（水利工程专业论文）水利水电工程砂石料场优化选择研究.pdf

独创性申明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学 位论文是我个人f e 导师指导下进行的研究工作及取得的成果尽我所知， 除特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我 一l 司1 = 作的同志对本文所论述的_ r = 作的任何贡献均已住论文 i 作r 明确的 说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：塾9沙，年，。月，尸日 保护知识产权申明 本人完全r 解西安理：= 人学有关保护知汉产权的规定，即：研究生在 校攻读学位期间所取得的所有研究成果的知识产权属西安理工大学所有。 本人保证：发表或使用与本论文相关的成果时署名单位仍然为两安理工大 学，无论何时何地，未经学校许可，决不转移或扩散与之相关的任何技术 或成果。，学校有权保留本人所提交论文的原件或复印件，允许论文被查阅 或借阅；学校可以公布本论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或 其他手段复制保存本论文。 ( 加密学位论文解密之前后，以上申明同样适用) 、十 论文作者签名：垒9导师签名：。丝：堡妒 年，。月，夕h j 。 摘要 水利水电工程砂石料场优化选择研究 专业：水利工程答辩日期：2 0 0 3 1 0 作者：文宁 指导教师：韩玛教授 签名： 签名： 摘要 砂石料场的规划选择是混凝坝为主体工程的水利水电工程施工组织设计 中的重要环节，料场选择受到多种条件的制约，影响因素很多。要确定一个好的料 场开采方案，往往需要进行大量的规划设计工作。由于条件复杂，工作量大，通常 很难在较短的时间内取得理想的结果，为此规划设计工作亟需一个科学快速的选择 料场的规划设计方法。本文运用系统分析的方法对砂石料场的优化选择进行研究。 本文以实际工程为例，建立了料场的优化选择系统，对原始数据的采用进行 分析计算，针对人工砂石料、石碴料的利用、天然砂石料几种不同的料源及几种料 源混合使用的情况，分别建立数学模型，进行解算寻求较优的砂石料场选用方案。 研究结果可以应用到水电工程的料场比选工作中，它可以在比较广的范围内 寻求较优的方案，给出开采量、运输量以及弃料量，确定开采加工破碎的主要工艺 流程，通过简单的分析即可得到多种经济指标。当某些条件变化时，该方法可以快 速的给出比较的计算成果。进行多种设想方案的比较，从而便于做出决断，也便于 对各种制约因素给出定量的分析意见。因此砂石料场的优化选择研究具有一定的普 遍意义。 关键词：砂石料场 天然料 人工砂石料石碴料 优化选择系统分析工艺流程混合整数模型 o no p t i m i z i n gs e l e c t i o no ft h ep l a c ef o rs a n d & s t o n ei np r o j e c to fh y d r a u l i c sa n de l e c t r i cp o w e r s p e c i a l t y ：h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g a u t h o r ：w e nn i n g a d i v s o r ：h a ny up r o f e s s o r d a t e ： s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： a b s t r a c t i ti sa ni m p o t e n tp a r tt h a tp l a n sa n ds e l e c t st h ep l a c ef o rs a n d & s t o n e i nt h ep l a n n i n ga n dt h ec o n s t r u c t i o no r d e ro fh y d r a u l i c sa n de l e c t r i cp o w e r p r o j e c to nb a s eo fc o n c r e t ed a n a m a t e r i a lf i e l dc h o o s ea n dr e c e i v em a n y k i n d so fr e s t r i c t i o no ft e r m si si n f l u e n c ef a c t o ral o to f c o n f i r mag o o d m a t e r i a lm i n i n gp l a no n c e ，o f t e nn e e dt o c a r r yo nal a r g ea m o u n to f p l a n n i n gd e s i g nw o r k b e c a u s ec o n d i t i o