蘇丹上阿特巴拉水利樞紐工程魯美拉大壩反濾料系統(tǒng)運行管理實踐

陳 鏡 先， 李 亞 麗

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概述

上阿特巴拉水利樞紐工程位于蘇丹東南部，距首都喀土穆公路里程460 km，距蘇丹港約700 km，處于UPPER ATBARA RIVER 和SETIT RIVER交匯處上游約20 km。該工程的土建工程由魯美拉和布爾達納兩個大壩組成。C1-A大壩料加工系統(tǒng)主要承擔(dān)魯美拉大壩壩體填筑部分料物的加工。壩體填筑的3 a、3 b、4 b和5區(qū)料需進行加工制備，其由天然砂礫石料場開采的砂礫石經(jīng)系統(tǒng)篩分、混合制備而成。

壩體填筑加工料物總用量：需砂石系統(tǒng)加工壩體填筑料物的有：3 a、3 b、4 b和5區(qū)料(表1)。

表1 大壩料系統(tǒng)合同量表 /m3

根據(jù)合同文件，業(yè)主提供了4個主要礫石料場，料場的可用方量見表2。

2 系統(tǒng)規(guī)模及采取的施工工藝

2.1 系統(tǒng)規(guī)模

系統(tǒng)天然毛料處理能力為410 t/h，系統(tǒng)總功率為1 045 kW，系統(tǒng)占地面積為60 000 m2，大壩料場容量為40 000 m3。

2.2 系統(tǒng)布置

將大壩料系統(tǒng)平面布置與拌和系統(tǒng)設(shè)計共同考慮，兩個系統(tǒng)平面布置組成一個長方形。大壩料系統(tǒng)按照膠帶機走向基本形狀為“一二四”布置，隨著預(yù)篩、主篩的骨料篩選分配逐漸加大占地規(guī)模(圖1)。

2.3 系統(tǒng)工藝

大壩料加工系統(tǒng)主要有破碎系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)等。系統(tǒng)工藝見阿特巴拉C1-A標大壩料加工系統(tǒng)工藝流程圖(圖2)。

2.4 系統(tǒng)創(chuàng)新

取消了大壩料成品料場，將大壩級配料場改為成品料場，由篩分車間分級出粒徑50～100 mm、20～50 mm、5～20 mm以及<5 mm四種級配料后經(jīng)篩分車間的下料斗分料后在膠帶機上混合后直接形成大壩料中的各種成品料。

以往反濾料系統(tǒng)在級配料倉混合后還需安排專門的挖機、裝載機等設(shè)備進行二次拌制，該系統(tǒng)不僅優(yōu)化取消了級配料場及混合拌制工藝，而且進一步優(yōu)化了級配均勻拌制程序，在成品料堆裝車部位直接兼顧了大小不均的骨料人為有選擇性的裝車，簡化了成品料再次均勻拌制的程序,優(yōu)化了大量機械設(shè)備。

3 系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題及采取的解決方案

按照合同規(guī)定，系統(tǒng)只負責(zé)大壩料篦子篩以下、成品料堆以前的生產(chǎn)工作。毛料運輸、質(zhì)量驗收、成品料計量等工作均由第三方負責(zé)。因此，毛料的質(zhì)量以及供應(yīng)強度、沖洗篩分用水供應(yīng)、質(zhì)量過程控制、轉(zhuǎn)運設(shè)備管理維護、成品料計量等問題在運行實踐中逐漸凸顯。

圖1 上阿特巴拉C1-A大壩料系統(tǒng)平面布置圖

圖2 上阿特巴拉C1-A大壩料系統(tǒng)工藝流程圖

3.1 毛料質(zhì)量及強度問題

按照合同要求，大壩反濾料系統(tǒng)只負責(zé)骨料的篩分、從毛料中篩選出符合要求的級配料用于大壩填筑,而毛料的開采運輸則由其他單位負責(zé)實施。根據(jù)工程所處特殊的外部條件，毛料的開采、運輸分別由2～3家不同的當?shù)胤职掏瓿?，甲方在合同簽訂時未在毛料開采質(zhì)量及運輸強度上進行細化要求，而是采用比較籠統(tǒng)、單一的開挖方量和運輸車次計量的管理模式，由此而導(dǎo)致毛料在開挖時開挖單位質(zhì)量意識淡薄，為追逐開挖、運輸工程量，致使覆蓋層清理不到位，大量含泥、結(jié)塊、板結(jié)料以及未清理干凈的樹根、雜石等異物、質(zhì)量低下的毛料被裝車運往大壩料系統(tǒng)，直接造成系統(tǒng)在生產(chǎn)初期經(jīng)常出現(xiàn)樹根、塊石堵塞篦子篩，含泥毛料堵塞給料機、膠帶機的事故。而進入系統(tǒng)的毛料由于含泥等原因?qū)е? a、3 b料塑性指標超標，大量含有輕物質(zhì)、板結(jié)料的毛料導(dǎo)致骨料洛杉磯磨損率不合格。

