锦屏一级水电站新增大坝左岸1885混凝土拌和系统工艺设计与布置优化

【摘 要】锦屏一级水电站大坝左岸1885混凝土拌和系统布置场地狭窄陡峭、可利用面积少、干扰大，布置难度大，如何优化工艺设计与布置方案，对系统的可靠性及成品拌和物的质量至关重要。针对这一难题，因地制宜，对系统进行工艺设计与布置优化，不仅能够节省投资，还能够大大加快施工进度，取得较好经济效益和社会效益。

【关键词】锦屏一级水电站 1885混凝土拌和合系统 布置 优化 应用

1工程简介

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县和盐源县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，是雅砻江下游从卡拉至河口河段水电规划梯级开发的龙头水库，距河口358km，距西昌市直线距离约75km。

本工程规模巨大，开发任务主要是发电，结合汛期蓄水兼有分担长江中下游地区防洪的作用。电站装机容量3600MW，保证出力1086MW，多年平均年发电量166.2亿kW・h，年利用小时数4616h。大坝为世界第一高拱坝，坝高305.0m，水库正常蓄水位1880m，死水位1800m，正常蓄水位以下库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，属年调节水库。

2新增系统背景及系统概述

由于受锦屏一级水电站大坝混凝土系统供应能力与缆机运输能力限制，垫座混凝土需要另外单独浇筑。另外由于水垫塘和左右岸雾化区贴坡砼施工时段的大幅压缩和自然地形造成的大量超填砼，造成该部位砼浇筑强度增长至原投标阶段的3倍以上，再加上整个锦屏一级其他标段的供料能力普遍能力不足，为了实现首台机组发电的赶工计划和工期目标，解决混凝土供应不足的问题，经过参建各方深入研究，决定在锦屏一级水电站大坝左岸1885新增一套混凝土系统。

新增大坝左岸1885混凝土拌和系统配置一座4×3m3自落式拌和楼，配套骨料二次筛分和预冷设施，制冷系统容量为500万kcal/h。混凝土预冷系统需满足预冷混凝土设计生产能力130～150m3/h，出机口温度按7℃控制，混凝土拌制后，自卸汽车运至入仓布料系统受料仓平台卸料。系统于2011年3月底正式开工，计划于2011年10月底投产，设计及建设工期非常紧张。

3场地情况简介

新增大坝左岸1885混凝土拌和系统布置场地位于左岸坝肩上游1960平台、下游的EL1885m平台及EL1885m～EL1960m之间的斜坡，其中下游1885m平台还布置有CV标灌浆系统、其它标段的施工临时设施及CIII标、雾化标施工通道。经EL1960m交通洞可到达EL1960m平台，作为设备安装检修运输通道；从EL1885m交通洞可到达EL1885m平台，可作为成品混凝土运输及其它施工车辆通行车道，平台靠外侧还需满足大坝垫座浇筑设施用地。

左岸坝肩上游1960m缆机平台上游的观礼平台，内侧为左岸缆机平台边坡，外侧为左岸坝顶～缆机平台边坡，开挖坡比均为1∶0.5，已完成全部系统支护。岩性为第三段第4层中～厚层状变质砂岩夹灰黑色粉砂质板岩。岩体中主要发育f5断层，地基多处于f5断层破碎带及影响带上，部分处于强卸荷带上，岩体破碎，结构松弛，岩体质量差。断层破碎带属Ⅴ1级岩体、影响带属Ⅳ2级岩体、强卸荷带属Ⅳ1级岩体。

左岸1885m下游的坝顶平台上，内侧为左岸坝顶～缆机平台边坡，开挖坡比1∶0.45，外侧为左岸拱肩槽下游侧边坡，开挖坡比1：0.43～1∶0.5，已完成全部系统支护。岩性为第三段第2层厚～巨厚层状变质细砂岩夹粉砂质板岩。岩体中发育f5、f38-6断层，地基处于f5、f38-6断层破碎带及其之间的影响带上，岩体破碎，结构松弛，岩体质量差。断层破碎带属Ⅴ1级岩体、影响带属Ⅳ2级偏差岩体。