nc o m p l i c a t e d ，h e a v y ，u s u a l l yv e r y m u c hd i f f i c u l tt om a k et h ei d e a lr e s u l tw i t h i ns h o r t e rt i m ew o r kl o a dh a v e ， w o r kf o rt h i s p l a n n i n ga n dd e s i g n a n dn e e do n es c i e n c ef a s tc h o i c e m a t e r i a lp l a n n i n gd e s i g nm e t h o do ff i e l db a d l y t h i st h e s i si st oa n a l y z et h e p r o j e c to fe r t a nh y d r o p o w e rs t a t i o ni no r d e rt oh a v ea no p t i m i z i n g s e l e c t i o no ft h ep l a c ef o rs a n d & s t o n eb yt h em e a n so fs y s t e m sa n a l y s i s t h i st h e s i sw i l lb u i l tas y s t e mt os e e kab e s ts c h e m ea b o u to p t i m i z i n g s e l e c t i o no ft h ep l a c ef o rs a n d & s t o n eb yt h em e a n so fa n a l y z i n ga n d c o u n t i n gt h eb a s i cd a t a ，b u i l d i n gd i f f e r e n tm a t h e m a t i c a lm o d e l i n go nb a s e o fm a l l m a d e & m a c h i n e - m a d es t o n e ，u s i n gd u gs t o n ea n dd i f f e r e n ts o u r c e s o fc r u d es t o n ea n dt h em i x t u r eo fs e v e r a lm a t e r i a l r e s u l to fs t u d yc a nu s em a t e r i a lf i e l dt og e th y d r o e l e c t r i cp r o j e c t t h a ns e l e c tw o r k ，i tc a ns e e km o r ee x c e l l e n ts c h e m ew i t h i nt h er a n g eo ft h e w i d e ro n e ，g i v ea n da p p e a re x p l o i t i n ga m o u n t ，t r a f f i cv o l u m ea n da m o u n t 西安理工大学工程硕士学位论文 o fm a t e r i a la b a n d o n e d ，c o n f i r ma n de x p l o i ta n dp r o c e s sb r o k e nm a i n t e c h n o l c l s i c a lp r o c e s s ，c a ng e tm a n yk i n d so fe c o n o m i ci n d i c a t o rt h r o u g h s i m p l ea n a l y s i s w h e t h e rw h e ns o m ec o n d i t i o n sc h a n g e ，m e t h o dc a ng i v i n g a n df o rc a l c u l a t i o na c h i e v e m e n tt h a tc o m p a r ef a s t ，c a r r yo nm a n yk i n d so f i m a g i n a t i o nc o m p a r i s o no fs c h e m ei st h u se a s yt om a k er e s o l u t i o n ，b e n e f i t a n dg i v ea n dp u b l i s ht h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i ss u g g e s t i o nt ov a r i o u sk i n d s o fr e s t r i c t i