為解決毛料質(zhì)量問題，業(yè)主調(diào)整了開挖運輸合同，要求開挖單位指派專人24 h在料場作業(yè)面值班，將覆蓋層剝離干凈，開挖裝車時嚴格控制毛料質(zhì)量，以減少不合格毛料進廠；同時加強地勘力度，在啟用某一料場前充分進行取樣試驗，在取得完善的實驗數(shù)據(jù)后再投入使用。

3.2 毛料級配對系統(tǒng)產(chǎn)能的影響

系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)能為410 t/h，其中3 a(0.075～5 mm)料為118 t/h，3 b(2～20 mm)料為92 t/h，4b(5～100 mm)料為156 t/h，5(粒徑20～100 mm)區(qū)料為44 t/h。毛料中某種級配料出現(xiàn)極端的情況將對產(chǎn)能造成很大的影響，尤其突出的是3 a料。比如，在生產(chǎn)RU-10#料場毛料時，粒徑5 mm以下的骨料占到了整個毛料總量的約80%，而粒徑0.5 mm以下的毛料占總量粒徑5 mm以下的約65%。根據(jù)當時對試生產(chǎn)的3 a 料進行試驗時發(fā)現(xiàn)，在正常生產(chǎn)時，由于細顆粒含量占的百分率太大而導(dǎo)致系統(tǒng)處理達到極限，3 a料極易發(fā)生跌出包絡(luò)線外的質(zhì)量事故。同時，為確保洗砂機等設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)生產(chǎn)時嚴格控制產(chǎn)能，將410 t/h的產(chǎn)能降低至150 t/h左右，對系統(tǒng)產(chǎn)能造成了極大的浪費。

而其它級配在對粒徑5 mm以上的骨料進行處理時相對容易，不論粒徑5～100 mm的毛料內(nèi)級配如何變化，都能通過主篩下料斗組合將骨料適當分配到3 b(粒徑5～20 mm)料，4 b(粒徑5～100 mm)料，5(粒徑20～100 mm)區(qū)料中，對系統(tǒng)的產(chǎn)能影響不大。

3.3 供水系統(tǒng)對質(zhì)量的影響

上阿特巴拉大壩反濾料系統(tǒng)設(shè)計供水能力為500 t/h，主要由甲方5 000 m3水池供水，而5 000 m3水池供應(yīng)單位較多，遠遠不能滿足生產(chǎn)需要，迫切需要將廢水回收循環(huán)利用。經(jīng)計算后，興建了三級沉淀池并用設(shè)備定期清淤。生產(chǎn)過程表明，廢水循環(huán)利用必須嚴格控制懸浮物含量，定期清淤(根據(jù)產(chǎn)量，半個月左右清淤一次)，一旦清水池出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象時必須及時換水，否則將成為質(zhì)量標準中阿太保液塑限超標質(zhì)量事故的主要誘因，而3 b料物料因粒徑較小受到的影響最大。同時，富含懸浮物的循環(huán)水蒸發(fā)后留在骨料表面的泥漿等雜質(zhì)呈現(xiàn)出泛黃的情況，嚴重影響其觀感，尤其是在3 b料堆中出現(xiàn)了粒徑為小粒徑物料板結(jié)現(xiàn)象，對監(jiān)理工程師進行質(zhì)量驗收有著很不利的負面影響。

3.4 3 a料中的超細料對質(zhì)量的影響

系統(tǒng)運行后在綜合研究砂礫石料源情況時發(fā)現(xiàn)：毛料中粒徑為0～5 mm砂料中粒徑<0.5 mm的顆粒含量平均達63%(其中最好的RU2-QG，為59.1%，最差的RU1-QG為69.4%),屬于典型的毛料級配極端不均。若按照傳統(tǒng)的篩分工藝施工，無法滿足工程師要求的3 a反濾料級配要求(表4)。

表4 合格的3 a料級配標準表

為確保3 a料質(zhì)量，我們通過調(diào)整螺旋洗砂機溢流水位及加大沖洗水量、增加直線脫水篩并輔以沖洗水、控制來料量等方法，適當降低了系統(tǒng)產(chǎn)量，對螺旋洗砂機出來的砂再次檢查篩分、沖洗，有效降低了3 a反濾料中粒徑<0.5 mm的細顆粒含量，將細砂含量從65%降低到35%～40%。通過約40 000 m3的生產(chǎn)試驗，取樣70組，合格率為100%，其級配曲線見圖3。

