亞粘土輸送工藝探討

于仁臣 趙理志 朱德全

(中交煙臺環保疏浚有限公司,山東煙臺 264000)

亞粘土輸送工藝探討

于仁臣 趙理志 朱德全

(中交煙臺環保疏浚有限公司,山東煙臺 264000)

本文在對工程概況和絞吸船施工設備進行簡要介紹的基礎上,結合現有理論和龍口港疏浚工程施工實踐對亞粘土輸送工藝進行了理論分析、研究和歸納,總結出具體的亞粘土輸送施工工藝,分別從如何避免堵管,提高生產率兩方面進行了論述,為建立亞粘土底質合理的疏浚工藝流程奠定了基礎。

疏浚工程 絞吸式挖泥船 亞粘土 輸送工藝

0 工程概況

煙臺港龍口港區27#、28#、29#通用泊位工程位于山東半島西北岸、渤海萊州灣東側之龍口灣內,碼頭走向為143°～323°,建設2個10萬噸級通用泊位和1個15萬噸級泊位。泥質主要為：中砂,標貫擊數為N=14．6～7．0不等,平均標貫擊數N=19．8擊,中密狀態;粉質粘土,可塑偏硬塑狀態,中等壓縮性;管線長度2700m到4000m,設計挖深-16m,泥層厚度7-11m。此工程初期共投入天虎、天泰兩條3500方絞吸挖泥船,-5m至-9m泥層施工生產率較高,能達到1600m3/h,-9m至-16m施工時,挖掘沒有問題,但輸送極其困難,機器全部滿負荷運轉,絞刀轉數調至最高,但仍然達不到輸送要求,生產率800-900m3/h左右。

圖1 施工濃度參數

圖2 施工濃度參數

圖3 施工濃度參數

1 施工船舶介紹

圖5

圖6 施工初期泥塘泥球圖片

天柏船為電動式非自航絞吸挖泥船,制造于南通港閘船廠,于2009年9月9日出廠投產運營。絞刀由變頻電機驅動,軸功率為1400KW,裝備絞刀為38ds型6刀臂絞刀,可以配備鏟、鑿、尖形絞刀齒。排泥管徑為800mm,泥泵機組包括兩臺艙內泵(型號：VL800 DWHP45°/DW90°、流量10000m3/h,揚程63．3m,額定轉速340rpm)和一臺水下泵(型號：VL800 UW15°,流量10000m3/h,揚程40．2m,額定轉速278rpm)。兩臺主發電柴油機均為中國北車集團大連機車車輛有限公司生產的柴油機(型號：16V240ZC,功率2780KW,額定轉速1000rpm),兩臺艙內泥泵柴油機均為日本大發柴油機(型號6DK-36L,功率3310KW,額定轉速600rpm)。

圖7 調整施工工藝后,泥塘泥球圖片

圖8 施工濃度參數

圖9 施工濃度參數

2 特定土質工藝工法的選擇和確定

下面以-9m至-14m泥層為例,介紹一下我船的施工情況：

該層的土質主要為硬性粘土且摻合少量中砂,對于1400kw的絞刀功率來講,挖掘沒有什么問題,關鍵是長管線施工中的輸送問題。硬性粘土本身的粒徑雖小,但極其容易粘結成團,塑性強,在管路中的流動性極差,輸送流速要求較高,容易發生沉降,輸送過程中經常出現流速明顯下降,排壓迅速上升的現象,長排距施工以及各種參數控制不合理的情況下,極易發生堵管。

從這個施工濃度參數圖1-3中可以看出,濃度先很高,然后流速下降,排壓上升,為了預防堵管,只能采取降低橫移,降低濃度吹水等措施,將管路中沉積的泥土慢慢吹出去從而使排壓逐漸降低,提升流速,極大的耽誤了施工生產效率。船舶產量＝流量*濃度,理想狀態是在保持高濃度時盡量提高流量,可以得到較高的產量,實際上,產量還受泥泵功率的制約,泥泵功率P＝流量Q*揚程H,泥泵功率是一定的,流量大時,揚程就得較低,否則泥泵(柴油機)就超負荷了,一味的追求高濃度,必然對吸排部分的揚程損失增加,泥泵的排壓上升,超過泥泵的揚程后,造成排量下降,流速下降,如下圖4所示。