o nf a c t o r st o o s os a n d b u i l d i n g s t o n e s o p t i m i z a t i o n o f p l a y g r o u n dc h o o s et ob cs t u d i e da n dh a v ec e r t a i nu n i v e r s a ls i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ： b u i l d i n gs t o n e so f s a n df i e l d n a t u r a lm a t e r i a ls a n d s t o n e a r t i f i c i a ls a n db u i l d i n gs t o n e ss t o n e c u tm a t e r i a l o p t i m i z i n g s e l e c t i o n s y s t e m sa n a l y s i s t e c h n o l o g i c p r o c e s s m i xt h ei n t e g e rm o d e l 1 绪论 1 绪论 1 1 砂石料场优选的意义 砂石料场的规划选择是混凝土坝施工组织设计中的重要环节。在混 凝土坝为主体工程的水利水电工程中，砂石骨料的用量通常都是比较大 的，大坝的造价在很大程度上取决于骨料的成本，并直接影响整个工程 的投资，而骨料的成本又取决于料场的选择及相应的采、运、加工等施 工方案。在混凝土坝工程中，由于砂石骨料用量大，如果每吨砂石料成 本能节约1 元钱，将节省工程投资数千万，经济效益十分显著。 1 2 砂石料场优选的现状 选择料场，确定旆工方案，要受到多种条件的制约，影响的因素很 多。例如，它要受到料场的产地位置、自然条件、骨料的级配、储量、 质量、以及采、运条件和可能得到的施工机械与设备等诸多因素的限制， 同时又必须满足工程对骨料在数量、质量、级配及生产强度等方面的要 求，而且要求经济合理，骨料的成本低廉。因此要确定一个好的料场开 采方案，往往需要进行大量的规划设计工作。由于条件复杂，工作量大， 通常很难在较短的时间内取得理想的结果，为此规划设计工作亟需一个 科学快速的选择料场的规划设计方法。 混凝土坝施工的工期较长，在施工过程中各期对骨料的需求量，级 配要求和质量要求也各不相同，骨料产地实际开采的情况与勘测设计阶 段预期的情况也会存在着某些差异，如何在施工实践中修改与调整，也 需要一个快速准确的计算方法。 基于以上两种情况，需要给出一套较为适合大中型水利水电建设工 程中对砂石料场进行优选设计的方法，为施工组织设计中确定料场规划 找到一个较好的、行之有效的方法。 苎童墨三查茎三垒塑主兰堡堡查 1 3 本文的研究方法( 本文的主要研究工作) 本文以二滩水电站工程可行性研究为实例，建立了料场的优化选择 系统，对原始数据的采用进行分析计算，针对人工机制砂石料、开挖石 碴的利用、天然砂石料几种不同的料源及几种料源混合使用的情况，分 别建立数学模型，进行解算，寻求较优的砂石料场选用方案。 运用系统分析的方法对料场进行优化选择。该方法不仅可以大大加快 规划设计的速度，而且可以大大提高规划工作的质量，节省设计工作量， 提高设计质量。它可以在比较广的范围内寻求较优的方案，给出开采量、 运输量以及弃料量，确定开采加工破碎的主要工艺流程，通过简单的分析 即可得到多种经济指标。为方案比较和决策提供比较丰富的信息，从而便 于做出决断，当某些条件变化时，该方法可以快速地给出比较的计算成果， 进行多种设想方案的比较，从而便于做出决断，也便于对各种制约因素给 出定量的分析意见。 2 料场优选系统的建立与原始数据的采用 , i ! l i i i ! i l l 2 料场优选系统的建立与原始数据的采用 2 1 料场优选系统的建立 根据水利水电工程的实际施工条件，通常情况下，料场优选系统包 括如下的内容： 2 1 1 天然砂砾石料场的优选 一般工程所在地附近大多有天然砂石料场可以利用。按其产地位置 的相对高低，可分为陆上料场、河滩料场、河心水下料场三类，通常多 数为河滩和水下料场。 陆上料场一般覆盖层较厚，杂质含量较高，开采不受河水影响；河 滩料场占天然砂石料场的大多数，地处河流上游的河滩料场，常因河道 坡陡流急，粒径偏粗，含砂量偏低，料场贮量少而分散，中、下游地区 的河滩料场，粒径相对较小，常可找到大片集中的料场，河滩料场上部 在枯水期出露，洪水期淹没，一部分砂石料经常位于河水位以下，表面 覆盖层相对较薄；水下料场系指常年处于河水面以下的砂砾料场，有时 与河滩料场连成一片。 天然砂砾石料场的优选主要目的是选定开采料场并确定其开采量。 因此在料场优选系统中必然要包括可供工程考虑采用的主要料场。 二滩水电站工程在坝址附近1 4 0 k i n 范围内，经勘探共分布有天然砂 砾石产地1 8 处，总勘探储量达4 7 3 0 万m 3 。按其地理位置可分为南北两 大区。 