龙开口水电站白云岩混凝土骨料料源选择和加工运输方案研究.pdf

第 3 9卷第 2期 2 0 1 3 年2月 水 力 发 电 龙开 口水 电站 白云岩混凝 土骨料料 源 选择和加工运输方案研究 包 俊 ，李新 宇 ，吕国轩 ，叶建群 ( 中国水 电顾 问集 团华东勘测设计研 究院，浙江杭州 3 1 0 0 1 4 ) 摘要 ：龙 开 口水 电站通过拟选骨料料源的试验研究和技术经济比较，选 择燕子崖料场 自云岩作为混凝土骨料料源 ， 并 根据 料场的开采条件 、料源岩性 、砂石加 工系统与混凝土生产系统 的布置及交通条件 ，选定 了骨料生产工艺 、半 成 品垂 直运 输方 案和成 品骨料长胶带运输方案 。 关键词 ：混 凝土骨料 ；白云岩 ；长胶带机 ；龙开 口水电站 S o u r c e S e l e c t i o n o f Co n c r e t e Do l o mi t e Ag g r e g a t e a n d I t s P r o c e s s i n g a n d Tr a n s p o r t a t i o n S c h e me i n Lo n g k a i k o u Hy d r o p o we r S ta t i o n BA0 J u n ， L I Xi n y u ， L U Gu o x u a n ， YE J i a n q u n ( Hy d r o C h i n a H u a d o n g E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 4 ， Z h e j i a n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：By e x p e r i me n t a l s t u d i e s a n d e c o n o mi c t e c h n i c a l c o mp a ris o n s o n d i f f e r e n t a g g r e g a t e s o u r c e s i n L o n g k a i k o u Hy d r o p o w e r S t a t i o n ，t h e d o l o mi t e i n Ya n z i y a Ra w Ma t e ria l Ya r d i s s e l e c t e d a s t h e a g g r e g a t e o f c o n c r e t e B a s e d o n mi n i n g c o n d i t i o n s ，r o c k p r o p e r t y ，t r a n s p o r t a t i o n c o n d i t i o n a n d t h e l a y o u t s o f a g g r e g a t e p r o c e s s i n g s y s t e m a n d c o n c r e t e p r o d u c t i o n s y s t e m， t h e a g g r e g a t e p r o d u c t i o n t e c h n o l o g i e s ， t h e v e rt i c a l t r a n s p o r t a t i o n s c h e me o f s e mi - fi n i s h e d a g g r e g a t e a n d t h e l o n g b e l t c o n v e y o r t r a n s p o r t a t i o n s c h e me o f fi n i s h e d a g g r e g a t e a r e d e t e r mi n e d Ke y W o r d s ： c o n c r e t e a g gre g a t e ； d o l o mi t e ； l o n g b e l t c o n v e y