左岸EL1885m～EL1960m之间的斜坡，内侧为自然坡，坡度约40～50°，已完成被动防护网施工。外侧为左岸1885m下游坝顶平台，已完成混凝土浇筑。岩性为第三段第2层厚～巨厚层状变质细砂岩夹粉砂质板岩。岩体中无断层、层间挤压错动带等较大结构面发育，地基多处于边坡强卸荷带上，部分处于f5、f38-6断层的影响带上，岩体破碎，结构松弛，岩体质量差。断层影响带属Ⅳ2级岩体、强卸荷带属Ⅳ1级岩体。1915m高程以下已完成系统支护，1915m高程以上仅完成了被动防护网施工。

由于系统布置区域地质条件复杂，存在多条断层及不良地质缺陷，主要有f5、f8、f38-6、煌斑岩脉等。在前期开挖施工过程中，曾由于开挖卸荷松弛，1885m平台开裂，在1829m高程抗力体进行固结灌浆过程中，该部位第二次出现裂缝。前期进行的该部位边坡稳定复核，经过锚索加固处理后，边坡安全系数仍然偏低，边坡稳定条件差。

系统布置场地狭窄，后坡高陡，边坡安全系数低，边坡稳定条件差，真正可用来布置系统的面积非常有限，系统布置与设计难度非常大。

4系统工艺设计与布置

4.1系统工艺设计说明

按照系统工艺设计，混凝土拌和系统主要由拌和楼、胶凝材料储运系统、骨料进料、运输、筛分、存储系统、外加剂系统、空气压缩系统、制冷系统等其它辅助设施组成。

（1）拌和楼：采用一座HL240-4F3000LB型自落式拌和楼，主楼跨距为10m×10m

（2）胶凝材料系统：本工程在漫水湾火车站设有水泥、粉煤灰中转站，综合考虑施工交通状况，现场水泥、粉煤灰的储存量按满足高峰期3～5d的需要量设计，采用3个1500t水泥罐和一个1000t粉煤灰罐。胶凝材料罐车运输至系统经地磅称量后，将胶凝材料卸入罐中，再通过风力输送经仓泵和管路送至拌合楼上。

（3）骨料进料、运输、筛分、存储系统：骨料进料设置受料坑，粗、细骨料分别为2个仓、1个仓；骨料存储采用特大石、大石、中石、小石各一个仓，砂设置两个仓；二次筛分设置1台2YKR3060和2台2YKR2460，满足骨料筛分需求；经过胶带机运输至拌和楼上。

（4）外加剂系统：外加剂车间内修建钢筋混凝土结构池6个，满足三种外加剂一配一用切换使用，建筑面积为20m×9m，再利用管路输送至拌和楼上。

（5）空气压缩系统：空压机车间内布置2台40m3/min和1台20m3/min空压机，满足系统用风需求，建筑面积为18.5m×8m，再利用管路输送至拌和楼等用风部位。

（6）制冷系统：制冷系统配置装机容量500×104kcal/h（标准工况），其中一次风冷250×104kcal/h（标准工况）；二次风冷100×104kcal/h（标准工况）；片冰及制冷水生产250×104kcal/h（标准工况），设置制冷楼1座和风冷调节料仓1座。根据常态砼的不同特点及所需的降温幅度，采取“风冷粗骨料 （两次风冷）、加冰及低温水拌和”的预冷设计方案，满足出机口温度7℃的要求。

4.2系统布置

整个系统布置采用两级台阶+斜坡布置：拌和楼与制冷楼布置在左岸1885m下游的坝顶平台上，胶凝材料罐、空压机车间、外加剂车间与高位水池布置在左岸坝肩上游1960m缆机平台上游的观礼平台，骨料进料、运输、筛分、存储系统布置在左岸EL1885m～EL1960m之间的斜坡上，其它辅助设施合理统筹布置，具体布置情况见图1：