北区以安宁河流域的大草坝、红旗河坝、安全村、垭口、中坝子等 料场为主，砂砾石层厚1 0 1 3 m ，大部分储量位于水下，砾石成份以石 英岩、石英砂岩、玄武岩、辉绿岩等为主。砂的成份以石英及坚硬的深 色矿物为主，砂石质量良好。 西安理工大学工程硕士学位论文 南区主要指金沙江支流龙川江流域的牛街料场。该料场以纯砂及砂 夹砾石为主。含砂量在5 0 以上。为了减少计算中变量的数目，在优选 设计中同样应对天然料场进行筛选，把那些条件明显不好的料场去掉。 经过筛选后参加优选的天然砂砾料场如附表1 所示。参加优选的料场的 砂砾石总储量约为6 0 0 0 万t 。为二滩水电站工程骨料总需求量的3 5 倍， 各主要天然料场的分布见附图1 。 2 1 2 开挖石碴料的利用 在水利水电工程坝基或地下工程开挖时，常有大量石碴要外运弃 置。其中往往有相当一部分是质量符合要求的新鲜块石，可利用作为人 工骨料的原料。利用弃碴加工成人工骨料，一般成本较低，还可避免占 用大片弃碴场地，因此，凡具备利用弃碴条件的工程，在料场选择时， 弃碴应作为一个重要的料源加以研究。 本工程除考虑天然砂砾石料料源以外，尚考虑利用坝基及地下工程 开挖出来的石碴，石碴的岩性为火成岩，与天然砂砾石料中砾石的岩性 相近。总量估计可利用7 0 0 万t 以上，约占整个工程骨料总需求量的1 3 ， 如何合理地利用石碴就成为研究二滩水电站工程料源优选中的重要课题 之一。根据天然料的级配与工程所需骨料级配的初步分析，利用石碴机 制粗骨料来调整天然骨料中欠缺的大石与特大石，可能是较合理的方案， 但为此可能会增加施工过程中拌和工艺及质量控制上的困难，为此又设 想几种石碴与天然骨料分部位使用的方案。 附图2 所示的系统为天然料与石碴混合使用时的系统图，图中骨料 产地共有7 个，加工企业4 个，运输线路4 条，弃料场4 个。 附图3 所示的系统为不利用石碴的优选方案的系统图。 4 2 料场优选系统的建立与原始数据的采用 越 畿匠l r 冒 积 峻 j 、一 萎 蜃垂 一 o v ” ? n o 一 ? x ” u 锰 ? 寰i o 帐 7 o o ? o e l * e 、。 般 也 、， * 删 e 啭 寸 奇 k * 叫 * 囊鐾 藉叫喜 乌 剩 v 霹聪8 聋暇k 寸 辱 辱聋 轴掘坦 辑簿寰 蚌州彝 聋棹 摧 收僦捌壬牛悼 蚓 心 世 群赋蜒将辅螺萁怅 _ i 群莲 里童墨三垄兰三堡堡主兰堡堡圭 6 附图1 ：二滩水电站工程天然砂石料产地略图 2 料场优选系统的建立与原始数据的采用 7 匝驻嚣垛蝴8嚣萁悼叁搔唧*按脚*媸z匦莲 8 垦室堡三垄茎兰墨塑主芏竺垒圭 匝渡攥嚼蝴s鎏萁悼鼙若删*鞍御篙嚣一匦莲 ! 堑望垡垫墨垫箜塞圭墨墨丝望堕塑墨旦 2 1 3 人工制备砂石料的方案 湿抗压强度在4 0 0 k g f c m 2 以上的致密块状岩石般均可作为人工骨 料的原石料，岩石料场宜选距用料点近、覆盖及风化层薄、岩层厚、贮 量丰富、与施工干扰少的产地。太中型工程，如主要砂石用料点附近无 规模相当的天然砂石料场时，均应考虑研究人工骨料方案，与天然骨料 进行比较。 利用霸王山灰岩人工机制混凝土骨料方案在砂石料源的优选中是作 为独立的分系统加以考虑的，这是由石料场的岩性所确定的。石料场的 石质为震旦系灯影组的白云岩，储量丰富，石质好，但由于灰岩的物理 力学指标与火成岩或混合岩性的骨料差异较大，两种骨料不宜混杂使用， 故在料场优选系统的建立时，将霸王山人工机制骨料方案与天然骨料为 主的方案作为平行独立的两组方案分别予以考虑，最后再加以比较，择 其优者。这样做既可以简化优选模型，达到运算快捷的目的，同时也适 合规划设计工作的一般程序，可以得到几组可行方案的经济指标，为决 策提供更为广泛的论据。 2 1 4 优选系统的拟定 按照上述三种料源初步拟定的骨料使用方案有如下几种( 见附图 2 ) ： ( i ) 全部骨料用天然骨料。 ( i i ) 全部骨料用天然骨料与石碴混合使用。 ( i i i ) 全部用霸王山白云质灰岩机制人工骨料。 ( i v ) 大坝用白云质灰岩机制人工骨料，地下工程用石碴机制人工 骨料。 2 2 原始数据的采用 料场优选模型中所采用的主要的原始数据一般应包含以下一些数 西安理工大学工程硕士学位论文 据：混凝土数量及其对粗细骨料的需求量、不同骨料的水泥差价、料场 的占地赔偿费、料场基建费、加工企业的基建费及占地赔偿费、各天然 料场表土清理费及排水费用的摊销、筛洗加工费及碎石单价的拟定、碎 石设备及其排矿粒度特性曲线、运输方式及运输单价、各工序的损耗系 数、弃料费等。 由于工程所处的地域、施工年份不同，料场优选模型的数据差异性 很大。本文所采用的原始数据只针对工程所处的地域和当时的施工年份， 不和其它工程进行对比。 2 2 1 混凝土数量及其对粗细骨料的需求量 本次优选设计所采用的混凝土总量为7 5 9 9 4 万m 3 。其中大坝用量为 6 1 3 2 8 万m 3 ，地下工程为1 4 6 6 6 万m 3 。由于料源不同，所采用的混凝 土配合比也有所区别，骨料的总要求量也就不同，大体上在1 7 0 0 1 7 6 0 万t 。