雅砻江锦屏二级水电站工程TBM大理岩毛料加工人工骨料的质量分析

于世军

【摘 要】雅砻江锦屏二级水电站工程东端砂石骨料生产系统利用施工排水洞、引水隧洞TBM大理岩毛料加工人工骨料，由于受来料质量影响和系统工艺自身等原因，所生产的人工骨料质量难以满足施工规范要求。本文通過对TBM大理岩毛料质量、骨料生产加工在相关环节的试验数据进行统计分析，对人工砂石粉含量偏高和细度模数不稳定，粗骨料中、小石针、片状颗粒含量超标的主要问题，提出相应改进意见和建议。

【关键词】TBM毛料 大理岩 粗骨料整形 干法去石粉工艺 人工砂质量

1 概述

雅砻江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湾上。电站利用雅砻江锦屏大河湾的310m天然落差，截弯取直开挖隧洞引水发电，隧洞最大埋深2500m，开挖洞径大于12m，装机4400MW，多年平均年发电量249.9亿kW.h。

锦屏二级水库具有日调节性能，与锦屏一级同步运行同样具有年调节特性。

锦屏二级水电站工程属大型工程，工程等别为一等，永久性主要建筑物为1级建筑级。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水发电系统、尾部地下厂房三大部分组成，为一低闸、长隧洞、高水头、大容量引水式电站。

主体工程于2007年1月开工建设，计划2013年第一台机组发电，2015年全部建成。

锦屏二级水电站东端砂石加工系统主要负责电站东端工程所需的砂石料生产加工任务，共需生产成品粗、细骨料约520万t。系统满足混凝土高峰浇筑强度9.2万m3/月，砂石系统毛料处理能力800t/h，成品料生产能力636t/h，其中成品砂232t/h，石粉56t/h。

东端砂石骨料生产系统采用的是干式生产法，系统自投产以来，由于受原料特性和系统工艺自身等因素的影响，其生产的人工骨料质量难以满足施工规范要求。本文通过对TBM大理岩毛料质量、骨料生产加工的相关环节的试验数据进行统计分析，对人工砂石粉含量偏高和细度模数不稳定，粗骨料中、小石针、片状颗粒含量超标等主要问题进行探讨。。

2 施工排水洞TBM大理岩毛料的质量分析

通过对施工单位提供的施工排水洞TBM大理岩毛料的试验结果进行统计分析显示，毛料中大于5 mm的颗粒含量，即可用于生产粗骨料（5～20mm、20～40mm碎石）的毛料约占70%左右；可用于生产人工砂的毛料约占30%左右。

考虑到骨料生产时对毛料再次加工破碎，预计最终可用于生产粗骨料的毛料约占60%左右，可用于生产人工砂的毛料约占40%左右。

试验结果还显示，毛料中的块石基本为针片状，或类针片状。由于毛料破碎率较高，<5mm颗粒的石粉含量高，约占其质量的50%左右，且波动较大；<5mm颗粒的含水率及其波动也较大。

由于可用于生产粗骨料的毛料大部分呈针片状或类针片状，因而造成生产出的粗骨料中针片状颗粒含量较大，一般都超出了《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）的规定。

粗骨料中较多的针片状颗粒含量，对于该工程隧洞衬砌使用的泵送混凝土施工十分不利，泵送混凝土对所使用的粗骨料针片状颗粒含量，一般要求以不大于10%为宜。针片状颗粒含量较多，也使粗骨料的空隙率和比表面积增大，使混凝土配合比的砂率和用水量增大，因而对混凝土拌合物的和易性、强度、体积稳定性等性能都将产生不利影响。

由于可用于生产人工砂的<5mm的颗粒毛料中，石粉含量和含水率及其波动均较大，再加上毛料需经过破碎、筛分所产生的石粉，叠加后又增大了其石粉的含量，且该生产系统采用的制砂工艺为干法去石粉制砂工艺，使得生产出的人工砂石粉含量较大且不稳定，一般都超出了《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）的规定。由于石粉含量偏多，也使人工砂的细度模数偏小，颗粒级配偏差。

