水下開采碎石料技術(shù)研究

水下開采碎石料技術(shù)研究

1.原材料利用情況水生百合河項(xiàng)目丹江口水庫加固工程的右岸階段，混凝土骨料、水庫殼砂料、反濾材料等建筑材料主要用于當(dāng)?shù)睾恿鞯奶烊簧暗[石，總面積約282123萬米。水下天然砂料開采設(shè)備、開采工藝和技術(shù)水平,經(jīng)過幾十年的應(yīng)用與發(fā)展,已具有各種先進(jìn)的設(shè)備和成熟的施工工藝技術(shù),但同陸上設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步和工藝相比較,它既要受市場(chǎng)情況、開采地點(diǎn)、料源和料場(chǎng)情況的變化的影響,又受節(jié)能、環(huán)境保護(hù)等約束條件的限制。2.水下開采供料砂礫石料料源位于長(zhǎng)江最大的支流之一漢江,由于水下開采供料主要用于混凝土骨料、壩殼料、反濾料,開采料分類較多以及砂礫料開采施工工藝較為復(fù)雜,使得在水下開采施工過程中面臨種種難題。2.1砂料開采風(fēng)險(xiǎn)一是料源距離水庫較近,受水電站發(fā)電、泄洪影響大,庫區(qū)下游水位變化較為敏感,開采施工風(fēng)險(xiǎn)大。二是由于目前國(guó)家對(duì)相關(guān)砂石料開采規(guī)定較多,加上地方區(qū)域不同,政策有所不同,施工協(xié)調(diào)難度較大。三是由于在城市中施工,與當(dāng)?shù)貪O民作業(yè)交叉,施工干擾頻繁。2.2內(nèi)部問題2.2.1已開采料源重新勘探、設(shè)計(jì)規(guī)劃的區(qū)域在工程開工初期,右岸土石壩壩殼料在羊皮灘砂礫石料場(chǎng)(壩殼料原規(guī)劃區(qū)域)開采,發(fā)現(xiàn)料源情況與招標(biāo)文件提供的料源情況不符,且在開采過程中料源級(jí)配變化較大,開采上岸的毛料不能滿足壩殼料控制指標(biāo),此情況經(jīng)確認(rèn)后,設(shè)計(jì)單位對(duì)原有料源進(jìn)行了重新勘探、設(shè)計(jì)規(guī)劃。2.2.2材料源有很多，安裝過程中很難使用由于供應(yīng)混凝土、土石壩用砂礫料含砂率、級(jí)配、用量的不同,開采設(shè)備選型、布置、料源平衡的難度較大。2.3砂料開采工藝技術(shù)難點(diǎn)一是料源位于大壩下游距離水庫較近,受水電站發(fā)電、泄洪水流影響大,水位變化較為敏感,開采施工風(fēng)險(xiǎn)大。通過業(yè)主與水電站運(yùn)行方取得溝通,雙方達(dá)成協(xié)議,在臨時(shí)增加發(fā)電量、泄洪時(shí),提前2h,通知轉(zhuǎn)移船只,有效地避免施工風(fēng)險(xiǎn)。二是由于目前國(guó)家對(duì)相關(guān)砂石料開采規(guī)定較多,加上地方區(qū)域不同,政策有所不同,施工協(xié)調(diào)難度較大。通過向地方政府咨詢、網(wǎng)絡(luò)信息查詢,對(duì)當(dāng)?shù)厣笆祥_采政策進(jìn)行了深入了解,并有針對(duì)性的進(jìn)行了研究、分析,及時(shí)辦理了相關(guān)水上開采手續(xù),主要包括水上、水下作業(yè)許可證,船只檢驗(yàn)證書等。并按照規(guī)定積極繳納了地方規(guī)費(fèi)。為開采施工奠定了良好的基礎(chǔ)。三是由于在城市中施工,與當(dāng)?shù)貪O民作業(yè)交叉,施工干擾頻繁。