o r ； L o n g k a i k o u Hy d r o p o w e r S t a t i o n 中图分类号 ： T U 5 2 2 0 6 1 ；T U6 4 6 ( 2 7 4 ) 文献标识码 ： A 文章编号 ： O 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 O 1 3 ) 0 2 - 0 0 3 9 - 0 4 龙 开 口水 电站碾 压混凝 土重力 坝最 大坝高 1 1 6 O 0 n r1 坝 顶 长 度 7 6 8 O 0 m， 电站 主体 工 程 混 凝 土 总量 约 4 61万 m ，其 中碾 压 混凝 土 约 2 8 4万 i n ，加 工混 凝 土 骨 料 所 需 的母 岩 约 4 8 4万 in (自然 体 积 ) ，混 凝 土 骨 料料 源 选 择 及 其加 工 运 输 方 案选 择 是 工 程建 设 中 的关键 技术 问题 。 1混凝土骨料料源选择 龙 开 口水 电 站混 凝 土 工 程 量 巨大 ，混 凝 土 骨料 料 源 选 择对 工 程 质 量 和投 资 都 有 直 接影 响 。在龙 开 口水 电 站 可行 性 研 究论 证 过 程 中 ，根据 工 程 周 边 的 地 质 条 件 ，先后 对 坝 址 附 近 的 工 程 玄 武 岩 开 挖 料 、 大 菁 沟 玄 武岩 料 场 、松 园灰 岩 料 场 、金 河 白云 岩石 料 场 、燕 子崖 白云 岩 料 场等 料 源 进 行 了勘 查 。经 过 地 勘 详 查 和 相关 试 验 发 现 大菁 沟 玄 武 岩料 场 的玄 武 岩 具 有 潜 在碱 硅 酸 活 性 ，母 岩 质 量 均 匀性 和致 密 性 不 理 想 ，母 岩 岩 块 强 度 高 、加 工 难 度 大 、石 粉 获 得 率低 ，夹 杂有 紫 红 色 岩质 较 软 、易干 裂 、饱 和 抗压 强度 低 且 分离 困难 的凝 灰 岩 ，整 个 料 场剥 采 比高达 1 3 8 ： 1 ，剥 采量 大 ：松 园灰岩 料场 灰岩 具有 潜在 碱硅 酸 活 性 岩 层 中 含 部 分 炭 质 。配 制 混 凝 土 时 引 气 比 较 困难 ，料 场距 坝 址 运距 较 远 ，运 输 条件 较 差 ，且 炭质 对混 凝 土 长 期耐 久性 影 响不 明 ：金河 石 料 场 白 云 岩 骨 料 不 具 有 碱 活 性 ，强 度 适 中 、 易 加 工 ，且 地 表基 岩 多裸 露 、剥采 量 小 ，开采 条 件好 ，但 抗 压 弹 模 变 化 较 大 岩 体 普 遍有 直 径 0 5 2 0 e m 的溶蚀 小 孔洞 分 布 ，孔 洞 内局部 有 泥 质充 填 ，孔 隙率 及 吸水 率 高 不 宜作 为 混凝 土粗 骨 料料 源 ，但 可 作 为 细骨 料 料 源 ：燕 子 崖 白云岩 料 场 白云岩 以微 风化 为 主 、 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 2 1 3 基金项 目：国家 自然科学青年基金资助项 目( 5 1 2 0 9 2 1 9 ) 作者简 介 ：包 俊( 1 9 6 O 一 ) ，女 ，浙江 宁波人 ，高级工程 师 ，主 要从 事水电站施工 辅助设施的设计 和研究 W a t e r P o w e r V o 1 3 9N o 2豳 水 力 发 电 2 0 1 3年 2月 岩 石致 密 坚硬 、无 碱 活 性 、质 量 满 足混 凝 土 骨料 要 求 ，岩 体 溶 蚀 总体 发 育 、完 整 性 好 、强 度 适 中 、 易 加 1 ，且 地 表 基 岩 多 裸 露 、岩 体 风 化 浅 、剥 采 量 小 ，料 场 顶 部地 形 较平 缓 、开 采 条 件好 ，虽 然整 个 料 场 分布 高 程较 高 、运 输 条件 相 对 较差 ，但 采用 长 胶 带 机运 输 能够 很 好 地解 决该 问题 。因为 燕 子崖 白 云岩 岩性 单 一 ， 目 料 性 能 均 一 、稳 定 ，白云 岩 骨料 混 凝 土综 合 性能 较好 。采 用燕 子 崖 白云岩 作 为 混凝 土骨 料料 源 ，还 可 以降低 T 程管 理 难 度 、提 高 混凝 土质 量 。