图1 新增大坝左岸1885混凝土系统平面布置图

5系统优化

5.1系统优化原则

（1）系统布置应充分考虑地质地形条件，结合系统布置格局，依据主要子系统的功能，合理统筹布置，使系统运行安全、功能适用、经济合理、维护管理方便。

（2）布置紧凑合理，简化系统设施。

（3）系统建设及运行期间，保证EL1885m交通洞、EL1960m交通洞及平台正常通行，减少占用时间，并保证交通畅通和行车安全，尽量不影响相邻其它施工单位和部位的施工。

（4）混凝土进出料线布置顺畅，行车方便。

5.2优化方案的实施

对现场布置场地和地形地质条件作进一步详查后，经过多种布置方案比选，最终确定最优布置方案，主要将系统分三块布置，胶凝材料罐、外加剂车间、空压机车间布置在左岸坝肩上游1960m缆机平台上游的观礼平台，骨料进料、运输、筛分、存储系统布置在左岸EL1885m～EL1960m之间的斜坡上，拌和楼、制冷楼布置在左岸1885m下游的坝顶平台上，其它辅助设施根据各子系统布置要求进行合理统筹布置，满足系统运行管理要求。

优化后的布置图见图2，与原布置方案对比，主要作了以下优化调整：

（1）拌和楼平台布置优化。将拌和楼适当外移，避开f5、f38-6断层破碎带及其之间的影响带，移至f5断层上盘的强卸荷Ⅳ2级岩体上，加强拌和楼基础处理设计，扩大基础范围，降低地基应力。经此调整后，一是满足平台及边坡稳定要求，二是拌和楼候车线路加长，车辆回转场地增大，有效保证了车辆的行驶顺畅。

（2）骨料进料、运输、筛分、存储系统优化。骨料进料设置受料坑，由原先的5个仓调整为3个仓，位置由EL1960m缆机平台下游侧平台移至平台下游侧阶地。经此调整后，一是优化了受料坑土建工程量和减少了2台给料机，二是利用原有二级高差，满足受料坑进出料要求，骨料运输车辆回转平台更顺畅。

骨料存储仓由原先的方形混凝土料仓调整为圆形混凝土罐，加强基础处理设计，采用锚杆、锚筋束与锚索加强边坡局部稳定，防止局部崩塌破坏。经此调整后，圆形混凝土罐受力更好，骨料利用率更高，土建工程量更少，施工难度更小。

二次筛分车间通常由1座三层筛分楼，调整为两阶筛分开布置，一阶筛2YKR3060充分利用EL1915m马道平台，二阶筛直接布置在风冷调节料仓顶上直接下料，风冷调节料仓采用钢筋混凝土结构，满足受力要求。经此调整后，一是满足了场地布置要求，二是满足胶带机上料长度要求。

（3）制冷系统优化。制冷水采用冷水机组调整为螺旋管蒸发器，片冰输送由“罗茨风机+管道输送”调整为胶带机输送，优化管路布置与设计，均采用保温彩板进行封闭。

经此优化，不但节省了系统建安与运行成本，也提高了系统运行的可靠性。

（4）胶凝材料系统优化。由于1885平台灌浆系统胶凝材料罐群还要使用且没法共用，场地布置紧张，故将拌和系统胶凝材料系统移至左岸坝肩上游1960m缆机平台上游的观礼平台布置，且配套布置空压机系统。胶凝材料罐由原钢制拼装调整为现场卷制的安阳利浦筒仓罐。由于胶凝材料输送距离长，弯道多，且下行输送，采用备用管道和助吹设施，以防止管道输送堵塞。

经此优化，可有效缓解了1885平台设施布置场地紧张，保证该平台施工交通通畅，也满足了胶凝材料卸灰的要求，提高了系统运行的可靠性。

图2 新增大坝左岸1885混凝土系统平面布置优化图

5.3优化成果

根据混凝土系统工艺流程并实施阶段提供实际地形条件，对系统工艺与场地布置进行优最终实施阶段方案同勘察设计阶段比较，具有以下优点：

（1）有利于系统建设进度。通过对系统布置及工艺的调整优化，避免了混凝土系统内各子系统的建安施工及运行干扰，加快了系统的建设进度，保证了前方主体工程的要料需求。

（2）提高了系统运行的可靠性。调整后的系统采用骨料罐式成品骨料堆场，骨料进料线出现故障时，系统运行的可靠性仍能够得到保证。对系统的部分生产工艺进行了调整，整个混凝土系统生产的可靠性也得到了较大提高。