在了解地方政府相關(guān)政策的同時(shí),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,我方積極的向當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門反映了干擾施工的因素,并要求當(dāng)?shù)卣o予支持、協(xié)調(diào)。四是料源種類多,設(shè)備配置難度大。施工前,詳細(xì)研究分析料源資料,對(duì)砂礫石料開采,結(jié)合生產(chǎn)強(qiáng)度和開采強(qiáng)度具體分析,進(jìn)行砂石料水下開采設(shè)備的具體選型、配置,做好相應(yīng)開采方案。3.水下開采方案3.1施工順序分析研究初設(shè)料源資料→開采工程量分析→砂礫石料開采規(guī)劃→設(shè)備選型→設(shè)備安裝與調(diào)試→施工開采。3.2施工方法3.2.1分析與建立初始材料的相關(guān)數(shù)據(jù)在施工前,認(rèn)真分析、研究設(shè)計(jì)規(guī)劃的料源情況,包括料源位置、開采界限、施工區(qū)內(nèi)有無施工干擾及規(guī)劃料場(chǎng)內(nèi)的原材料質(zhì)量情況。3.2.2采取行動(dòng)的績(jī)效分析3.2.2.工程部位需求分析根據(jù)《南水北調(diào)中線水源工程丹江口大壩加高工程砂礫石料調(diào)整規(guī)劃》資料,丹江口大壩加高工程共需要砂礫石凈料571.8萬m3,開采量693萬m3(自然方),各工程部位需求量見表1。項(xiàng)目部主要負(fù)責(zé)大壩加高工程右岸土建施工及金結(jié)設(shè)備安裝標(biāo)段中混凝土骨料、壩殼砂礫料、反濾料等河道天然砂礫石料開采。3.2.2.數(shù)據(jù)分析根據(jù)各開采區(qū)的面積進(jìn)行計(jì)算根據(jù)《南水北調(diào)中線水源工程丹江口大壩加高工程砂礫石料源調(diào)整規(guī)劃》中砂礫石料場(chǎng)地質(zhì)剖面圖判斷,當(dāng)水位到達(dá)EL89.5m時(shí),根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備的開采深度(水下7m),可開采砂礫石料的厚度平均約為4m。按照各開采區(qū)的面積進(jìn)行計(jì)算,右岸標(biāo)段各開采區(qū)的砂礫石料可開采量分別為:羊皮灘(混凝土骨料區(qū))砂礫石料場(chǎng)可開采量=(26.5萬m2+9萬m2)×4m=142萬m3;羊皮灘(壩殼料區(qū))砂礫石料可開采量=(29.7萬m2+40.8萬m2)×4m=282萬m3;七里崖(混凝土骨料區(qū))砂礫石料可開采量=13.9萬m2×4m=55.6萬m3;七里崖(壩殼料區(qū))砂礫石料可開采量=19.6萬m2×4m=78.4萬m3。3.2.3砂礫石開采計(jì)劃3.2.3.地層開采量估算羊皮灘料場(chǎng)一區(qū)、七里崖料場(chǎng)中區(qū)及傅家寨(混凝土骨料區(qū))料場(chǎng)砂礫料的技術(shù)指標(biāo)均能滿足混凝土生產(chǎn)的要求,三料場(chǎng)都可作混凝土骨料的料源,羊皮灘料場(chǎng)一區(qū)質(zhì)量較好,厚度均勻,開挖效率高,距壩區(qū)近,但含砂率較低;七里崖料場(chǎng)中區(qū)含砂率較高,但大石含量較少。綜合考慮兩區(qū)各級(jí)料含量及儲(chǔ)量,羊一區(qū)與七里崖中區(qū)按一定比例開采較優(yōu),即在羊一區(qū)開采一段時(shí)間后再在七里崖中區(qū)開采一段時(shí)間,然后又到羊一區(qū)開采,初步考慮兩區(qū)開采比例約為70:30,根據(jù)開采料實(shí)測(cè)各級(jí)骨料含量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,以減少棄料量。