经 技术 经 济综 合 比较 ，最 终选 定 燕 子崖 白 云 岩 料 场 作 为 混 凝 土 骨 料 料 源 。 考虑 到 国内外 应 用 白云 岩 骨料 的大 型水 电工程 较 少 龙 开 口水 电 站 可 行 性 研 究 阶 段 还 专 题 开 展 了 白 云 岩 骨 料 及 其 混 凝 土 性 能 研 究 主 要 包 括 以 下 几 项试 验 ： 白云岩 小 型 加丁 性 能试 验 ，试 验 结 果 表 明 ， 白 云 岩 具 有 较 好 的 加 T 性 能 ，成 品 骨 料 粒 形 较 好 、针 片 状 颗 粒 含 量 较 低 ，成 品 骨 料 获 得 率 大 于 8 5 ，获 得 率较 高 。 白云岩 骨 料 物 理力 学 性 能 试 验 及 其碱 活性 试 验 ，试 验结 果 表 明 白 云岩 骨料 无 碱 硅 酸 活性 和碱 碳 酸活 性 。 白云 岩 骨料 混 凝 土物 理 力 学 性 能 、变 形 性 能 、热 学 性 能 和 绝 热 温 升 、 以 及 耐 久性 等 试 验研 究 ，试 验 结 果表 明 ， 白云 岩 人工 砂 细 度 模 数 为 2 6 5石 粉 含 量 为 1 8 5 ，为 U 区 中 砂 ， 白 云 骨 料 物 理 力 学 性 能 符 合 DL T 5 l 4 4 2 0 0 1 水T 混凝 土施工 规 范 中的相关 规定 ，具体 试 验结 果 见表 1 施 _T 阶段 曾 出现过 大 石 比例较 低 、人 工 砂 中 石粉 含 量 较 低 等 问题 ，后 通 过 调整 爆 破 参 数 、 优 化 垂 直运 输 方式 和加 TT 艺 ，有 效 地解 决 了上述 问题 ，保证 了白云岩 骨料供 应 。 混凝 土 性 能试 验 成 果表 明 白云 岩 骨料 混 凝 土 单 位用 水量 和 单位 水 泥 用量 较低 ，配 制 同强 度 等 级 的 混 凝 土 时 水 胶 比较 大 、胶 凝 材 料 用 量 较 低 ，其 中 强 度 等 级 C 9 0 2 0的 三 级 配 碾 压 混 凝 土 单 位 用 水 量 仅 8 3 k g ，水 胶 比 0 5 0、胶 凝 材料 总量 1 6 6 k g 、粉 煤 灰 掺 量 为 6 0 。 白云 岩 骨 料 混凝 土 还具 有 干 缩 较 小 、 徐 变较 大 、 自生 体 积变 形 总体 为 微 膨胀 型 、极 限拉 伸 较 大 、导热 性 能较 好 等 特点 ，但 其 线 膨 胀 系数 较 大( 8 9 6 1 O 9 1 5 1 0 ) 。与类 似 工程 灰岩 骨 料 、 花 岗 岩骨 料 、玄 武 岩骨 料 或辉 绿 岩 骨料 配 制 的混 凝 土 性 能 相 比 ， 强 度 等 级 大 致 相 同 时 白 岩 综 合 抗 裂 性能 较 好 。施 工 阶段 混 凝 土施 T 配 合 比主 雯参 数 与 可 研 阶 段 基 本 相 同 ，混 凝 土 施 工 性 能 较 好 混 凝 土 性 能满 足设 计 要 求 ，验 证 了龙 开 口水 电站 采 川 燕 子崖 白云 岩作 为混凝 土 骨料料 源是 合适 的 。 2 混凝土骨料加工工艺 根 据 料 源 选 择 和 开 采 规 划 ，燕 子 岸 石 料 场 的 J 卜 采 高程 范 同 2 0 7 0 2 2 4 0 IT I ，料场 的月最 高 ， F 采噬 度 为 2 8万 1 1 1 燕 子 崖 砂 石 加 T 系 统 布 置 在 料 场 F方 鹰 河 沟 右 侧 的 1 4 6 0 1 5 5 0 m 高 程 的 缓 坡 上 ，和 石 料 场 的 水 平 距 离 约 5 0 0 m，最 小 垂 直 高 差 大 丁 5 0 0 I T I 丁 系 统 和 石 料 场 间 的 水 平 距 离 小 、垂 直 高 差 大 ， 毛 料 或半 成 品料 的运 输方 案 直 接影 响 粗 碎 年 问的 布 置方 案 在可研 、招标 和施 工等 各 阶段 ，根 据地 形 条件 ， 分 别对 粗 碎后 半 成 品料 采 用 坡 面溜 槽 、磨 河 沟 5级 胶带 机 加转 存 料 堆运 输 方 案 及采 用 竖 加 平 洲 胶带 机 运输 方 案 等进 行 了详 细 的 比较 与 完 善 ，粗 碎 乍问 最 终 布 置 于 石 料 场 下 方 约 2 1 0 0 m 高 程 的 坡 地 ，柑 碎 后 的 半 成 品 料 通 过 i 级 竖 井 及 平 洞 胶 带 机 运 至 砂 石 加 _T 系 统 的 半 成 品 料 堆 。 