人工砂石粉含量及其波动较大，将给混凝土拌合质量的控制带来较大困难。同时也增大了混凝土单方用水量，增加了混凝土工程的造价及温控成本；硬化后的混凝土将产生较大收缩变形，增大了裂缝的机率，降低其耐久性和结构安全等不良后果。

综上分析，不宜将施工排水洞TBM大理岩毛料作为加工人工骨料的原料。至于该工程1#、3#引水隧洞的TBM运行后（该TBM较施工排水洞所用的TBM类型较大），洞挖施工所产生的毛料是否可作为加工人工骨料的原料，尚需试验论证后再做定论。

3 使用的TBM大理岩毛料生产的人工骨料的质量分析

TBM洞挖施工产生的大理岩主要为粗晶体岩石，毛料的破碎率高，石粉含量多且不稳定，毛料中<5mm颗粒的含水率及其波动也较大。毛料中的块石质量粒形差，针片状或类针片状颗粒含量较多。与该工程采用干法去石粉工艺制砂，人工砂石加工系统没有粗骨料整形设施，所生产的成品人工砂石粉含量较大，且含量不稳定；粗骨料针片状颗粒含量大的质量问题较为突出。

为此，通过不分料源对该系统内各具有代表性的不同生产地点的毛料、破碎料、半成品料和成品人工砂的细度模数、石粉含量、含水率等指标进行大量取样试验分析。

结果显示，毛料或用于风选的人工砂的原料含水率及其波动大时，所生产的人工砂的石粉含量及其波动也相应较大；不考虑制砂毛料含水率的情况下，不同岩性的原料对所生产的人工砂的含粉含量影响不大，但阴、雨天对制成的人工砂的石粉含量影响大。因而认为，控制减少用于生产人工砂的毛料和原料的石粉含量和含水率，并保证其相对稳定，是确保人工砂生产质量的关键所在。

鉴于毛料含水率的大小受TBM施工原因和天气及运输等因素的影响，且这些因素又是难以避免的，而只能在骨料加工过程中的某环节加以控制，因而在预筛分车间将含水率大且不稳定的小于40㎜的半成品料弃掉，将含水较小且稳定的大于40㎜的块石保留，并作为加工砂石骨料的毛料（当然，这样不经济，但为了保证骨料质量，这可能是比较切实有效的措施）。其理由是通过对该系统6#及7#胶带机上的毛料试验数据对比显示，6#胶带机上的毛料为经过预筛的小于40mm粒径颗粒的毛料，其含水率和石粉含量均受来料质量的影响，含量及波动均较大，用该料生产的骨料质量难以控制；而7#胶带机上的毛料为经过预筛分的大于40mm粒径块石，用该料生产的骨料质量基本符合规范要求且较稳定。

对进入超细碎车间之前的毛料（用于加工砂子和5～10㎜粗骨料的毛料）采取了加设防雨蓬和延长堆存时间及增大堆料容积的措施，以使该毛料的含水率变小并保持相对稳定。这样做的理由是基于对制砂车间进出料的石粉含量及含水率的试验结果分析得出的结论。即在晴天生产的情况下，其含水率及石粉含量可控，波动也较小（在1.5%左右）；在阴、雨天其含水率和石粉含量均增大，且石粉含量波动较大（约21.1%）。

另外，为解决因TBM大理岩毛料针片状颗粒含量多，造成粗骨料针片状颗粒含量超标的问题，在洞外连续带式输送系统进东端砂石加工系统的端头设置了毛料整形设施，达到了很好的效果。

4结语

通过采取一系列措施，有效地降低和稳定了人工砂中的石粉含量，提高了其细度模数，改善了颗粒级配。特别是增设毛料整形设施，改善了粗骨料的粒形，有效降低了其针片状颗粒含量。综上所述，只要措施到位，TBM大理岩毛料加工人工骨料是完全可行的。