羊皮灘料場(chǎng)羊一區(qū)砂礫料天然儲(chǔ)量357萬m3,左、右岸混凝土骨料毛料按混凝土量所占比例分別從羊一區(qū)開采60%和40%,考慮開采獲得率取75%～70%,羊一區(qū)左、右岸混凝土骨料毛料開采區(qū)可開采量分別為161萬m3和99萬m3,合計(jì)260萬m3。七里崖料場(chǎng)中區(qū)天然儲(chǔ)量135萬m3,左、右岸混凝土骨料毛料分別從七里崖料場(chǎng)中區(qū)開采60%和40%,按現(xiàn)有開采設(shè)備開采獲得率取77%～81%,七里崖料場(chǎng)中區(qū)左、右岸混凝土骨料毛料開采區(qū)可開采量分別為66萬m3和42萬m3。右岸混凝土骨料毛料在羊一區(qū)和七里崖北區(qū)左岸開采區(qū)共可開采108萬m3。羊一區(qū)具備可開采儲(chǔ)量260萬m3,可開采系數(shù)取1.2,則混凝土骨料及土石壩反濾料所需毛料可從羊皮灘料場(chǎng)羊一區(qū)開采217萬m3,另需從七里崖料場(chǎng)中區(qū)開采79萬m3,料場(chǎng)可開采系數(shù)取1.2時(shí),需規(guī)劃95萬m3的可開采儲(chǔ)量,按現(xiàn)有開采設(shè)備開采獲得率計(jì)算七里崖料場(chǎng)中區(qū)的可開采儲(chǔ)量為108萬m3,可滿足要求。3.2.3.壩體結(jié)合面為東南角,關(guān)系到形成了一.三右岸土石壩壩殼料開采,考慮現(xiàn)有設(shè)備情況,羊二區(qū)和羊三區(qū)開采獲得率分別為62%和77%,羊二區(qū)和羊三區(qū)開采上岸量分別為:66萬m3和184萬m3。以羊二區(qū)66萬m3為控制量、羊三區(qū)與羊二區(qū)砂礫石料按2﹕1的比例確定羊三區(qū)的開采量為132萬m3,混合后綜合方量折減率約為90%,最終混合為177萬m3壩殼料,右岸土石壩需要量為222萬m3,按開采量與需要量之比取1.2的要求,需要在七里崖北區(qū)儲(chǔ)備89萬m3,作為右岸土石壩壩殼料料源。在七里崖北區(qū)料場(chǎng),考慮現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)能力,左、右岸標(biāo)在相應(yīng)開采區(qū)開采獲得率分別為85%～76%,七里崖北區(qū)(不包括魚塘區(qū)和魚塘保護(hù)區(qū))可采量為323萬m3,左、右岸土石壩壩殼料在七里崖北區(qū)需要量為249萬m3,不包括魚塘區(qū)和魚塘右側(cè)及下游保護(hù)區(qū)的七里崖北區(qū)儲(chǔ)量與需要開采上岸量的比值為1.30。右岸土石壩壩殼料從羊三區(qū)與羊二區(qū)開采,羊三區(qū)與羊二區(qū)砂礫石料按2﹕1的比例混合后,綜合方量為178萬m3,需要在七里崖北區(qū)規(guī)劃89萬m3的開采區(qū)。左、右岸土石壩壩殼料在七里崖北區(qū)(不包括魚塘區(qū)和魚塘保護(hù)區(qū)料場(chǎng))開采249萬m3,按1.2的系數(shù),需要規(guī)劃299萬m3開采區(qū)。七里崖北區(qū)料場(chǎng)(不包括魚塘區(qū)和魚塘保護(hù)區(qū)料場(chǎng))可開采儲(chǔ)量323萬m3。