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，是以發電為主，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。壩址區現通鐵路和公路，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、過木機道隧洞及右岸放空隧洞組成，廠房安裝6臺55萬kW的水輪發電機組，攔河大壩就近采用礫質土作心墻防滲料，建在70m深的砂礫石覆蓋層上，用混凝土防滲墻作為基礎防滲，其技術處于世界先進水平。

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，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）；根據地質資料黑馬Ⅰ區礫石土料有效儲量270萬m3（自然方），黑馬0區礫石土料有效儲量183.8萬m3（自然方），黑馬Ⅰ區和黑馬0區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區和黑馬0區礫石土料能滿足心墻礫石土料填筑總量要求。

2礫石土篩分系統布置及設計

2.1篩分系統布置

根據現場實際篩分系統設計建造在黑馬料場里，這樣便于輸送。篩分系統的工藝流程為：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區礫石土篩去＞80mm大料，0區篩去＞60mm大料）。

瀑布溝水電站黑馬料場礫石土篩分系統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、支承系統組成，其相互中心距離為20m。一次篩分支承系統布置在1342.5高程，二次篩分支承系統布置在1339高程，兩個系統基本條件如下：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）兩個篩分系統的荷載如下一次篩分系統每組總荷載65t，該荷載通過支承系統作用于1342.5平臺。

二次篩分系統每組靜荷載為35t，震動荷載為20t，兩種荷載均通過支承系統作用于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篩分系統的計算

根據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，篩分系統的最大生產率定為1000t/h。

篩余系數取90％，汽車運輸損耗3％~6％，擬采用20噸自卸車對篩分供料。

每小時過篩方量應為：1000/0.9=1111（t）；每小時卸車數量應為：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時間及其他因素的影響，擬定3套篩分系統能滿足生產強度。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，滿足生產通過粒徑小于80mm的礫石土料的要求。Ⅰ區開采完畢后，再將振動篩格條之間間距調為滿足礫石土料粒徑60mm所要求的間距。

3篩分系統的技術創新

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。

國內對礫石土篩分的參數幾乎沒有資料，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計要求的物料。

4應用情況

瀑布溝電站大壩礫石土料篩分系統的應用屬于新技術應用型科技項目，為國內首創，是確保瀑布溝電站大壩填筑的一個重要設備。瀑布溝水電站礫石土篩分系統投產后，達到了預期的效果，保證了礫石土料的連續輸送，為整個大壩澆筑工程的進度提前奠定了堅實的基礎。保證了瀑布溝水電站提前發電。

5結論

大方量的礫石土篩分在我國是首次設計和應用，本項目的創新點是：通過科學計算、試驗研究以及模擬現場試驗，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。礫石土料的篩分技術系國內空白，該技術處于國內領先水平。該應用成果在礫石土料的篩分領域填補了國內空白，對加快進度和節省工程投資，提高經濟效益有著十分重要的意義，具有較高的推廣應用價值。