水電站土石篩分體系研究及運用

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本文作者：羅黃河作者單位：葛洲壩集團項目管理有限公司施工科研所

1概述

瀑布溝水電站位于四川省西部大渡河中游漢源縣和甘洛縣境內(nèi)，是以發(fā)電為主，兼顧漂木，防洪的綜合利用水利水電工程，也是距四川省腹地最近的一座具有大水庫的水電站。壩址區(qū)現(xiàn)通鐵路和公路，下游7km處有成昆鐵路和烏斯河車站，交通方便。樞紐由高186m的直心墻土石壩、表孔溢洪道、二條泄洪隧洞、左岸地下廠房系統(tǒng)、過木機道隧洞及右岸放空隧洞組成，廠房安裝6臺55萬kW的水輪發(fā)電機組，攔河大壩就近采用礫質(zhì)土作心墻防滲料，建在70m深的砂礫石覆蓋層上，用混凝土防滲墻作為基礎(chǔ)防滲，其技術(shù)處于世界先進水平。

瀑布溝水電站大壩壩體為礫石土心墻堆石壩，壩頂高程為▽856，最大壩高為186m，總填筑工程量約2227萬m3，其中心墻礫石土料為298.66萬m3（壓實方）。心墻所需礫石土全部來自黑馬料場。大壩防滲體由寬級配礫石土和高塑性粘土組成。

高塑性粘土布置于心墻685m高程以下和礫石土與兩岸混凝土面板相接處，寬3m；礫石土最大底寬98m，頂寬4m，上下游坡比度均為1：0.25。

黑馬料場礫石土的分布：黑馬料場位于壩址上游右岸15km的黑馬溝內(nèi)，為洪積、坡積和冰川沉積形成的寬級配礫石土。大壩心墻礫石土料填筑總量為298.66萬m3（壓實方）、折算成需在黑馬料場挖取385.45萬m3（自然方）；根據(jù)地質(zhì)資料黑馬Ⅰ區(qū)礫石土料有效儲量270萬m3（自然方），黑馬0區(qū)礫石土料有效儲量183.8萬m3（自然方），黑馬Ⅰ區(qū)和黑馬0區(qū)礫石土料共計有效儲量453.80萬m3（自然方），有效儲量為需要量的1.18倍，黑馬Ⅰ區(qū)和黑馬0區(qū)礫石土料能滿足心墻礫石土料填筑總量要求。

2礫石土篩分系統(tǒng)布置及設(shè)計

2.1篩分系統(tǒng)布置

根據(jù)現(xiàn)場實際篩分系統(tǒng)設(shè)計建造在黑馬料場里，這樣便于輸送。篩分系統(tǒng)的工藝流程為：20t自卸汽車運輸→一次篩分條篩（篩去＞150mm的大料）→料斗→皮帶機→振動篩（Ⅰ區(qū)礫石土篩去＞80mm大料，0區(qū)篩去＞60mm大料）。

瀑布溝水電站黑馬料場礫石土篩分系統(tǒng)由一次篩分和二次篩分組成，一次篩分由3組條篩、料斗、皮帶機、支承系統(tǒng)組成，其相互中心距離為20m。二次篩分由3組震動篩、皮帶機、支承系統(tǒng)組成，其相互中心距離為20m。一次篩分支承系統(tǒng)布置在1342.5高程，二次篩分支承系統(tǒng)布置在1339高程，兩個系統(tǒng)基本條件如下：1）一次篩分條篩上端安裝高程1352.5；2）料斗支承柱安裝高程1342.5，支承柱為四柱正方形布置，兩柱中心距為4948mm；3）二次篩分震動篩支承柱安裝高程1339，支承柱為五柱支承，支承柱長度軸線與X軸夾角為27°；4）兩個篩分系統(tǒng)的荷載如下一次篩分系統(tǒng)每組總荷載65t，該荷載通過支承系統(tǒng)作用于1342.5平臺。