砂 石 加 T 系 统 除 粗 碎 年 问 布置 在 石 料 场 附近较 高 的高 程外 ，其余 的牛 产 车 间 、半 成 品 及 成 品 料 堆 等 均 分 布 于 磨 河 沟 口 两 侧 1 4 6 0 1 5 5 0 1T I 高程 的缓 坡地 ，其 中成 品料堆 场 布置 高 程 为 1 4 7 2 IT I 。 燕 子 崖 砂 石 加 _T 系 统 共 需 牛 产 4 61万 m 主 体 _ I 程 混 凝 土 所 需 的 成 品 骨 料 约 l 1 2 6万 t ，其 中粗 骨 料 约 7 8 8万 t ：工 程 所需 的混 凝 土 中约 2 8 4万 13 1 为碾 压 混 凝 土 ，要 求 成 品骨 料 中石 粉 含 量较 高 砂 r n 工 系统 的生 产 规模 需 满 足 混凝 土 浇 筑 高峰 时段 强 度 2 5万 月 的骨 料 需 要 量 。 燕 子 崖 砂 石 加 T 系 统 只 生 产 粒 径 8 0 n l i l以 F的 混 凝 土 ， 旨料 ，成 品 砂 分 为 常 态 混 凝 土 砂 和 碾 混 凝 土 砂 。 根 据 燕 子 崖 料 场 门 云 岩 的 岩 性 特 点 和 混 凝 土 骨 料要 求 ，在 系统 工艺 设 计 中采 用 厂以十法 丰 湿 法 为辅 的生产 工 艺 即 ：粗 碎 、中细 碎 和 屯轴 破 制 砂 均 采用 于 法 生产 ，棒 磨 机 制 砂 采用 湿 法生 产 。 为 提 高 石粉 的 回收率 ，系统 的筛洗 和棒 磨 机生 产 产 生 表 1 燕子崖白云岩骨料物理力学性能 水 力 发 电 2 0 1 3年 2月 保证 胶 带 机 可靠 运 行 的前 提下 ，有 效地 降 低 了设备 能耗 ，节能 降耗效 益显 著 。按 2 01 1年 8月 统计 单 位 耗 电为 0 1 8 7 5 k W h ( t k m)，综 合 运 输 单 价 为 0 4 6 8元 ( t k m) ，在 国内水 电工程 中处 于较低水 平 。 ( 2)采用 单 条 长距 离 胶带 机 ，骨料 运 输 过 程 中 产 生 的 逊 径 量 低 于 多 条 直 线 胶 带 机 组 成 的 长 胶 带 ， 骨料质 量提 高 。 ( 3 )设 备维 护 工 作量 和 同 等规 模 的胶 带机 相 比 大 为减 少 ，运行 近 3 a ，托辊 更 换 率不 到 1 ，远 优 于 国家标 准规定 。 ( 4)长距离 空 间转弯 曲线胶 带 机选 用洞 线布 置 ， 有效 地 减 少 因胶 带机 输 送 线施 工 而 造成 的对 周边 环 境 、水 土保 持 等 影 响 ，也 可 以更 有 效地 避 开 T程 区 域 附近 的 民 居村 落 ，减 少 土地 征 用 及 因其 而 产生 的 相关 政 策 处理 问题 ，社 会 效益 明 显 。利 于 运 行期 的 封 闭管理 。 ( 5 )和传统 汽车运输相 比，预期 至工程完 成 ，可 节 约费 用 约 1 3 4 0 0万元 ，经 济效 益 显著 ；且 减 少 了 大量 C O 等有害气 体 的排放 ，对环境保 护极 为有 利 。 4 结语 ( 1 )龙 开 口水 电 站 混 凝 土 骨 料 的 选 择 、砂 石 ( 上 接 第 3 1页 )最 大 向外变 形 量约 为 3 0 mm，累计 最 大 向内变 形量 约 为 4 7 ml T l 。 目前 ，基岩 内的变 形 基 本 稳 定 。 ( 3)承载 板底 部 钢 筋 应力 计 。 大多 数 测 点钢 筋 应 力表 现 为 拉 应 力 ，且 大部 分 钢 筋 应 力 值 小 于 8 0 MP a 。随 着深 槽 回填混 凝 土 的浇 筑 ，各测 点钢 筋 应 力 明 下降 。 ( 4)承 载板 内部 温 度 计 。