶带机供料线运输至拌和楼，方案二和方案四净料采用胶带机直接运输至拌和楼，方案三则通过受料坑采用胶带机堆存，再采用胶带机运输至拌和楼。

混凝土采用汽车运输，因系统布置位置不同，4个方案的运距也各不相同。方案一、二和方案三平均运距2.29 km，方案四平均运距1.73 km。

5.5 给水及废水处理方案

（1） 给水系统。4个系统供水方案布置中，方案一、方案二砂石混凝土生产给水系统布置、规模相同。方案三由于泥河口砂石系统与金土岭混凝土系统分别位于左岸上、下游，需分别设置独立的给水系统，其中下游泥河口砂石系统与业主源水高位水池距离5.3 km，还需就地自建1座取水泵站。方案四砂石系统与混凝土系统集中布置，与大坝主体工程距离较近，合理布置水厂，不仅能满足砂石系统、混凝土系统用水，同时兼顾主体工程施工及大坝浇筑养护用水，最为经济、合理。

（2） 废水处理系统。由于场地狭小，方案一、二、三的废水处理只能采用最简易的沉淀池工艺，出水水质较难满足环保要求。方案四场地较为宽阔，可以采用当前较先进的废水处理工艺，使用污水净化装置和箱式压滤机，自动化水平较高，满足环保要求。

5.6 电气工程

4个方案的供配电方案基本相同，仅在10 kV供电线路的架设距离上有所不同。方案一共需架设10 kV供电线路约2.4 km（单回线路路由长度，下同）；方案二共需架设10 kV供电线路约1.2 km；方案三共需架设10 kV供电线路约12.4 km；方案四共需架设10 kV供电线路约0.6 km。较分开布置方案，砂石加工和混凝土生产系统集中布置供电线路架设距离短、供电可靠性高、后期控制运行方便。同样采用集中布置，相较方案二，方案四有利于35 kV施工变电站的选址，方便进出线，场内供电线路架设距离短、施工干扰少，节省投资。

5.7 经济比较

按照孤山航电枢纽工程主体工程单价水平测算，方案一、二、三、四系统土建与运行费用之和分别为14 283万、14 659万、19 209万和13 831万元，其中运行费用仅包括各方案存在差异的部分，即毛料運输、骨料运输、混凝土运输和电气工程等。方案四费用最小。

5.8 方案选择

（1） 从地质角度考虑，方案四场地所处地势较高，周缘区滑坡对本场地基本无危害，场地的环境地质条件较好，且场地仅存在人工边坡稳定问题。方案四相比之下地质条件最佳。

（2） 方案二和方案四为砂石、混凝土系统集中布置，便于砂石混凝土系统的施工和运行管理。

（3） 4个施工布置方案都占用了一定的农用地，征地范围及用地规划有一定差异。方案三、方案四临时占地相对较少，拆迁人口少，移民安置难度和补偿投资相对较低，从建设征地移民安置角度看，属较优的方案。

（4） 方案四具有以下特点：① 纪家梁混凝土系统在右岸，且拌和楼距坝址仅700 m，混凝土浇筑高峰及混凝土主要浇筑工程量（约70%）均在右岸，对降低混凝土的运输费、确保混凝土质量及工程综合管理均有利。② 工程天然河床砂砾料场在坝下游右岸，为坝下游4.0～4.7 km的明滩砂砾石料场，砂石加工系统布置在坝下游右岸，使料场采取陆基开采与运输时无需跨江运输毛料，较大幅度降低了毛料的运输距离。③ 砂石混凝土系统集中布置，不仅避免了分开布置方案中成品骨料的二次转运、减少一套调节堆场设施的建设和运行费用，还便于系统的施工和运行管理；④ 纪家梁系统布置区域距坝址仅700～1 150 m，地形较平缓，面积较大，无大量民居的拆迁和重大地质灾害隐患，利于砂石加工系统与混凝土生产系统的集中布置，且基建工程量小。

综上所述，选方案四作为推荐方案。

6 结 语

孤山航电枢纽工程砂石混凝土系统布置方案考虑了地形地质条件、系统布置方案等因素，最终确定纪家梁砂石混凝土系统集中布置方案。孤山航电枢纽工程砂石混凝土系统布置方案的研究对确定施工总布置方案、施工占地范围和主体工程顺利实施具有重要意义。孤山航电枢纽工程于2016年12月开工建设，2017年10月砂石混凝土系统建成运行，2021年1月4台机组全部投产发电。从实施情况来看，孤山航电枢纽工程砂石混凝土系统集中方案运行经济、便于管理，满足工程需要。

参考文献：

［1］ 李捷.大型水电枢纽工程施工中砂石骨料及混凝土系统布置方案优选研究［D］.乌鲁木齐：新疆农业大学，2006.

［2］ 陈迁，龙慧文，孔繁忠，等.银盘水电站砂石混凝土系统设计与生产［J］.人民长江，2008，39（4）：50-52.

［3］ 陈绪贵，车公义.三峡工程砂石系统的规划、建设与管理［J］.中国三峡建设，2000（9）：7-12，57.