某水电站当卡料场土料运输方案研究

吕 卫，苏元舟

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

1 概 述

1.1 工程概况

双江口水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州马尔康市金川县境内，为大渡河干流第5个梯级电站，是大渡河上游控制性水库电站工程。工程开发任务以发电为主，水库正常蓄水位2 500 m，水库总库容为28.97亿m3，具有年调节能力。电站装机容量2 000 MW，多年平均发电量约77亿kW·h。

工程枢纽建筑物主要由砾石土心墙堆石坝、右岸洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、左岸竖井泄洪洞、左岸地下引水发电系统等建筑物组成。

拦河大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高312 m，为目前世界上已建、在建的第一高坝，坝顶高程2 510.00 m，大坝填筑总量约4 500万m3，其中心墙砾石土476.32万m3，接触黏土15.06万m3，心墙防渗砾石土料采用下游当卡料场的天然土料掺入人工加工的砾石料混合形成的砾石土，黏土与砾石掺配比为55:45（重量比）。

1.2 防渗土料场概况

大坝砾石土心墙掺合土料采用当卡料场土料。当卡土料场位于坝址下游约9 km的大渡河右岸拔河高度约210 m的斜坡上，面积约0.838 km2，分布高程2 420.00～3 040.00 m，相对高差约600 m，地形坡度约30°。

该料场具二元结构。上部为黄色粉质黏土层，厚1.0～16.52 m（表层耕植土厚0.5～0.8 m），含少量角砾，结构较密实，有用层总储量约497.4万m3，无用层约72.2万m3；下部为冰碛块碎石土。

该料场黄色粉质黏土平均天然密度为1.74 g／cm3，干密度 1.52 g／cm3。颗粒组成中，粒径大于60 mm的砾石含量为2.1%；粒径60～2 mm的砾石含量为5.4%；粒径2～0.075 mm砂含量为9.8%；粒径小于5 mm颗粒含量为94.0%；粒径小于0.075 mm细粒含量为82.6%；粒径小于0.005 mm黏粒含量为21.0%，属低液限黏土。

该料场土料其防渗抗渗性能可达到规程规范要求；但大于5 mm颗粒含量较低，需掺入粗料以提高其压缩模量、抗剪强度。

2 可行性研究阶段当卡土料场运输方案研究

2.1 运输方案

当卡料场有用料开采范围高差约600 m，在2007年可行性研究阶段，对公路汽车运输方案、胶带机运输方案、索道运输方案进行了技术经济比较。胶带机运输方案技术条件受限，长距离大倾角下运技术保证措施缺乏可靠性，初步考虑在当卡料场上游端布置10条胶带机。胶带机全长3 118 m，最大纵坡13.5°，但倒运次数多、运行条件差。索道运输方案单条运输强度低，难以满足大坝高强度填筑施工需要。经比较，采用常规的公路汽车运输方案作为当卡料场运输方案。

结合料场地形地质条件，当卡土料场拟采用2 m3正铲立面开采土料、180HP推土机辅助集料、15 t自卸汽车运输至料场下方根扎掺合场的常规开采运输方式。

2.2 运输道路布置

料场运输道路采用“一干多支”的布置型式，共布置一条干线、六层支线公路。料场运输干线自料场下方根扎大桥2号公路接线，经根扎村后缘通过回头曲线展线上行，至土料场顶部约2 950.00 m高程，道路标准采用矿山三级公路，荷载等级为汽-40，路面宽度为8 m，道路全长10.7 km，平均纵坡为6.78%。料场六层支线公路接线高程分别为2 835.00 m、2 740.00 m、2 690.00 m、2 635.00 m、2 575.00 m和2 520.00 m，料场公路总长约9.75 km，路面宽度为8 m。

3 当卡料场土料运输深化研究

3.1 必要性

当卡料场有用料区域高差约600 m，为满足土料运输需要，需新建道路约20 km，该方案存在以下问题：

（1）料场自然边坡约30°，且均为覆盖层边坡和土质路基，在料场内大规模修建道路有一定难度，且存在路基挡墙和边坡稳定的问题。同时，由于边坡较陡，施工中水保、环保风险较大。

（2）料场场内开采支线运输道路布设在开采区内，干线运输道路也不能完全避开有用料开采区，道路的修建势必造成有用料的浪费和无用料的增加，致使工程投资增加，甚至增加料场数量。

（3）料场干线运输道路约11 km，受地形条件制约，道路展线布置困难，回头弯多且坡度大（6.78%），汽车重车连续陡坡下运，尤其是雨季安全风险极大。

为加快推进双江口工程建设，规避当卡料场公路汽车运输方案的风险，需对当卡料场的运输方式进行深化研究。

3.2 可行性

近年来，矿山、煤炭、电力行业采用胶带机运输物料的技术得到长足发展。在水电行业中，岩滩水电站采用胶带机运输砂石骨料，瀑布沟水电站黑马料场采用大倾角胶带机运输土料，向家坝水电站采用超长胶带运输系统运送砂石骨料，都促进了胶带机运输技术在水电工程的发展。在此基础上，通过广泛调研各行业胶带机使用情况，开展了当卡料场长距离大倾角胶带机运输方案的专项科研。通过论证并经国内外专家咨询，采用“U型深槽皮带、变频驱动和制动技术、皮带机上料限载技术”可以满足当卡土料长距离大倾角下运的要求。

3.3 研究成果

（1）当卡料场自然坡度较大，胶带机布置既要易于开采设备向胶带机供料，也要利于开采设备布置，减少占压有用料开采区域，满足高强度供料要求。结合料场地形条件，依托场内中部的一条小冲沟布设系统，可以同时满足4台开采设备向胶带机供料。经多线路比较，推荐采用“一条胶带机分两段布置在料场中部”的布置方案，其中1号胶带机将土料从2 924.00 m高程运输至2 470.00 m高程，2号胶带机运至料场下方2 282.00 m高程。1号、2号胶带机设计参数见表1。

表1 1号、2号胶带机设计主要参数

（2）大坝填筑对心墙防渗土料的最大需求强度19.7万m3／月，考虑掺合比例及各种损耗后，计算胶带机输送强度为850 t／h。根据运输料物粒度小、磨琢性小和运量大的特点，综合考虑宜选用高速皮带，胶带宜选用抗拉性能好、成槽性好、弹性伸长小、使用寿命长的钢绳芯胶带。

4 结 论

（1）受地形条件限制，当卡土料场采用常规的公路汽车运输方式是可行的，但由于道路布设难度大、环水保风险大、汽车连续重车下坡安全问题突出、有用料浪费较大，因此对料场运输方案进行深化研究是必要的。

（2）通过专项科研研究，当卡料场采用长距离大倾角下运胶带机方案运输土料是可行的。该方案减少了大量公路修建带来的相关问题，仅采用约2 000 m的胶带输送机替代十几公里的公路运输，大大缩短运距，工程效益十分明显。

（3）在解决料场运输这个关键环节的基础上，经过进一步的研究论证，采用自动化机械掺合设备进行土料和砾石料的自动化掺合，实现了工程防渗心墙料的胶带机连续运输、自动化掺合、自动化调节含水率；系统智能化控制了土料生产流程，减少了工程占地；提高了掺合料的质量，节约了工程投资，实现了土料生产全过程控制，为建设智慧双江口工程奠定了基础。