說明：圖中兩條粗實線為合同要求的上下包絡(luò)線，其他為取樣級配線。圖3 3 a料級配曲線圖

3.5 骨料中的含泥對3 b料阿太保液塑限質(zhì)量的影響

受毛料及篩分用水質(zhì)量的影響，3 b料在生產(chǎn)至編號36#堆時出現(xiàn)了塑性指標超標現(xiàn)象。技術(shù)要求3 b料為無塑性材料，但毛料中含泥塊現(xiàn)象突出時系統(tǒng)無法將其完全沖洗干凈。大塊泥塊在主篩、預(yù)篩篩分后被抖動、沖洗成小塊按照粒徑大小進入各種成品料中(粒徑5～100 mm)，抖散的小顆粒(粒徑<5 mm)則通過洗砂機進入3 a料中。由于4 b、5區(qū)料中泥塊含量較少，對塑性指標影響不大。而3 a料生產(chǎn)時由于增加了細砂處理工藝，在處理超量小顆粒時也一并基本解決了含泥問題。但在主篩通過分料斗混料后直接上成品料倉的3 b料受到的影響最大。由于3 b料粒徑為2～20 mm的級配料，破碎后的泥塊含量最大，同時，3 b料含水遠大于4 b、5區(qū)料，泥塊在潮濕的3 b料中繼續(xù)溶解形成泥水污染3 b料，最終導(dǎo)致3 b料塑性超標，外在效果即為骨料泛黃，結(jié)塊板結(jié)嚴重。

在毛料開挖時遇到泥夾層或覆蓋層未剝離干凈而導(dǎo)致含泥量過大時，為解決3 b料塑性超標的問題，我們從以下幾個方面著手：(1)在受料平臺安排專人嚴格控制毛料質(zhì)量，杜絕含泥量大，尤其是有團塊狀泥的毛料進場；(2)在主篩第三層(粒徑5～20 mm)增加沖洗水管路并在管路上增設(shè)一臺管道泵用以提高沖洗水壓，盡可能多將泥塊分化瓦解預(yù)留到生產(chǎn)3 a料的洗砂機和沖洗篩解決；(3)加強水源控制，對三級沉淀池按期進行清淤作業(yè)，并視情況更換使用清水；(4)每班生產(chǎn)，每班倒運，減少3 b料機頭下的物料堆存，在生產(chǎn)時加強骨料的質(zhì)量檢測，一旦發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量隱患，立即停機，將有質(zhì)量風(fēng)險的物料倒運清除后再生產(chǎn)；(5)3 b料進入料堆前增加一套檢查篩，鋪設(shè)沖洗水管路，再次對骨料中的夾泥進行沖洗。通過采取以上一系列措施，最終獲得塑性值基本為0的合格骨料。

3.6 料場管理及產(chǎn)品計量

根據(jù)合同要求，成品骨料生產(chǎn)出來后，需要從機頭倒運至半成品料場形成5 000～10 000 m3左右的料堆進行質(zhì)量檢測。而這些料場分散在工地方圓數(shù)公里內(nèi)，管理難度很大。工程之初，經(jīng)常出現(xiàn)棄渣、其它物料混合污染的情況。為防止此類事故的發(fā)生，骨料在轉(zhuǎn)場時盡可能實行4種料均勻集中倒運，設(shè)置專人在裝車部位、料場接收部位負責(zé)監(jiān)督指揮，防止裝錯料、卸錯料的情況出現(xiàn)。每一堆物料在完成暫存堆放后設(shè)立標志牌，注明物料類型、編號、方量、試驗檢測結(jié)果等信息，既方便料場管理、使用，又能及時掌握物料庫存、去向信息，方便質(zhì)量管理及追溯。在計量時，采用第三方測量收方的方式，每堆存一堆物料及時進行測量，相對于記車數(shù)的方式可以避免錯記、漏記，相對公正合理。

4 結(jié) 語

蘇丹上阿特巴拉水利樞紐工程C1-A大壩料反濾料系統(tǒng)在建安期成功優(yōu)化了級配料場，精簡優(yōu)化了工藝流程；在生產(chǎn)運行時針對出現(xiàn)的問題及潛在風(fēng)險，通過監(jiān)控料源質(zhì)量、注重過程控制、進行工藝改造、保證水質(zhì)、暫存料場科學(xué)管理等一系列措施，使通過該系統(tǒng)生產(chǎn)的3 a、3 b、4 b、5區(qū)料約120余萬t合格率達100%，對今后的大壩反濾料系統(tǒng)生產(chǎn)運行管理具有一定的參考價值。

作者簡介:

陳鏡先(1981-)，男，四川井研人，項目副經(jīng)理，工程師，學(xué)士，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作;李亞麗(1980-)，女，黑龍江虎林人，工程師，學(xué)士，從事砂石加工和混凝土拌和系統(tǒng)的施工技術(shù)及運行管理工作.