二次篩分系統(tǒng)每組靜荷載為35t，震動荷載為20t，兩種荷載均通過支承系統(tǒng)作用于1339平臺。

二次篩分主要是由跟振動篩分廠家合作研制的礫石土振動篩組成。振動篩3臺，滿足生產(chǎn)通過粒徑小于80mm和60mm的礫石土料的要求。

其篩分工藝布置圖為：（略）。

2.2篩分系統(tǒng)的計算

根據(jù)黑馬料場的礫石土分布情況、開采量及開采強度，為與大壩填筑工期相匹配，篩分系統(tǒng)的最大生產(chǎn)率定為1000t/h。

篩余系數(shù)取90％，汽車運輸損耗3％~6％，擬采用20噸自卸車對篩分供料。

每小時過篩方量應(yīng)為：1000/0.9=1111（t）；每小時卸車數(shù)量應(yīng)為：1111/（1-0.06）×20≈56（車），取60（車）。

自卸車的行駛速度按20km/h考慮,然后加上汽車上下料及定位時間，單臺車一個來回所需時間約為20min，若要達到每小時卸車60車，則需要投入20臺20噸的自卸車。

受到受料倉的出口尺寸及倒料作業(yè)時間及其他因素的影響，擬定3套篩分系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)強度。單臺條篩尺寸為4.5m×6m（長×寬），篩條由15#輕型鋼軌加工制作而成。經(jīng)過篩分試驗后，篩條間距定為150mm，滿足篩除粒徑大于150mm的礫石土。振動篩上料皮帶3條，每條皮帶帶寬為800mm。振動篩3臺，滿足生產(chǎn)通過粒徑小于80mm的礫石土料的要求。Ⅰ區(qū)開采完畢后，再將振動篩格條之間間距調(diào)為滿足礫石土料粒徑60mm所要求的間距。

3篩分系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新

為得到合格的礫石土料，自行研制了條篩，并與篩分廠家配合改制了通用的振動篩。

國內(nèi)對礫石土篩分的參數(shù)幾乎沒有資料，條篩的布置、安裝角度的的選擇、間距、可變孔徑篩孔的選擇都是未知，為此專門做了多次試驗。最終將條篩定為15#輕型鋼軌制作，篩條間距為150mm，將輕型鋼軌倒置，以篩孔免卡石頭，條篩安裝角度為30°~35°。經(jīng)過條篩后的礫石土料通過皮帶機輸送到專用振動篩進行再次篩分。可以得到粒徑小于80mm或者60mm的礫石土料。通過改進篩面，采用雙振幅能夠有效得到大壩設(shè)計要求的物料。

4應(yīng)用情況

瀑布溝電站大壩礫石土料篩分系統(tǒng)的應(yīng)用屬于新技術(shù)應(yīng)用型科技項目，為國內(nèi)首創(chuàng)，是確保瀑布溝電站大壩填筑的一個重要設(shè)備。瀑布溝水電站礫石土篩分系統(tǒng)投產(chǎn)后，達到了預(yù)期的效果，保證了礫石土料的連續(xù)輸送，為整個大壩澆筑工程的進度提前奠定了堅實的基礎(chǔ)。保證了瀑布溝水電站提前發(fā)電。

5結(jié)論

大方量的礫石土篩分在我國是首次設(shè)計和應(yīng)用，本項目的創(chuàng)新點是：通過科學(xué)計算、試驗研究以及模擬現(xiàn)場試驗，掌握了用于礫石土篩分的條篩孔徑、長度、傾角、斷面形式及振動篩的孔徑、振幅、振動頻率、振動傾角等參數(shù)。礫石土料的篩分技術(shù)系國內(nèi)空白，該技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。該應(yīng)用成果在礫石土料的篩分領(lǐng)域填補了國內(nèi)空白，對加快進度和節(jié)省工程投資，提高經(jīng)濟效益有著十分重要的意義，具有較高的推廣應(yīng)用價值。