锦屏二级电站厂区枢纽低线混凝土拌和系统预冷方案及平面布置优化.doc

锦屏二级水电站厂区枢纽低线混凝土拌和系统预冷方案对比及平面布置优化
梅春晖 张中桥 兰国原
（葛洲坝集团第二工程有限公司、葛洲坝股份有限公司勘测设计院）
【内容提要】 本文简要描述了锦屏二级水电站厂区枢纽低线混凝土拌和系统概况，并对投标时预冷方案经济技术对比、投标与实施两阶段的平面布置原则和具体方案异同进行了详细阐述，从而得到经济可行的预冷方案和优化的平面布置方案。
【关键词】低线混凝土拌和系统 预冷方案 对比 平面布置 优化

锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，是雅砻江干流上的重要梯级电站。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成，为一低闸、长隧洞、大容量引水式电站。地下发电厂房位于雅砻江锦屏大河弯东端的大水沟，四条引水隧洞穿过锦屏山连接闸坝与厂区枢纽。厂区枢纽工程主要由上游调压室、高压管道、地下厂房系统、尾水隧洞、尾闸室以及尾水出口等建筑物组成。
根据施工总布置，低线混凝土生产系统布置在低线公路旁规划的D区场地内，同时生产常态混凝土、泵送混凝土和纤维混凝土，混凝土级配为三级配，主要担负地下厂房及尾水隧洞等工程混凝土生产任务。根据本标混凝土浇筑施工安排，低线混凝土生产系统生产能力按满足月混凝土浇筑强度2.4万m3设计，即设计生产能力为常规混凝土72m3/h，低温混凝土出机口温度16℃，预冷混凝土60m3/h。故选用一座HL115-3F1500A型双锥自落式混凝土搅拌楼，采用3×1.5m3双锥自落式搅拌楼拌制常态混凝土及温控混凝土，其夏季混凝土出机口温度控制为16℃，生产能力60m3/h。
一、预冷方案对比
该系统由葛洲坝集团独立设计、施工、运行，设计时对混凝土预冷方案进行了如下对比：
方案一：片冰＋冷水拌制的生产工艺
骨料初始计算温度取23℃，制冷量利用率最高可达90%以上，取95%；经过计算，总制冷量达到75万Kcal/h（标准工况），片冰＋冷水拌制的生产工艺就能够满足温控混凝土生产要求。其混凝土出机口温度计算表格如下：
材料名称
平均进料温度(℃)
重量kg/m3
比热kcal/kg*℃
制冷量利用率
机械热kcal
水泥
40
182
0.22

436
水
4
40
1

粉煤灰
40
41
0.2

外加剂
23
7.58
0.9

砂表水
23
1.04
0.9

砂
23
721
0.2

小石
23
428
0.22

中石
23
485
0.22

大石
23
514
0.22

特大石
23
0
0.22

冰
-5
55
0.5
0.95
混凝土出机口温度
15.34245355℃
其生产工艺的优、缺点如下：
优点：制冷量利用率高，可达90%以上。
缺点：1、由于骨料和砂的含水率变化，一般情况只能将混凝土降低4-5℃；且须有一定的冷水量才能将外加剂稀释到混凝土中。以上两因素使加冰受到一定的限制。
2、加冰单元设备造价较高；冰库需消耗冷量，且随送冰工艺变化而变化。
3、土建工程量大。本工程由于场地限制，布置制冰系统较为困难。如果采用气力输送，制冷量利用率就不能达到90%以上，也将加大投资。
方案二：冷风+冷水拌制的生产工艺。
骨料初始计算温度取23℃，风冷部分制冷量利用率约70%，取70%；经过计算，总制冷量达到75万Kcal/h（标准工况冷风＋冷水拌制的生产工艺就能满足温控混凝土生产要求。其混凝土出机口温度计算表格如下：
材料名称
平均进料温度(℃)
重量kg/m3
比热kcal/kg*℃
制冷量利用率
机械热kcal
水泥
40
182
0.22