（3）取得了较好的效益。通过对系统的分析研究，对系统布置及工艺的调整优化，减少和优化了系统设备投入及施工，加快了系统的建设速度，为前方主体工程施工打下了坚实的基础，取得了较好的施工效益和社会效益。

6经验与建议

（1）系统布置场地狭窄陡峭、可利用面积少、干扰大为本系统布置的显著特点和难点。按照就近布置原则，系统在布置上充分利用已经开挖形成的左坝肩地形，分台阶坡状布置，场地高差达80米，有效利用面积不足5000m2，在国内系统中极为少见。虽然经过一年多的运行期证明系统设计满足要求，运行效果良好，但由于原规划中没有该系统，该设计、建设及运行管理难度大，风险也大。

（2）大型的混凝土生产系统，由于其骨料需用量大，且高峰强度高，这就需要骨料储存调节料堆具有较大的有效容积，有较大的调节能力，这在场地狭窄的混凝土生产系统中，骨料罐群的使用不适为种行之有效的方式。骨料罐群具有占地小，储量大，有效容积高、节省机械倒料费用等优点。但由于场地限制，全部采用骨料罐群来储存骨料，总体效果良好，但在储存细骨料的过程中，由于其含水量、石粉含量的影响，往往容易起拱导致放料不畅或板结无法放料，在下料时也往往从料罐中心呈柱状圆孔，四周的料板结不下，在处理时高压风或高压水处理，效果并不理想。这在运行过程中时有发生，严重影响混凝土生产，对砂罐板结起拱采取如何破拱，至今没有更行之有效的方法。

（3）系统胶凝材料输送管路长达八百多米，且沿大坝边坡下行布置，弯道多，距离远，容易堵管，系统采用配置多趟备用管路和助吹设施，加强运行管理，很好地解决了灰管路堵塞难题。

（4）利用EL1915m～EL1945m边坡，通过扩展平台布置二次筛分系统，采用锚杆、钢筋混凝土浇筑平台，二次筛分车间的一阶筛和二阶筛分开布置，一阶筛布置在约EL1930m的马道及边坡上，为一台2YKR2460型圆振动筛，二阶筛布置在风冷调节料仓上，为两台2YKR2460型圆振动筛，通过分级后分别进入风冷调节料仓。经过运行证明，运行效果良好。

（5）由于地处大坝左岸坝肩破碎带，安全问题是大问题。通过加强场地边坡或平台的防水措施，加强施工废水排水管理，确保施工用水的有序排放，避免施工废水下渗增加边坡渗透压力，降低边坡稳定安全性。对场地边坡布设相应监测设施，并做好系统运行期间场地边坡的安全监测工作。

7结语

锦屏一级水电站新增大坝左岸1885混凝土拌和系统于2011年10月底投产运行，于2013年3月圆满完成所有供料任务，为保证首台机组发电目标打下了坚实的基础。系统布置区域地质条件复杂，存在多条断层及不良地质缺陷，且场地狭窄，边坡稳定条件差，设计布置过程中因地制宜，通过一系列工程措施，合理布局，统筹设计，充分利用场地，紧凑布置，既满足系统的功能设计，又为系统的运行管理提供有利条件，对其它水电工程中借鉴应用具有较大的积极意义。

参考文献：

[1]锦屏一级水电站左岸大坝工程施工标招标文件.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 2006年12月.

[2]锦屏一级水电站左岸大坝工程施工标投标文件.中国水利水电第七工程局，2007年4月.

[3]水利水电工程施工组织设计手册第四册 辅助企业.水利电力出版社，1991年.