各主要方案所需骨料级配百分比见附表2 。 附表2不同料源情况下混凝土骨料需用量及级配百分比 料源砼量 级配百分比( ) 平均每方砼用 情况 ( 万m 3 ) 砂 5 2 0 2 0 4 0 4 0 8 08 0 1 5 0 骨料总量( k g ) 全部天然砂 7 5 9 9 41 7 1 61 8 6 21 8 6 22 2 1 72 3 4 32 3 0 5 石料 大坝用天 然砂石料 6 1 3 2 81 6 2 51 7 8 11 7 8 l2 1 6 12 6 5 22 3 2 4 全部用霸王 山人工骨料 7 5 9 9 42 8 4 51 6 0 41 6 0 41 9 2 22 0 3 12 2 6 1 大坝用霸王 山人工骨料 6 1 3 2 82 7 4 8 1 5 3 81 5 _ 3 81 8 7 52 3 0 12 2 7 8 地下工程用 石碴人工骨 1 4 6 6 6 3 3 7 9 1 8 4 3 1 8 4 3 2 0 9 18 4 32 1 8 4 料 地下二r ：程用 石碴粗骨料 1 4 6 6 6 2 8 9 8 1 9 8 71 9 8 72 2 3 0 8 9 82 2 3 7 l o 2 料场优选系统的建立与原始数据的采用 2 2 2 不同骨料的水泥差价 当馄凝土骨料料源不同时，每方混凝土的水泥用量也就不同，考虑 在同强度、同和易性的条件下，天然骨料拌制混凝土的水泥用量最低， 每方混凝土的水泥耗量为2 1 0 k g ，用石碴和人工砂拌制地下工程用混凝土 的水泥耗量最高，每方混凝土的水泥用量为2 5 4 1 k g ，在优选工作中为了 把各种骨料的经济性差异反映的全面一些，在各种骨料的费用计算中附 加了一项水泥用量的差价。各方案的单位水泥耗量见附表3 ，水泥的预算 价格按1 0 2 元t 计算。 附表3不同骨料配制混凝土时的水泥用量( 方案比较阶段用) 混凝土 每方混凝土平均 骨料种类级配水灰比 标号 水泥用量( k g ) 白云质灰岩人工砂石料43 5 00 6 32 3 1 天然砂砾石( 红旗河坝)43 5 00 4 42 1 0 石碴制粗骨料加河砂( 牛街) 4 3 5 0o 5 52 2 7 3 ， 石碴制人工砂石料( 地下工程) 43 5 02 5 4 1 2 2 3 料场的占地赔偿费 天然料场大多为优质耕地，占地赔偿费用很高，在方案选择中占重 要位置，不容忽视。人工机制骨料方案的山场占地赔偿费用低，具有较 大的经济性，各天然料场范围内的耕地面积及其赔偿标准见附表4 。在优 选计算中，天然料场的土地赔偿费与该料场的开采量成正比，为了计算 上的方便，我们把占地赔偿费摊销到骨料的采运单价中去，作为一种附 加费用计算。料场的开采深度愈大，相对的占地赔偿附加费用就愈低， 因此在技术条件允许的情况下，料场的开采深度应加大，以节约占地， 西安理工大学工程硕士学位论文 本次规划设计选定的开采深度大多为水下8 m 。相应摊销到每t 骨料成本 中的占地赔偿费用约为0 5 o 9 元t 。 附表4各料场可能征地数量及赔偿费用 料场上耕地数建厂( 站) 占用每亩赔偿费 序号地名备注 ( 亩)耕地( 亩)( 元) 1红旗河坝1 3 0 06 5 01 0 0 0 0 红旗河坝与大草坝台 2大草坝6 8 06 5 0 1 0 ，0 0 0 建一个加工厂 3 安全村 1 1 5 06 5 0 1 0 0 0 0 安全村与中坝子合建 4中坝子1 8 56 5 0 1 0 ，0 0 0 一个加工厂 5牛街3 5 02 5 0 7 ，0 0 0牛街建一个加工厂 6霸王山2 3 0 5 ，0 0 0 霸王山建一个, n i e 厂 7坝下石碴小系统3 0 5 ，0 0 0 坝下右岸建一个加工厂 只要有天然砂石料就 8桐子林转运站，7 07 0 0 0 要在桐子林建转运站 2 2 4 料场基建费 料场基建费历来并不计算到骨料的成本中去，但实质上影响着方案 的经济指标，故在优选工作中应加以考虑，料场基建费大体上包括为开 发本料场所需道路、动力线路、临时房屋等用于生产生活设施的建筑安 装费用。该项费用与料场开采的规模及其生产强度有关，成非连续的跳 跃函数关系，在本次优选工作中作了简化处理，即每个料场，根据其可 能的开采量( 一般为其计算储量) 确定了一个基建费用、经过优化计算 后，如该料场选定的开采量与基建费规模相差不大，就不作修订，如相 差很大则应对选用的基建费进行调整，使基建费与生产规模相适应。各 料场初估的基建费见附表5 。 2 料场优选系统的建立与原始数据的采用 附表5各料场的场内交通及动力线路基建费 料场名称红旗河坝大草坝安全村垭口中坝子牛街霸王山堆碴场 费用( 万元) 9 8 2 09 8 2 01 0 7 7 08 6 3 06 1 4 07 2 1 06 1 4 0 2 2 5 加工企业的基建费及占地赔偿费 砂石系统的加工企业均布置在采料场附近，既可以节约坝区的施工 场，又可以减少弃料量的运输，砂石骨料的运输以成品运输为主。因此 在每个骨料储量集中的地区设置骨料加工企业。 