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錦屏一級(jí)水電站混凝土骨料長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　1 前言

　　錦屏一級(jí)水電站混凝土總量約780萬m3，其中大壩、水墊塘、二道壩及泄洪洞混凝土量約680萬m3，共需混凝土成品骨料約1600萬t。其混凝土工程施工強(qiáng)度高，成品骨料運(yùn)輸任務(wù)繁重。成品粗骨料由距壩址約5km的下游左岸印把子溝人工骨料加工系統(tǒng)供應(yīng)。為了滿足錦屏一級(jí)工程高峰期混凝土澆筑強(qiáng)度的需要，必須采用合理可靠的混凝土成品骨料運(yùn)輸方案。

　　2 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的規(guī)劃

　　在工程可研設(shè)計(jì)階段，對(duì)混凝土骨料運(yùn)輸方案進(jìn)行了公路運(yùn)輸與帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)谋容^研究。公路運(yùn)輸方案，需新增裝車設(shè)施和骨料運(yùn)輸循環(huán)線公路等土建項(xiàng)目。由于受錦屏工程場(chǎng)地和交通條件現(xiàn)狀限制，骨料運(yùn)輸車輛會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)內(nèi)公路交通量超限，對(duì)交通安全存有隱患，因此公路運(yùn)輸方案會(huì)給工程建設(shè)帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)，且公路和運(yùn)輸車輛的日常維護(hù)費(fèi)用也很高。相比之下，帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方案相對(duì)獨(dú)立，受各方面影響較小，工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在技術(shù)上均可行。雖然帶式輸送機(jī)方案的土建工程和設(shè)備采購(gòu)等一次性投入費(fèi)用大，但運(yùn)行費(fèi)用大大低于公路運(yùn)輸方案。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較，兩個(gè)方案的投資費(fèi)用差別不大。為確保工程的順利實(shí)施，采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方案。

　　帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)輸能力需與砂石加工系統(tǒng)的生產(chǎn)能力相匹配。印把子溝人工骨料加工系統(tǒng)的成品骨料生產(chǎn)能力為1600t／h，為滿足工程高峰期混凝土澆筑強(qiáng)度的需要，成品骨料帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力為2500t／h，運(yùn)行期約6年，運(yùn)輸成品骨料總量約為1115萬t。其中大壩壩體工程混凝土所需的成品粗骨料約1000萬t，運(yùn)輸至高線混凝土系統(tǒng)；水墊塘、二道壩混凝土所需的成品粗細(xì)骨料約115萬t，運(yùn)輸至棉沙溝低線混凝土系統(tǒng)。

　　3 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的線路布置

　　帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的起點(diǎn)為大壩下游左岸印把子溝砂石加工系統(tǒng)成品料堆地弄出料口，高程為1710m，終點(diǎn)為大壩右岸高線混凝土系統(tǒng)骨料豎井頂部廊道，高程為l975m，兩點(diǎn)直線距離約5km，高差為265m。

　　對(duì)于帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的線路、工藝布置，本著工藝技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、高效經(jīng)濟(jì)的原則，并且充分考慮與水電站其他相關(guān)建筑物之間的相互協(xié)調(diào)，采用可行合理的線路，確保為帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的土建施工和運(yùn)行維護(hù)提供方便的條件。

　　電站工程區(qū)內(nèi)河道狹窄，兩岸山體雄厚，基巖裸露，坡陡谷窄。受工程地形條件所限，帶式輸送機(jī)線路明線布置方案較難實(shí)施，且明線布置受工程其他部位施工干擾較為突出，故將帶式輸送機(jī)系統(tǒng)線路基本都考慮布置于膠帶機(jī)隧洞內(nèi)，施工干擾較小，且運(yùn)行管理環(huán)境易封閉，對(duì)環(huán)境影響較小。

　　帶式輸送機(jī)系統(tǒng)全程采用連續(xù)運(yùn)輸。根據(jù)地形條件和場(chǎng)內(nèi)交通等因素，確定帶式輸送機(jī)線路。輸送系統(tǒng)全程由6條帶式輸送機(jī)組成，頭尾共設(shè)6個(gè)轉(zhuǎn)載站。輸送線路經(jīng)由左岸膠帶機(jī)隧洞，通過膠帶機(jī)跨江橋，再經(jīng)右岸膠帶機(jī)1號(hào)隧洞、5號(hào)公路2號(hào)隧洞、右岸膠帶機(jī)2號(hào)隧洞至大壩右岸高線混凝土系統(tǒng)1975m高程的骨料豎井頂部廊道。輸送線路的總長(zhǎng)度約5.5km，總運(yùn)輸高度約265m。其中位于雅礱江左岸的長(zhǎng)度約1.0km，下行布置，運(yùn)輸高度約-41.5m；右岸線路長(zhǎng)度約4.4km，上行布置，運(yùn)輸高度約306.5m；由跨江棧橋連接兩岸輸送線路，橋長(zhǎng)約l10m，橋面高程1666.00m。