436
水
4
105
1

粉煤灰
40
41
0.2

外加剂
23
7.58
0.9

砂表水
23
1.04
0.9

砂
23
721
0.2

小石
11
428
0.22

中石
10
485
0.22

大石
10
514
0.22

特大石
23
0
0.22

冰
-5
0
0.5
0.95
混凝土出机口温度
15.36683906℃
其生产工艺的优、缺点如下：
优点：1、冷风+冷水只消耗冷风、冷水，不消耗其它冷量。
2、安装简单、运行维护方便，制冷设备单元造价低，温控效果保障性好。
3、混凝土降温冷风量不随骨料和砂的含水率变化而变化。
4、对于浇筑特殊部位需要的低温混凝土，在降低产量的情况下可以确保温控要求，这是加冰方式做不到的。
5、土建造价低，只增加料仓保温工程量和冷风机平台结构工程量。相比加冰方式，土建和设备造价低50%（估算价）。
缺点：1、风冷部分制冷量利用率较制冰方式低
2、由于骨料的料位随时变化，运行中要确保冷却所需料位，骨料输送过程要与拌和楼料仓料位联控。
通过以上经济技术比较，混凝土温控方式采用风冷+冷水方式较经济可行。
二、平面布置优化
（一）、投标方案
低线混凝土生产系统布置于右岸地下厂房下游约800m处低线公路旁，其搅拌楼地面高程约1347.00m，采用自卸汽车或混凝土搅拌车运输混凝土至各浇筑受料点。按工艺设计，混凝土拌和系统布置有混凝土搅拌楼、骨料储运系统、水泥和掺合料储运系统、制冷楼、外加剂房、压缩空气站、试验室、调度室、地磅站、综合楼、配电室等。
根据施工场地规划和实际地形情况，规划的系统场地D区仅为6000m2的狭长地带，且山势陡峭。若将系统的所有设施布置在地面规划的区域内，不仅开挖工程量、边坡支护量大，边坡稳定难以控制，对环境破坏也非常严重。因此系统布置采取的措施是：通过方案比较优化和经济分析，系统布置在低线公路旁，但该道路也是场内唯一一条施工道路，既要保证道路的交通畅通，又要保证系统施工的顺利进行，故在搅拌楼所处的1347.00m高程平台四周尽量向山体侧开挖，减少对公路的干扰，形成场地，布置水泥和掺合料储运系统、制冷楼、外加剂房、压缩空气站、试验室、调度室、地磅站、综合楼、配电室等。
图一、 投标阶段平面布置图
系统中的水泥和掺合料储运系统位于搅拌楼下游（按雅砻江流向分，以下同）约15-40米靠山体处；制冷楼位于搅拌楼上游约5-15米靠低线公路旁。而骨料储存系统中的骨料仓为尽量利用自然高差满足生产工艺要求，采用钢筋混凝土结构的方形竖井布置在山体内，骨料竖井横断面10×10m，罐高14m，总活容积5000m3，能满足高峰月浇筑强度3天的需要，距搅拌楼约45-85米，其布置走向基本与低线公路垂直；受料仓位于搅拌楼下游约160-165米靠山体处（详见图一）。
（二）、实施方案
在工程实施中，经过现场踏勘，发现规划的系统场地D区旁的山体不但山势陡峭，而且存在一个较大的滑坡体，一旦开挖扰动过大，后果将不堪设想，故调整方案即在减少山体边坡开挖和支护的同时，系统中的骨料储存系统、水泥和掺合料储运系统、制冷楼、外加剂房、压缩空气站、试验室、调度室、地磅站、综合楼、配电室等沿低线公路大致成一条线布置，占用一部分公路路面，公路向江边扩展，边坡进行适当支护（详见图二）。其中骨料储存系统中的骨料仓为尽量利用自然高差满足生产工艺要求，改为采用长方形钢筋混凝土仓(长×宽×高：50×3×12m)，总容积1800m3，顺路布置在搅拌楼下游约106-156米靠山体处；受料仓(长×宽×高：24.3×3.2×3m) ，总容积约240m3，位于搅拌楼下游约210-230米靠江边处；水泥和掺合料储运系统位于搅拌楼下游约37-65米靠山体处；制冷楼位于搅拌楼下游约20-30米靠山体处。
图一、 实施阶段平面布置图
通过以上优化，不但减少山体边坡开挖和支护工程量，而且减小了施工难度、加快了施工进度，但也存在一些问题：骨料仓总容积较小，只能满足高峰月浇筑强度1天的需要，且死区容积较大，浪费料源；边坡防护虽采用了SNS滚石拦截系统，但不稳定的滑坡体体积大，仍存在较大安全隐患等。这些都需要在系统运行中得到检验。