设置加工企业的地点有红旗河坝大草坝料区，两料场靠近，总储量 近3 0 0 0 万t ，设北1 号加工厂；安全村、垭口、中坝子三个料场相邻， 总储量达2 4 0 0 万t ，设北2 号加工厂；牛街料场位于龙川江流域，远离 坝址1 2 0 k m ，总储量近1 0 0 0 万t ，设南区加工厂；坝址区石碴堆场的可 能利用量为7 0 0 万t ，以碎石为主设坝下加工厂；霸王山石料场为人工机 制砂石骨料，设霸王山加工企业。故在整个规划设计中设置骨料加工企 业的地点共有五处。各加工厂企业的基建费，同样应与该企业的生产规 模相适应，在计算中也进行了简化处理，只按其可能产生的规模确定了 一个基建费用，采用的数值见附表6 。 加工企业的占地赔偿费用是作为一个固定数与基建费相加构成加工 企业建厂的总费用。在优选设计时，为了研究加工企业中是否应包含碎 石工艺问题，又人为地将企业的建厂费分为两部分，将碎石工艺费专列 一项，数据见附表6 中括号内数字。 望室墨三查芏三堡塑主芏堡垒圭 附表6各加工厂的基建费用( 包括土地征用)单位：万元 北1 号北2 号南1 号坝下小 厂名霸王山备注 ( 大草坝) ( 安全村) ( 牛街) 系统 基建费 2 1 5 9 ( 2 1 6 )2 2 1 6 ( 2 2 1 )2 0 0 0 ( 2 0 0 ) 2 7 2 54 5 0 ( 牛街值为估列) 征地费6 5 06 5 01 7 51 2 51 5 建厂总费用 2 8 0 92 8 6 62 1 7 52 8 5 04 6 5 注：i ) 内数亭表示设碎石i 艺时的附加基建费霸i 山及坝t 小系统拳 身以碎石i 艺为i 。 2 2 6 各天然料场表土清理费及排水费用的摊销 各天然料场表土清理费用与占地赔偿费的处理方法相似，同样与采 量成正比，与料场的开采深度成反比，可以作为开采毛料过程中的附加 费加到采料单价中去。摊销计算见附表7 。 料场的水上储量较少，为了少占地，降低骨料开采的成本，必须研 究水下开采砂砾料的施工方法。安宁河流域各产区天然级配良好，颗粒 组成偏粗，根据我国近年来在西南地区进行水电站施工的经验，开采坚 硬砂砾石料的施工方法以围堰排水千挖法为好，采用千挖法势必增加排 水费用，排水费用与开采量的多少，开挖深度、地层透水性、料场形状、 围堤长度及分隔情况、施工强度与施工持续天数等因素有关，在料场优 选阶段难于估算得准确，本次优化设计中采用了如下的计算方法。 首先根据勘测资料给出各料场不同开采深度时每1 0 0 米围堤长度的 排水费q i h ，见附表8 。然后确定排水天数，避开洪水季节，初步确定的 年排水天数为2 7 5 天年。总施工期估计为9 年，则每t 骨料摊销的排水 费用按下式估算： 1 4 引。丁i i ti 声1 hk 丽 ，目 2 料场优选系统的建立与原始数据的采用 式中：t i 为i 料场的实际开采天数 h i 为i 料场水下开采深度。 b ；为i 料场的平均宽度。 y f 为i 料场骨料的平均容重。 k 为估算时的安全系数，本次计算用2 。 按照上式估算的各料场在不同采深时，每t 骨料的排水费摊销值见 附表9 。从计算结果可以看出摊销费用与采挖深度关系不大。 牛街料场以砂为主，易于用索铲进行水下开采，拟采用不排水施工 方案，故不计算排水费。 附表7表土清理费与占地赔偿费摊销计算表 料场名称红旗河坝大草坝安全村垭口中坝子牛街 表土总量( 万m 3 )1 2 6 3 12 0 2 88 1 0 61 2 77 7 71 8 2 4 清理费( 万元) 4 4 2 0 97 0 9 82 8 3 7 14 4 4 52 7 26 3 8 4 耕地面积( 亩)1 3 0 06 8 01 1 5 02 4 61 8 53 5 0 每亩地赔偿费( 万元) 1 01 01 o1 01 00 7 占地赔偿费( 万元)1 3 0 06 8 01 1 5 02 4 61 8 52 4 5 清理赔偿总和( 万元)1 7 4 2 0 97 5 0 9 81 4 3 3 7 12 9 0 4 52 1 2 23 0 8 8 4 水下4 m1 2 0 31 4 4 11 4 2 31 0 7 10 6 5 60 3 8 0 水下6 m 0 9 2 61 1 2 8 1 1 3 7 0 8 7 00 5 ” 0 6 4 8 产不 只采水下 菇桑 水下8 m0 7 7 30 9 5 10 9 7 00 7 4 90 4 5 03 m 的数 霎藿 字 水下l o m 0 6 7 9 0 8 4 10 6 40 6 7 2 0 4 0 1 水下1 2 m0 6 2 00 7 6 90 7 9 50 6 2 00 3 7 0 望童里三垄兰三堡塑主兰堡垒查 附表8不同开采深度时每1 0 0 米围堤长度排水量q m ( 元，1 0 0 m 咽) 料场名称红旗河坝大草坝安全村垭口中坝子牛街 不同采 水下4 m4 9 1 74 9 1 74 2 5 74 2 5 72 1 2 9 4 深时排 。