　　在帶式輸送機(jī)線路上，左岸膠帶機(jī)隧洞、右岸膠帶機(jī)1號(hào)和2號(hào)隧洞均為新建隧洞。全線穿越了場(chǎng)內(nèi)交通2號(hào)公路隧洞、錦屏二級(jí)進(jìn)水口施工支洞、對(duì)外交通AB洞、5號(hào)公路隧洞等地下洞室，并通過新建膠帶機(jī)跨江橋?qū)崿F(xiàn)左、右岸的銜接。

　　4 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的工藝

　　帶式輸送機(jī)系統(tǒng)全程由6條帶式輸送機(jī)組成，分別為101、102、103、104、105、106膠帶機(jī)。其中101、102、104、105為普通帶式輸送機(jī)，103、106為管狀帶式輸送機(jī)。

　　為了適應(yīng)錦屏一級(jí)工程陡峻的地形條件，103、106輸送機(jī)采用管狀帶式輸送機(jī)進(jìn)行小半徑平面轉(zhuǎn)彎，這在國(guó)內(nèi)水電行業(yè)是首次使用。103號(hào)管帶機(jī)兩端直線段長(zhǎng)度分別為1143m、76m，中間為曲線段，其曲線半徑為550m，圓心角為400。106號(hào)管帶機(jī)兩端直線段長(zhǎng)度分別為40m、739m，中間為曲線段，其曲線半徑為450m，圓心角為450。選用這兩條管狀帶式輸送機(jī)，充分利用了管狀帶式輸送機(jī)可實(shí)行平面轉(zhuǎn)彎的特點(diǎn)，解決了膠帶機(jī)線路布置的銜接問題，使得整個(gè)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)線路順暢，也減輕了土建隧洞工程的施工難度。此外，管狀帶式輸送機(jī)比普通輸送機(jī)提升角度大，具備更強(qiáng)的爬坡能力。能更好地適應(yīng)錦屏陡峻的地形條件。

　　長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵部件主要是輸送帶和驅(qū)動(dòng)裝置。

　　根據(jù)輸送物料的性質(zhì)，輸送帶的覆蓋層材料應(yīng)該具有很好的防切割性和耐磨蝕性。錦屏一級(jí)成品骨料長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)輸送帶全采用鋼絲繩芯輸送帶，安全系數(shù)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不小于7，輸送帶的上、下覆蓋輸送帶厚度不得小于6mm。管狀帶式輸送機(jī)采用專用鋼絲繩芯輸送帶，能滿足運(yùn)行條件下的剛度和柔性要求。輸送帶不僅有良好的荷載支承性和成槽性，還保證輸送機(jī)運(yùn)行中輸送帶的成管性、成管的保持性良好；管狀帶式輸送機(jī)輸送帶的彈性和抗疲勞性能要求更高，能滿足工況變化的要求。

　　對(duì)于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高帶速的帶式輸送機(jī)，采用何種起動(dòng)方式尤為重要。近年來國(guó)內(nèi)外所采用的先進(jìn)、可靠的主要軟起動(dòng)方式有CST和變頻調(diào)速等多種方式。CST是專為重載帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)電液一體化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用機(jī)械方式控制帶式輸送機(jī)起動(dòng)和制動(dòng)過程中的加、減速度，不受載荷的影響，有足夠長(zhǎng)的起動(dòng)和停車時(shí)間，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊；可降低帶強(qiáng)；并具有過載控制、負(fù)載平衡和輸送帶張力控制等功能，可以延長(zhǎng)帶式輸送機(jī)的使用壽命。變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)是通過改變供電頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)及運(yùn)行過程的軟控制，起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行。在錦屏一級(jí)成品骨料長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中，除了長(zhǎng)度較短的102、105膠帶機(jī)，其余長(zhǎng)膠帶機(jī)均采用CST或者變頻軟起動(dòng)，保證了膠帶機(jī)的可靠運(yùn)行，使用壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單。帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

　　5 土建工程設(shè)計(jì)

　　在帶式輸送機(jī)線路上共新建3條膠帶機(jī)隧洞、1座膠帶機(jī)跨江棧橋，以及棉沙溝4號(hào)轉(zhuǎn)載站、道班溝5號(hào)轉(zhuǎn)載站兩個(gè)露天設(shè)施工程。

　　根據(jù)膠帶機(jī)隧洞內(nèi)鋪設(shè)帶式輸送機(jī)的型號(hào)、帶寬，檢修人行道的寬度，檢修車輛的型號(hào)，以及設(shè)備與隧洞輪廓之間的安全間隙，確定隧洞采用城門洞形。左岸膠帶機(jī)隧洞的典型斷面尺寸為4.5m×4.0m(寬×高)，右岸膠帶機(jī)隧洞的凈斷面尺寸為4.5m×5.0m(寬×高)。隧洞均采用系統(tǒng)噴錨支護(hù)，局部混凝土襯砌。

