用于長江中游航道維護的2 000 m3/h自航吸盤挖泥船研制及應用

(長江航道局,武漢430010)

長江中游航道維護2 000 m3/h自航吸盤挖泥船是長江航道局按照交通部交規劃發【2009】553號文件，為提高長江航道應急搶通能力，改善枯水期航道條件，保障長江中游黃金水道的暢通，由國內自行開發建造的一艘新型吸盤挖泥船。

吸盤挖泥船是挖泥船種類中較為特殊的一種船型，適用于大江河道的清淤疏浚及枯水期重要通航段的突擊搶修，其效能遠遠勝過其它類型的挖泥船。

長江航道現階段疏浚工作存在的問題[1]如下。

1)現有的航道維護疏浚船舶難以適應航運發展的需要。

長江航運具有運能大、成本低、能耗小、吸納性強等優勢，是沿江廠礦企業大宗物資的首選運輸方式。隨著上海航運中心的形成、武漢城市圈建設加快推進、西部開發步伐加快，中下游航運市場將更加活躍。目前，長江航道現有的航道維護疏浚船舶大多數年代久遠，設備的先進性和工作效率難以適應當前航運發展的需要。

2)長江中下游航道維護性疏浚船舶難以滿足應急疏浚的需要。

三峽庫區蓄水后，長江中下游河段航道也出現較大的變化，無形中增加了航道維護的工作量，使得原本維護困難的局面更加嚴峻。

長江中下游航道維護疏浚船舶主要有絞吸挖泥船、耙吸挖泥船等，由于部分挖泥船是非自航作業，快速反應性能較差，施工展布礙航，不能滿足超淺、超窄航道應急作業要求。因此，單靠原有的長江中下游航道維護性疏浚船舶，難以滿足應急疏浚的需要。

3)現有疏浚船舶難以滿足中下游航道枯水期維護疏浚強度大、時間緊的要求。

長江中下游由于礙航淺水道眾多，以沙質河床為主，每年的淤積量大，航道維護的工作量也相當的大。目前，長江中下游航道維護已經不僅僅局限于枯水期，在汛期也出現過由于上游來水較少，水位較低而出現維護性疏浚的情況。因此，長江中下游航道維護是整個長江干線維護的重點，疏浚工作量大，船舶調遣里程長，調遣難度大。

為解決上述難題，長江航道局根據批示委托708所開發設計了新型吸盤挖泥船(以下簡稱吸盤2號)。708所設計項目組通過搜集、整理、消化國際上技術形態、設計理念較為先進的吸盤挖泥船技術，并總結原有挖泥船成功設計經驗，打造出具有完全自主知識產權、具有自己特色和技術特點的新型吸盤挖泥船。

1 吸盤2號性能分析

由于吸盤挖泥船的船型特點和適用范圍，使得其建造數量相對較少，自1993年美國建造Hurley以后，近20年來國內外基本上沒有再行建造。表1為本船與目前國外吸盤挖泥船主要技術參數和性能比較。

表1 吸盤2號同國外吸盤船型比較

從表1可以看出，本船多項性能指標先進，采用了全電力驅動、電子、自動化等新技術，排泥方式多樣化，并且在施工方式上進行了大膽創新。

2 總體設計思路及技術指標

吸盤2號是708所完全自主設計開發的船型，見圖1。該船型既能體現當今世界挖泥船發展趨勢和先進技術，又具有自己技術形態特點，并充分考慮我國用戶的特性和需求，其主要技術指標分析如下。

2.1 船型及用途

本船為全電動自航吸盤挖泥船，采用鋼質、單甲板、全電焊結構、雙全回轉舵槳、方艉淺吃水肥大船型。本船主要用于長江中游航道的應急維護疏浚任務，作業區域為A、B級航區。

圖1 吸盤2號總布置示意

2.2 作業方式

本船針對不同水域條件具有靈活的作業方式[2]。

1)直線絞進疏浚。疏浚作業時采用首部兩臺大功率的雙滾筒液壓摩擦式絞車，借助錨索及縱前八字拋設的大抓力工作錨，收緊錨索牽引船舶縱前移動，使吸盤在高壓水的沖擊下做直線絞進疏浚作業，同時可利用Z型舵槳起到側推作用，以克服橫流和風力產生的橫向力，使船具有穩定的方位。