水下8m 9 5 6 l9 5 6 l8 2 5 68 2 5 64 1 4 _ 3 3 水费水下1 2 m1 3 3 1 71 3 3 1 71 1 5 4 11 1 5 4 15 7 7 4 4 附表9料场排水摊销计算成果表 料场名称红旗河坝大草坝安全村垭 口 中坝子 料场平均宽b t6 0 03 0 05 5 01 5 0 3 0 0 平均容重? i2 3 0 2 2 02 3 22 3 22 3 3 水下4 m 0 2 20 4 6 1o 2 0 60 7 5 70 3 7 7 不同采深时排 水下8 m 0 2 1 40 4 4 80 2 0 10 7 3 70 3 6 7 水费( 元t ) 水下1 2 m0 1 9 90 4 1 60 1 8 70 6 8 4 0 3 4 1 2 2 7 筛洗加工费及碎石单价的拟定 冲洗费与骨料的含泥量有关，亦受供水条件的影响，各天然料场地 处河边，施工用水方便，含泥量较低，每t 骨料的清洗用水费用一律采用 o 1 6 元t ，筛分单价定为1 5 元t ，合计的筛洗价格为1 6 6 元t 。开挖石碴 的含泥量高，冲洗水消耗量大于天然骨料，每t 石碴的冲洗费定为o 4 5 元t 。加上筛分费，合计的筛洗费为1 9 5 元t 。霸王山石场高出河床约 5 0 0 m ，施工用水扬程大、水费高，又有制砂要求，在优选规划中未单独 计算筛洗单价，而将这部分费用直接计算到碎石与砂的制备单价中去。 碎石工艺的单价系指每t 石料通过碎石机一次的费用，由于过去施 工总结中这方面的资料较少，只能参照碎石机台班费及其产量估定，在 计算中选定的河卵石初碎单价为o 5 元t ，中碎河卵石定为0 6 2 元t 。 1 6 开挖石碴的破碎工作量大，粗碎选用旋回式破碎机，单价较颚式破 碎机低，定为0 4 2 5 元t ：中碎选用标准型圆锥破碎机，单价定为0 5 4 5 元t ，细碎选用短头园锥破碎机，单价定为o 7 9 5 元t ，制砂单价定为4 7 7 5 元t 。 霸王山石料场的碎石单价( 包括筛洗用水在内) 略高于石碴的碎石 单价，主要原因是水费价格贵，与石质易碎的特性抵销后，初碎费用0 5 1 5 元t ，中碎0 6 3 5 元t ，细碎0 8 8 5 元t ，制砂费用相对下降，定为4 2 2 5 元t 。 2 2 8 碎石设备及其排矿粒度特性曲线 本次优选课题研究的重点是选定料场，未对加工企业设备的选型问 题进行优化，各加工企业所用设备参照国内常用的型号选用，河卵石破 1 9 0 8 0 7 0 加 专 5 0 援 3 0 2 0 1 0 0 i 冬 b 、一 、l 、 、 、上 卜 n1 、 n 、 、 、 、 一1 难砰君自 、 、 、 中笔司碎岩石 、 i 易碎岩石 卜 、l 1 1 、 、 、- 、 0 n 20 0n 6n 8 1 , 01 2 1 , 41 61 82 0 筛孔尺寸与排料口之比 附图4 颚醋凇碎杌产品粒蛞e 特性曲线 碎用颚式碎石机，人工机制砂石骨料用旋回破碎机和园锥破碎机，参照 西安理工大学工程硕士学位论文 水利水电工程旆工组织设计手册4 给出各种破碎机的排矿粒度特性 曲线，作为制定碎石产品级配的依据，各破碎机的排矿特性曲线见附图 4 7 。 1 0 0 9 0 8 0 7 0 舯 拿 谣 5 0 壕 4 3 0 2 0 1 0 n ；1 h 卜 蚌糕； 。ln 上 _ _ 、入、 n 、- hl ， 、jn 、 、 、 、 1 、 1 、 。_ 一i 一l 斗弋_ 卜卜 1 ，一 lj l l 斗二_! 一 l _ ， f 二牟一一l k 。卡十一卜一r v _ l 上一l 上一 _ 、 - 1 一1 - l 斗呻i 一- 、叶r - l l 一 、l 卜、| = 志扣：，： 。2“ 筛最b 尺寸与蒜料口之 毫 141 。61 。82 。 附图5 旋回破碎机产品粒度特性曲线 吣 亡l 1 、 rfl b、 、，i | j 、 【 一r 广 ! i ! i 、 i | lj | 】 、 、 、 i 难碎岩石r l 、 m 一广一r _ 、 、 u，等可碎岩石 、 11一i i i 蜃 碎岩石 l 、 、 5 习 l 一 、 、 、 l， 一 丫 、 l、 、 。、 、j 、 、i 、l - 、 、卜 r - , -、j l l 一 一， 。“2“4“8 1 蠡孔尺1 2 寸与排1 4 料连比1 8 ”2 42 628 附图6 标准圆锥破碎机产品粒度特性曲线 帅 帅 m 蛐 舯 如 m o 一) 娲辗 2 料场优选系统的建立与原始数据的采用 俐、4 】 n 、 k ： 一 卜 、 n 、 l 0 中等可碎岩石 - 一易碎岩石 、 、 x 卜 h 、 r 、 x j 一r 卜 - 1 - 、 r -。| 、i 1 h - l 一 、l 附图7 短头圆锥破碎机开路产品粒度特性曲线 2 2 9 运输方式及运输单价 由于各天然料场均位于成昆铁路沿线，因此利用成昆线把骨料由加 工厂运至桐子林车站，在桐子林车站设转运站，改用大吨位汽车，经专 用公路运至坝区混凝土拌和厂。 坝下游的碎石加工厂至坝区混凝土拌和厂的运输也采用汽车运输 方式。 霸王山加工厂生产的骨料，考虑用皮带运输机运至混凝土拌和厂。 按上述运输方案拟定的各加工厂至混凝土拌和厂的运费见附表1 0 。 1 9 呻 蛳 帅 钟 砷 卯 蛐 鲫 加 仲 。 