大 部 分 温度 测 点 在 观 测 初期 受水 泥水化 热 的影 响 ，温 度急 剧上 升到 最高 ， 之后 随 着热 量 的散 发 而 逐渐 冷 却 ，使 得 各测 点 温 度 逐 渐 下 降 。 目前 ，大 多 数部 分 测点 处 的温度 呈 下 降 趋 势 但 尚未达 到稳 定温度 。 ( 5 )深 槽 岩壁 四点 式位 移 计 。侧 壁 岩体 内部 变 彤较 小 ，最大 变形量 仅 为 2 2 mr n 。 ( 6 )锚 索 测力 计 。锚索 荷 载变 化 较 平缓 ，锚 索 受 力正 常 。 ( 7)深 槽 侧壁 锚 筋 桩应 力 计 及锚 杆 应力 计 。各 测 点应 力 大多 表 现 为拉 应 力 ，在 埋 设完 成 后拉 应 力 略 有 增 大 ， 之 后 趋 于 稳 定 6 结语 龙开 口水 电站坝 基深槽 规模 大 、槽 内形 态复 杂 ， 加 工 系 统 的 规 划 和 实 施 运 行 ，前 后 历 时 已 近l 0 a 工 程 实 践 表 明 ，采 用 燕 子 崖 料 场 白云 岩 作 为 混 凝 土 骨 料 料 源 是 合 适 的 ， 白云 岩 骨 料 混 凝 上 综 合 性 能较 好 ，砂 石 加 工 与 运 输 系 统 达 到 了设 计 预 期 的 目 的 。 ( 2)采 用 竖 井 运 输 毛 料 或 者 半 成 品 ，对 竖 井 的 位 置 选 择 必 须 谨 慎 应 在 必 要 的 地 质 勘 探 数 据 支 撑 下 进 行 ， 避 免 由 于 竖 井 井 壁 的 局 部 坍 塌 使 运 输 的石 料 遭 受 污 染 ，进 而 影 响 砂 石 加 工 系 统 的 产 品 质 量 。 ( 3 )采 用 长距 离 空 间 曲线 胶带 输 送 机 运输 混 凝 土 半成 品骨料 或 成 品 骨料 等 物料 ，可 以有 效 避免 冈 兴 建 公 路 而 进 行 的 大 范 围 土 地 征 用 、土 石 方 开 挖 及 【天 【 土 石 方 开 挖 所 引 发 的 泥 石 流 等 地 质 灾 害 ( 4 )在 胶 带输 送 机 布置 时 能 合理 利 用 地 形 ，由 上 而下运 送物 料 ，则物料 运输 的能 耗将 大 幅度 降低 ， 既 避免 了物 料运 输 成本 ，也极 大 地 有利 于 节 能 、降 耗 、减排 经济 和社会效 益 均 比较 著 。 ( 5)在地 形 条件 复 杂 的西 部 水 电T 程 ，地彤 险 峻 、交 通 运 输 条 件 差 ，采 用 空 间 曲 线 胶 带 机 运 输 混凝 土骨料 等大 宗物 资 的运 输方 案是 可行 的 。 ( 责任编 辑 高 瑜 ) 且无 T 程经 验 可 循 。经 综 合技 术 经 济 比较 ，采用 跨 深槽设 置 钢筋混凝 土承载板 洞挖 全置 换混 凝 土方 案 ， 深槽 处 理 与 坝体 混凝 土 同步施 T ，较 常规 方 案 提 前 约 9个 月 发 电 ，经 济 效 益 显 著 。 i 亥方 案实施 难 度大 ，特别 是承 载板 结构 尺 寸大 、 受 力 条件 复 杂 ；承 载板 与 回填混 凝 土 接触 面 连 接 质 量 不 易保 证 防渗 支挡 结构 布 置 网难 、受荷 大 ；深 槽 两 侧 岩 壁 长 大 陡倾 角卸 荷 裂 隙 发育 ，岩 体 倒 恳 ； 槽 内 开 挖 过 程 中 岩 壁 支 护 设 计 难 度 大 。通 过 认 真 细 致 的计 算 分 析 ，并 结 合 工 程 处 理 措 施 和 实 时 监 测 ， 解 决 了深槽 处理 的关键 技术 问题 ，确 保 了T程 安 全 、 顺 利 地 实 施 参考文献 ： 1 叶建群 ，熊立刚 ，陈国 良，等 云南金 沙江龙开 口水电站河床 深槽坝基部位处理专题 报告 f R1 杭州 ：中国水电顾 问集 华 东 勘测 没计研究院，2 0 1 0 2 李德玉 ，欧 阳金 惠，涂劲 ，等 龙 开 口水电站 重力坝河床 深槽 静动力影响深入 和补充分析研 究f R 北京 ：中国水 利水 电科学 研究院 2 0 1 1 3 汪基伟 ，彭宣茂 龙 开口水电站河床 深槽处理 T群承载板 钢筋 混凝土有限元分 析研究 f D 南京 ：河海大学 ，2 0 1 1 ( 责任 编辑杨 健 )