2)自航頂推疏浚。為滿足不礙航應急快速搶通施工的要求，本船設置有功率分配管理系統，控制全變頻電力系統驅動泥泵和推進電機，使兩臺舵槳裝置進行推疏浚作業。

2.3 施工特點

1)采用首部開挖方式開槽作業，開槽寬度大，施工效率高，功率儲備合適，調遣方便，應急搶通能力強。

2)設有邊拋排泥及艉管排泥兩種排泥功能，邊拋排泥作業時不礙航，加之吃水較淺，對疏浚水域的適應范圍較廣。

3)枯水期實施航道應急疏浚時，還可以采用變吃水(半裝載狀態下)進行突擊搶通，進一步增強本船的維護功能。

2.4 主要參數

2.4.1 主要技術參數

總 長88.60 m水線長75.00 m型 寬15.00 m型 深4.80 m設計吃水2.50 m排水量(設計吃水/半載吃水)2 253/2 093 t總噸位(GT)2 169 t主發電機組(功率/轉速)1 600 kW/1 500 r/min停泊發電機組(功率/轉速)200 kW/1 500 r/min

2.4.2 疏浚作業參數

疏浚土質中細沙、細沙及淤泥最大挖深16.0 m最小挖深2.6 m設計生產量(挖深12 m、排距600 m時)2 000 m3/h泥泵參數(Q×H×N)13 200 m3/h×33 m×1 700 kW排水量(設計吃水/半載吃水)2 253/2 093 t吸/排管徑0.85/0.85 m高壓沖水泵2×1 600 m3/h×80 m×500 kW邊拋排距 60 m艉管排距600 m

3 吸盤2號的技術特點

3.1 采用自航吸盤挖泥技術

長江航道局用于長江中下游航道維護疏浚的現有船舶主要為耙吸、絞吸挖泥船。耙吸挖泥船不適于開槽作業，邊拋距離短，受吃水限制，效率較低；絞吸挖泥船由于非自航，快速反應能力不足，施工展布礙航，應急性能低。

吸盤2號采用自航吸盤挖泥技術，應急疏浚時能首部開槽作業，適用于超淺航道施工和解決“超吃水”船舶擱淺破壞航道的情況，適合長江中游航道大面積的平淤形態。能自航施工，具有較強的機動性，作業效率高，施工不礙航。與耙吸、絞吸挖泥船配合作業，能夠適用于長江中下游航道不同工況的疏浚。

3.2 采用全電力驅動技術

本船采用全電力驅動技術，總投資相比柴油機直接推進船型雖有一定程度的增加，但設備布置緊湊，節省了空間，使船舶總體布置更合理，節能效果較好。這一措施的運用不僅可以大幅降低建造、運行、維修成本，而且運行靈活、節能環保。

3.3 開發了自航推進作業模式

本船建設結合長江航道局多年來的疏浚經驗，對吸盤的受力、高壓沖水產生的阻力、作業航行的速度、舵槳裝置的選型、功率管理系統的配置等多方面進行了論證，針對吸盤挖泥船在世界上首次提出了自航推進的疏浚作業模式，實船挖泥試驗表明該作業模式疏浚效果顯著，為長江航道的應急快速搶通開發了新的、高效的作業方式。