里童堡三垄兰兰堡堡主兰堡垒查 附表1 0各加工厂至拌和厂运费计算表 铁路运汽车从桐子皮带运 至桐子林林运至拌合厂至拌合厂 转 合计 加工厂料场 塔 费 公里 运费公里运费公里运费 ( 元t ) 红旗河坝、 北1 号5 31 1 02 15 4 9 |， 0 4 57 0 4 大草坝 安全村、垭口、 北2 号1 80 8 52 15 4 9，0 4 567 9 中坝子 牛街( 南1 号)牛街 1 2 01 7 12 15 4 9l0 4 57 6 5 霸王山霸王山石料厂 2 7 50 9 4 0 9 4 坝下小系统石碴堆2 _ 3 82 3 8 注：埂t 小系统运费指从坝t 系统运至走拌和厂的运费， 2 2 1 0 各工序的损耗系数 天然料场采运工序的损耗定为1 0 7 2 ，粗碎损耗1 0 5 ，中碎1 0 6 ， 细碎1 0 2 。( 损耗系数= 损耗前总量损耗后总量) 石料场的爆破及采运损耗定为1 1 ，毛料运输损耗1 0 2 ，碎石损耗同 前边的天然骨料破碎损耗，则砂损耗1 2 0 。 砂石骨料成品仍要多次转运、贮存和装卸，在计算中成品的转运总 损耗系数定为1 0 8 2 ，其中堆存损耗1 0 1 ，转运损耗1 0 5 ，汽车运输损耗 1 0 2 。 2 2 1 l 弃料费 当产需之间出现不平衡现象时，某些级配会产生弃料，弃料处理费 暂定为0 6 元t 。 3 各天然料场优选用开采与筛洗单价的确定 3 各天然料场优选用开采与筛洗单价的 确定 各天然料场开采旋工方案的选定与开采单价的确定是整个料场优选 工作的基础。料场开采的施工方案应由当地的施工条件、可能得到的篪 工机械及开采方法的经济性等因素综合比较确定。在本次优选设计中采 用了动态规划的最短途径法，对各个料场可供选择的施工方案进行综合 比较。具体做法如下。 3 1 料场开采施工方案与直接开采费用的确定 每个天然料场的开采与筛洗工作，大致可划分为6 个施工过程， ( a ) 料场的集料与采料： ( b ) 装载； ( c ) 向临时堆场或加工厂的运输； ( d ) 毛料贮存或转运； ( e ) 筛洗与分级； ( f ) 成品的贮存脱水及其因质量差异所增加的附加费用。 在上述工艺流程中，并未包括破碎工艺，而是将破碎工作作为一个 独立的工艺加以考虑。在上述6 个工艺过程中，每一过程可以有多种施 工方法供选择，例如在采料与集料这一施工过程中，可以考虑采用不排 水施工方案，利用多斗式采砂船或索式挖土机进行水下采料。也可以考 虑采用排水施工方案，用推土机集料，或用多种斗容的挖土机采料。场 内运输这一施工过程同样可有多种旌工方法与设备供选择，有轨运输、 自卸汽车、皮带运输机等运输方式常为各工地所采用。各施工过程间的 多种施工方案又必须相互配合，组成料场开采的综合机械化旋工方案。 以单项施工工序为基础，将施工过程组合成综合机械化开采施工方案网 络图，如附图8 与9 所示，把错综复杂的工艺配合问题，清楚地概括起 西安理工大学工程硕士学位论文 来，通过图上作业或借助动态规划最短途径法的电算程序，可以很快地 选出最优的施工综合方案。这一方法的突出优点是： ( 1 ) 直观，所有可供选择的施工方案均表示在一张网络图上。 ( 2 ) 便于进行单价分析，各施工工序比较单一，易于给出单价。 ( 3 ) 计算工作量小，方法简便，易于掌握。 通过最短途径得出各主要料场的直接采运单价。见附表1 1 。 附表n各主要料场采运单价表 料场名称开采单价料场名称开采单价 红旗河坝1 7 6 元t中坝子1 7 6 兀t 大草坝1 9 1 元t牛街1 4 0 元t 安全村1 9 l 元t霸王山2 5 0 元f 垭口 1 7 6 元t石碴1 2 6 元t 3 2 优选用价格的计算 料场优选时采用的价格除了直接采运价格外，尚需计算表土清理费 与占地赔偿费的摊销，排水费摊销，和筛洗价格的叠加，最后计算结果 见附表1 2 。 附表1 2料场优选用价格计算成果表 料场名称红旗河坝大草坝安全村 垭口 中坝子牛街 直接开采费 1 7 61 9 11 _ 9 11 7 61 7 61 4 0 排水费用摊销0 2 1 40 4 4 80 2 0 10 7 3 70 3 6 7 清理及占地费摊销 0 7 7 30 9 5 1o 9 7 0 0 7 4 90 4 5 0o 6 4 8 筛洗费 1 6 61 6 61 1 6 1 6 61 6 61 6 6 优选用价格( 元t ) 4 4 0 74 9 6 94 7 4 14 9 0 64 2 3 73 7 0 8 3 各天然料场优选用开采与筛洗单价的确定 一萄暴灼蒋一婚匿姻s帖hh耀暮f米京博螽蠼窭帐妒_f蠊 匝釜 西安理工大学工程硕士学位论文 2 4 匝潞董妞础避翊h濞熠眯|f霹毒亏h幄。匝亳 4 人工砂石料的优化设计 4 人工砂石料的优化设计 4 1 骨料需求量 用自云质灰岩加工人工砂石料共考虑两种情况： 第一种情况为全部工程使用人工砂石料，混凝土总工程量为7 5 9 9 4 万m 3 。平均每立方米混凝土骨料需要量为2 2 6 1 t m 3 ，总计需要砂石总量 为1 7 1 8 2 2 万t ，各级骨料的需要量见附表1 3 。 附表1 3全部工程使用人