　　104膠帶機(jī)設(shè)置在工程場(chǎng)內(nèi)5號(hào)公路2號(hào)隧洞內(nèi)。5號(hào)公路2號(hào)隧洞凈空高7．88m，汽車運(yùn)輸凈空界限高度5m。在保證隧洞行車空間的前提下，在隧洞5m凈高以上的頂部用鋼梁搭設(shè)機(jī)道，合理利用了公路隧洞，縮短了土建工程的工期。

　　膠帶機(jī)跨江棧橋?yàn)閼宜鳂?。兩岸錨碇均采用洞錨，左、右岸共設(shè)置4個(gè)錨洞，錨洞內(nèi)設(shè)鋼筋混凝土支墩，用于固定主纜和傳力。橋面的主跨主梁采用貝雷式桁架。為控制主跨橫橋向位移，在橋上、下游兩側(cè)均設(shè)風(fēng)纜，風(fēng)纜上設(shè)置調(diào)節(jié)長(zhǎng)度裝置，使棧橋的橫橋向位移不大于100mm，以保證橋上的膠帶機(jī)安全運(yùn)行。河道兩岸山體陡峻，右岸為近直立的裸露巖質(zhì)邊坡，依靠江邊的勘測(cè)便道施工，施工難度大。

　　由于4號(hào)、5號(hào)轉(zhuǎn)載站均設(shè)置于露天，且占地面積較大，可能影響現(xiàn)有的場(chǎng)內(nèi)公路的通行。解決好轉(zhuǎn)載站與現(xiàn)有場(chǎng)內(nèi)公路和其他設(shè)施之間的協(xié)調(diào)問題，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在場(chǎng)地條件極其惡劣的情況下，通過一定代價(jià)的工程處理措施，才滿足了轉(zhuǎn)載站的布置要求。以棉沙溝4號(hào)轉(zhuǎn)載站為例，該轉(zhuǎn)載站位于右岸膠帶機(jī)1號(hào)隧洞出口，該部位是場(chǎng)內(nèi)3號(hào)公路1號(hào)隧洞、5號(hào)公路1號(hào)隧洞、5號(hào)公路2號(hào)隧洞的交匯處，山體陡峻，坡面淺表巖體較為風(fēng)化破碎，分布有較多的危巖體。根據(jù)4號(hào)轉(zhuǎn)載站的布置輪廓，盡量將開挖坡度加大，以減小開挖范圍，減小對(duì)山體的擾動(dòng)。對(duì)邊坡開口線以外的山體采取隨機(jī)錨索、錨桿支護(hù)和主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行加固和防護(hù)；開口線內(nèi)采取了部分錨索和系統(tǒng)噴錨的方式對(duì)開挖邊坡面支護(hù)。以上各項(xiàng)措施解決了4號(hào)轉(zhuǎn)載站施工期和運(yùn)行期的人員與設(shè)備安全問題。

　　6 結(jié)束語

　　大型水電工程的大壩等水工建筑物混凝土工程量巨大，選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的混凝土骨料運(yùn)輸方案，對(duì)工程造價(jià)和環(huán)保有著舉足輕重的意義。2002年以前，水電工程混凝土成品、半成品骨料輸送，運(yùn)距大于2km，一般采用自卸汽車公路輸送方式。近年來隨著世界燃油價(jià)格不斷上漲，自卸汽車輸送骨料的經(jīng)濟(jì)性在不斷降低。對(duì)于料場(chǎng)到壩區(qū)距離相對(duì)較遠(yuǎn)的大型水電工程，采用長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)輸送骨料就成為了一種合理的選擇。

　　由于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)具有輸送能力高、運(yùn)行連續(xù)可靠、節(jié)能環(huán)保、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，在輸送能力高、輸送總量大、運(yùn)距適中的大型水電工程項(xiàng)目上采用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但對(duì)于高山峽谷地區(qū)的水電工程，長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)運(yùn)輸混凝土骨料需穿越高山、河谷、陡坡、深溝等復(fù)雜地形，土建工程受地形條件和工程場(chǎng)內(nèi)交通等條件的限制，施工較困難，土建施工戰(zhàn)線長(zhǎng)，地質(zhì)條件十分復(fù)雜，給設(shè)計(jì)工作帶來一定的難度。

　　目前錦屏一級(jí)成品骨料長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)已正式投入使用，取得了較好的運(yùn)行效果。帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的成功運(yùn)用，為高山峽谷地區(qū)水電工程的骨料運(yùn)輸方案積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。