一旦泥泵特性曲線與管路特性曲線的交點所決定的流速,低于輸送土質的臨界流速,則可能造成管路堵塞的事故。因此,通過控制水下泵的吸入真空,來控制管路的泥漿濃度,將濃度控制在一個合適的范圍,使排出壓力不至于過高,不僅能預防堵管,還能提高生產率。管線的布置對相同土質泥漿的輸送也有決定性的影響,管線多出大角度彎頭、水上管鋪設不平緩、水上管線過長,水下管打彎或者爬坡角度大等情況,都相當于增加了管線的整體長度,泥漿的排距增加,輸送阻力隨之加大,管路和壓頭損失加大,流量減小。如圖5所示。

由圖5可以看出曲線越來越向左靠近,結合泥泵工作區域圖,可以看出,使得泥泵的揚程增加,即排出壓力增加,流量下降,使得流速下降。因此,盡量縮短管線長度,減少沿途摩阻損失,條件允許的情況下降低排高,都有利于對該種土質的輸送,避免堵管,提高生產率。

通過觀察泥塘出口處的泥球情況,來調整施工工藝,尋求最佳工況點。施工初期的泥球圖片說明切割厚度太大,造成泥球直徑較大,不容易輸送,大量沉積,造成流速下降,排壓上升,生產率很低。通過分析,影響切割厚度的因素主要為絞刀轉速、進尺、挖深、橫移速度。立即調整施工工藝,將絞刀轉速從23rpm提高到29rpm,進尺由原來的1．2-1．5m縮小到0．8-1．0m,挖掘泥層厚度不超過2m,通過橫移速度來控制水下泵真空,控制泥漿濃度。調整施工工藝后,通過觀察泥塘泥球的直徑(比較均勻,直徑在10cm左右)情況。確定出一個最適合的濃度范圍作為參考基準,記錄下當時的各個施工參數,優化操作,讓設備始終處于最佳工作狀態,整個施工都在最佳工況點下進行,發揮船舶最大產能,提高生產效率。

3 結語

結合龍口工地亞粘土施工輸送過程中遇到的情況,在確保不堵管的情況下,最大限度的提高生產率,應做好如下幾個方面：(1)通過控制真空度,來控制泥漿的吸入量。最高濃度控制在35%以下,避免濃度過高造成輸送困難,使得施工出現不連續,出現堵管的危險;(2)限制總排壓,以4000m管線為例,排壓控制在1．6MPa以下,一旦排壓超過此限度,且有繼續上升的勢頭,應立即控制吸入濃度,通過降低橫移速度,提升橋梁等措施,使排壓下降到范圍之內,減少管路的泥漿沉積量;(3)整體管線的鋪設必須保證平緩、順直。盡量減少大角度彎頭、三通、排高等,使得整體管線折合成標準岸管的長度最短,降低輸送過程中的水頭損失,提高生產效率;(4)通過觀察泥塘出泥口的泥球直徑,來判斷切泥厚度的大小,進而調整進尺、橫移速度以及橋梁下方深度。經驗所得,進尺控制在1m以內、切割厚度1．5m以內,橫移速度8-10m/min,可以保證濃度和排壓控制在范圍之內,獲得持續平穩的生產率;(5)務必保證在正常施工過程中,橫移速度始終在5m/min以上,以便各個參數(排壓、泥漿濃度等)超出范圍時,能夠通過調整橫移來進行控制,如果橫移速度過低,則失去調整的空間,則會出現堵管的危險,打斷連續的施工生產;(6)保證船機設備的穩定狀態,避免因為機器設備原因,造成泥泵突然停止工作,一旦泥漿濃度較高,則可能造成堵管的危險;(7)對近端管線保持經常測厚觀察,總結該種土質的磨損規律(龍口工地輸送量10萬立方米磨損管線將近1mm,磨損量極大),經常進行翻面和換新,避免近端管線爆裂,造成吹水無效,遠端管線發生堵塞。