3.4 改進吸盤頭高壓沖水裝置

目前國內尚缺乏吸盤設計經驗，本船吸盤建造是在參考國外的有關資料基礎上進行的。

吸盤頭高壓沖水裝置由連接高壓沖水泵的高壓管路和吸盤頭部布置的噴嘴組成，本船采用兩臺高壓沖水泵。高壓管路設計可實現沖水泵并聯或串聯兩種工作形式，可根據不同施工工況靈活調整，兼顧了節能和最大工作能力；兩排噴嘴布置采用角度不同的布置型式，能分別工作或同時工作，隨吸盤俯仰角度不同，兩排噴嘴沖水能分別控制，提升了破土效率，節省了能源。[3]

以前的吸盤頭材料采用進口的不銹鋼，工作中發現其耐腐蝕但不耐磨，本次建造中吸盤頭采用超高分子聚乙烯材料，可延長使用壽命。

4 實施效果和經濟、社會效益分析

4.1 吸盤2號實船使用情況

吸盤2號2012年5月31號竣工交付使用，主要用于長江中游航道疏浚維護工作，并于2012年7月1日至2012年8月1日在常熟港專用航道C3#至C6#段進行適應性挖泥作業。2012年9月至2013年4月調遣至沙市進行長江中游河段枯水期的維護疏浚工作。

截至2013年4月底，船舶運行數據統計：主機運轉1 513 h ；挖泥工況雙車運行303 h，泥泵運轉247 h，完成土方量約73.3萬方，燃油消耗217 t。施工工況萬方油耗為2.96 t/萬m3。調遣航行工況雙車運行176 h，航行162 h，燃油消耗92 t。錨泊工況單車運行460 h，燃油消耗48 t；錨泊停泊發電機工況394 h，燃油消耗18 t。

4.2 經濟及社會效益分析

吸盤2號的經濟效益主要體現在以下幾方面[4-5]。

1)節約運輸費用。按長江航運運輸量，測算出“有或者無”項目情況下運輸費用的節約為900萬元/年。

2)節約企業時間。由于維護水平提高，船舶通過能力增強，可以有效地節約運輸時間，減低成本，減少生產、管理等開支，測算出“有或者無”項目情況下企業時間節約的費用為1 300萬元/年。

3)減少交通事故。由于維護水平提高，船舶交通事故減少，測算出“有或者無”項目情況下交通事故減少的費用為410萬元/年。

4)增加交通量。由于航運能力提升，船舶通過能力增強，可以有效地增加交通運輸量，測算出“有或者無”項目情況下增加交通量效益的費用為540萬元/年。

吸盤2號2 000 m3/h自航吸盤挖泥船應用于長江中游航道的應急維護疏浚，充分發揮其疏浚不占用航道的技術優勢，提高了應急疏浚能力，有效緩解了長江中游航道“瓶頸”效應，對于保障中游航道的暢通，加快黃金水道的建設進程，提升航運企業經濟效益，促進長江流域經濟、航運的可持續發展，改善沿江的社會和經濟環境具有重要意義。同時吸盤2號建設期間采用的先進技術、先進船舶動力裝置等設備，給國內的造船市場注入了活力，促進了國內造船技術的提升。

5 結束語

吸盤2號船型、主尺度等主要技術參數選取和主要機電設備配置及選型合理，船舶各項技術指標滿足交通運輸部對可研報告的批復和長江中游航道維護疏浚工況條件的要求，具有安全、高效、可靠，能耗低等特點，已成為長江中游航道維護疏浚的關鍵設備。

[1] 長江航道局.長江中游航道維護2 000 m3/h自航吸盤挖泥船建造項目后評價報告[R].2013.5.

[2] 長江航道局.2 000 m3/h自航吸盤挖泥船開發技術總結報告[R].2013.5.

[3] 韓 龍，張海榮，邰能靈. 吸盤挖泥船采用全電力驅動系統設計論證[J].船舶,2013,24(2)60-64.

[4] 馮 峰，孫 雪. 吸盤挖泥船吸盤試驗研究[J].船舶，2012,23(4)7-11.

[5] 長江航道局.長江中游航道維護2 000 m3/h自航吸盤挖泥船研制及應用報告[R].2013.7.