3.2.4數(shù)據(jù)分析和確定砂料開放量目前,國(guó)內(nèi)同等規(guī)模工程水下開采深度控制在2～3m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,為保證開采用量,開采設(shè)備最大開采深度要求達(dá)到8～9m,另設(shè)計(jì)要求,水下開采遇到泥團(tuán)、淤泥質(zhì)壤土?xí)r應(yīng)予以剔除,這對(duì)開采設(shè)備選型方面提出了更高的要求。開采設(shè)備選型主要考慮的因素為開采深度、土石壩填筑施工進(jìn)度要求、河道實(shí)際狀況。首先,依據(jù)大壩加高工程砂礫石料源調(diào)整規(guī)劃要求,通過對(duì)羊皮灘料場(chǎng)的羊一區(qū)、羊二區(qū)、羊三區(qū)及其它4個(gè)區(qū)域以及七里崖料場(chǎng)內(nèi)混凝土骨料質(zhì)量評(píng)價(jià)、壩殼料質(zhì)量評(píng)價(jià),采用挖掘機(jī)取樣砂和鏈斗式采砂船取樣砂的細(xì)度模數(shù)、平均粒徑、含泥量的比較,可見,采用鏈斗式采砂船進(jìn)行水下開采,可提高砂的平均粒徑和細(xì)度模數(shù),降低砂的含泥量。因此,鏈斗式采砂船為水下砂石料開采的首選設(shè)備。根據(jù)對(duì)生產(chǎn)強(qiáng)度和開采強(qiáng)度的具體分析,進(jìn)行砂石料水下開采設(shè)備的具體選型、配置。一是生產(chǎn)強(qiáng)度分析;每年水下開采施工受汛期影響較大,需儲(chǔ)備壩殼料,根據(jù)總進(jìn)度要求,儲(chǔ)備量為12萬m3。按照開采船只配備及保證平均每月6萬m3壩殼料填筑,需在右岸羊二、三開采區(qū)布置120m3/h采砂船和260m3/h采砂船及相應(yīng)的運(yùn)輸編隊(duì)開采。二是開采強(qiáng)度分析;高峰期每月需要開采壩殼料6萬m3。在羊二、三區(qū)分別布置120m3/h采砂船和260m3/h采砂船組成各自編隊(duì)的月開采強(qiáng)度取利用系數(shù)取0.7,約為6.3萬m3,滿足土石壩填筑需要。單獨(dú)布置一條150m3/h采砂船在混凝土骨料及反濾料開采區(qū),開采毛料供應(yīng)混凝土骨料篩分、反濾料加工。3.2.5在水下采礦和開采中，使用鏈?zhǔn)缴按蜕巴繉舆\(yùn)輸3.2.5.1.開采順序采砂船開采(羊二、三區(qū))→砂駁運(yùn)輸→1#、2#碼頭躉船轉(zhuǎn)運(yùn)→經(jīng)岸上皮帶機(jī)系統(tǒng)運(yùn)輸至毛料堆場(chǎng)分區(qū)堆放。3.2.5.壩殼料開采區(qū)域根據(jù)料場(chǎng)劃分情況對(duì)開采區(qū)域進(jìn)行了測(cè)量放線,明確右岸壩殼料的開采區(qū)域,壩殼料開采區(qū)域以羊二、三為主,七里崖料場(chǎng)補(bǔ)充,放置有浮標(biāo)開采區(qū)域明確,便于施工船只進(jìn)行開采。3.2.5.次開采,提高開采效率采砂船開采時(shí),必須一次開挖至采砂船的最深開采限度,避免二次開采,以提高開采效率和充分利用料場(chǎng)資源。開挖采取逆水流方向開采,開挖時(shí),采用錨攬固定采砂船,調(diào)整水下開采鏈斗位置,運(yùn)輸砂駁就位后,由船長(zhǎng)統(tǒng)一指揮開始開采施工。3.2.5.砂駁運(yùn)輸和運(yùn)輸水下開采砂石料運(yùn)輸采用砂駁運(yùn)輸,目前的砂駁有自航式砂駁和非自航式砂駁,非自航式砂駁由拖輪牽引進(jìn)行水上運(yùn)輸,為保證運(yùn)輸砂駁將砂礫料卸至岸上,砂駁上需配置足夠長(zhǎng)的運(yùn)輸皮帶系統(tǒng),保證砂礫料上岸。岸上的運(yùn)輸設(shè)備主要是皮帶機(jī)運(yùn)輸,毛料運(yùn)輸至篩分系統(tǒng)廊道位置,