瀑布沟水电站砾石土筛分系统的研究与应用
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摘 要 砾石土心墙坝属于土石坝的一种，由于筑坝材料取自当地，可节省水泥、钢材和木材；对坝基工程地质条件要求比其他坝型低：抗震性能较好等优点得以推广。瀑布沟电站大坝砾石土料筛分系统的成功研制解决了国内砾石土料筛分这一难题，这将有利于砾石土心墙坝这一坝型在国内的推广。
中图分类号TV5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）71-0137-02
1 概述
瀑布沟水电站位于四川省西部大渡河中游汉源县和甘洛县境内，是以发电为主，兼顾漂木，防洪的综合利用水利水电工程，也是距四川省腹地最近的一座具有大水库的水电站。坝址区现通铁路和公路，下游7km处有成昆铁路和乌斯河车站，交通方便。枢纽由高186m的直心墙土石坝、表孔溢洪道、二条泄洪隧洞、左岸地下厂房系统、过木机道隧洞及右岸放空隧洞组成，厂房安装6台55万kW的水轮发电机组，拦河大坝就近采用砾质土作心墙防渗料，建在70m深的砂砾石覆盖层上，用混凝土防渗墙作为基础防渗，其技术处于世界先进水平。
瀑布沟水电站大坝坝体为砾石土心墙堆石坝，坝顶高程为856，最大坝高为186m，总填筑工程量约?2 227万m3，其中心墙砾石土料为298.66万m3（压实方）。心墙所需砾石土全部来自黑马料场。大坝防渗体由宽级配砾石土和高塑性粘土组成。高塑性粘土布置于心墙685m高程以下和砾石土与两岸混凝土面板相接处，宽3m；砾石?土最大底宽98m，顶宽4m，上下游坡比度均为1：0.25。
黑马料场砾石土的分布：
黑马料场位于坝址上游右岸15km的黑马沟内，为洪积、坡积和冰川沉积形成的宽级配砾石土。大坝心墙砾石土料填筑总量为298.66万m3（压实方）、折算成需在黑马料场挖取385.45万m3（自然方）；根据地质资料黑马Ⅰ区砾石土料有效储量270万m3（自然方），黑马0区砾石土料有效储量183.8万m3（自然方），黑马Ⅰ区和黑马0区砾石土料共计有效储量453.80万m3（自然方），有效储量为需要量的1.18倍，黑马Ⅰ区和黑马0区砾石土料能满足心墙砾石土料填筑总量要求。
2 砾石土筛分系统布置及设计
2.1筛分系统布置
根据现场实际筛分系统设计建造在黑马料场里，这样便于输送。筛分系统的工艺流程为：20t自卸汽车运输一次筛分条筛（筛去＞150mm的大料）料斗皮带机振动筛（Ⅰ区砾石土筛去＞80mm大料，0区筛去＞60mm大料）。
瀑布沟水电站黑马料场砾石土筛分系统由一次筛分和二次筛分组成，一次筛分由3组条筛、料斗、皮带机、支承系统组成，其相互中心距离为20m。二次筛分由3组震动筛、皮带机、支承系统组成，其相互中心距离为20m。一次筛分支承系统布置在1 342.5高程，二次筛分支承系统布置在1339高程，两个系统基本条件如下：
1）一次筛分条筛上端安装高程1 352.5；
2）料斗支承柱安装高程1 342.5，支承柱为四柱正方形布置，两柱中心距为4 948mm；
3）二次筛分震动筛支承柱安装高程1 339，支承柱为五柱支承，支承柱长度轴线与X轴夹角为27°；
4）两个筛分系统的荷载如下
一次筛分系统每组总荷载65t，该荷载通过支承系统作用于1 342.5平台。
二次筛分系统每组静荷载为35t，震动荷载为20t，两种荷载均通过支承系统作用于1 339平台。
二次筛分主要是由跟振动筛分厂家合作研制的砾石土振动筛组成。振动筛3台，满足生产通过粒径小于80mm和60mm的砾石土料的要求。
其筛分工艺布置图为：
筛分系统工艺布置图
2.2筛分系统的计算
根据黑马料场的砾石土分布情况、开采量及开采强度，为与大坝填筑工期相匹配，筛分系统的最大生产率定为1 000t/h。筛余系数取90％，汽车运输损耗3％～6％，拟采用20吨自卸车对筛分供料。
每小时过筛方量应为：1 000/0.9=1 111（t）；
每小时卸车数量应为：1 111/（1-0.06）×20≈56（车），取60（车）。
自卸车的行驶速度按20km/h考虑,然后加上汽车上下料及定位时间，单台车一个来回所需时间约为20min，若要达到每小时卸车60车，则需要投入20台20吨的自卸车。
受到受料仓的出口尺寸及倒料作业时间及其他因素的影响，拟定3套筛分系统能满足生产强度。单台条筛尺寸为4.5m×6m（长×宽），筛条由15#轻型钢轨加工制作而成。经过筛分试验后，筛条间距定为150mm，满足筛除粒径大于150mm的砾石土。振动筛上料皮带3条，每条皮带带宽为800mm。振动筛3台，满足生产通过粒径小于80mm的砾石土料的要求。Ⅰ区开采完毕后，再将振动筛格条之间间距调为满足砾石土料粒径60mm所要求的间距。
3 筛分系统的技术创新
为得到合格的砾石土料，自行研制了条筛，并与筛分厂家配合改制了通用的振动筛。
国内对砾石土筛分的参数几乎没有资料，条筛的布置、安装角度的的选择、间距、可变孔径筛孔的选择都是未知，为此专门做了多次试验。最终将条筛定为15#轻型钢轨制作，筛条间距为150mm，将轻型钢轨倒置，以筛孔免卡石头，条筛安装角度为30°～35°。经过条筛后的砾石土料通过皮带机输送到专用振动筛进行再次筛分。可以得到粒径小于80mm或者60mm的砾石土料。通过改进筛面，采用双振幅能够有效得到大坝设计要求的物料。
4 应用情况
瀑布沟电站大坝砾石土料筛分系统的应用属于新技术应用型科技项目，为国内首创，是确保瀑布沟电站大坝填筑的一个重要设备。瀑布沟水电站砾石土筛分系统投产后，达到了预期的效果，保证了砾石土料的连续输送，为整个大坝浇筑工程的进度提前奠定了坚实的基础。保证了瀑布沟水电站提前发电。
5 结论
大方量的砾石土筛分在我国是首次设计和应用，本项目的创新点是：通过科学计算、试验研究以及模拟现场试验，掌握了用于砾石土筛分的条筛孔径、长度、倾角、断面形式及振动筛的孔径、振幅、振动频率、振动倾角等参数。砾石土料的筛分技术系国内空白，该技术处于国内领先水平。该应用成果在砾石土料的筛分领域填补了国内空白，对加快进度和节省工程投资，提高经济效益有着十分重要的意义，具有较高的推广应用价值。
参考文献
[1]四川.瀑布沟水电站工程大坝填筑施工手册[M].2007，2.
[2]张钺.新型带式输送机设计手册[M].北京：北方工业出版社，2001.
[3]破碎与筛分机械设计选用手册[M].化学工业出版社，2001.