耙吸式挖泥船施工最佳裝艙溢流時間的確定

陳亮

摘 要：裝艙施工是耙吸式挖泥船最常用的主要施工方法，其施工效率與土質、拋泥區距離、裝艙溢流時間等有關，確定最佳裝艙溢流時間不僅可以提高耙吸船的施工效率，還可以極大的降低工程施工成本。結合欽州30萬噸進港航道工程Ⅱ標段的施工實例，通過施工船舶的數據分析，簡要介紹最佳裝艙溢流時間的計算。

關鍵詞：耙吸船 航道施工 裝艙溢流時間

工程概況

欽州30萬級進港航道工程Ⅱ標段，樁號為K20+475.713～K26+157.121。本標段航道長度約5.681km。航道有效底寬320m，設計底標高-21m（當地理論基準面）。邊坡：淤泥層邊坡為1：7，其他邊坡為1：5。土質主要有：淤泥、粉砂、中砂、粉質粘土。

本工程施工區域在外海，船舶滿載吃水、航行、調頭的水深均滿足要求，有指定的拋泥區，根據這些特點選用耙吸式挖泥船裝艙施工較為合適，耙吸式挖泥船的施工效率與土質、拋泥區距離、溢流時間等有關，確定最佳裝艙溢流時間可以提高耙吸船的施工效率，可以極大的降低工程施工成本。結合耙吸式挖泥船“長鯨1”在欽州30萬噸進港航道施工工程Ⅱ標段的施工實例，通過分析耙吸式挖泥船“長鯨1”的施工數據，簡要介紹最佳裝艙溢流時間的計算。

耙吸式挖泥船施工流程

船舶進入施工區，航速降低2-3kn（航速根據土質調整），開始在規定的施工段下耙疏浚，由泥泵將疏浚物輸送到艙艙內，等到裝滿泥艙時，較粗顆粒的泥砂和土塊會很快沉淀，細顆粒泥砂會從溢流筒處開始溢流排出艙，待到較為合適的溢流時間后，起耙提高航速航行，接近拋泥區的位置時，降低航速直至停船，打開泥門開始拋泥，之后提高航速航行至施工區，準備下耙施工。

施工流程圖如下：

合理的艙容控制

當挖泥船的泥艙設有幾檔艙容或艙容可連續調節時，根據疏浚土質選擇合理的艙容，以達到最佳的裝艙量。合理的艙容可按下式進行計算：

V=W/γm

式中：V—選用的艙容（m3）；W—泥艙的設計凈裝載量（t）；γm—泥艙內沉淀泥砂的平均密度（t/ m3）。γm可通過試挖或取土樣做沉降試驗確定或參考下表取值。

本工程的土質，上層為淤泥層；中上層為粉砂；中下層為中砂；下層為粉質粘土。根據土質情況，按照下表或通過取樣做沉淀實驗確定選取不同的泥艙內沉淀泥砂的平均密度，如果按照下表，當開挖淤泥層時，γm取1.10-1.25；當開挖粉砂層時，γm取1.10-1.3；當開挖中砂時，γm取1.5-1.6；當開挖粉質粘土時，γm取1.10-1.3；根據不同的土質的情況，確定最佳的裝艙量。

耙吸船裝艙土方量的計算

耙吸船裝艙土方量計算可以通過挖泥船挖泥后滿載排水量和挖泥船挖泥前空載開泥門排水量的變化，結合土質的天然密度及當地的水密度求得。

船舶裝艙土方量計算公式：

式中：q1-船舶泥艙裝載土方量（m3）；Gm-挖泥船挖泥后滿載排水量（t）；G0-挖泥船挖泥前空載開泥門排水量（t）；rw-當地水的密度（t/m3）；q-泥艙艙容（m3）；rs-土體的天然密度。

注：船載土方量計算公式引用自《疏浚工程技術規范》JTJ-319-1999附錄C[C.0.2.2公式]。

根據此公式，再結合欽州30萬噸級進港航道工程Ⅱ標段的施工土質情況，即可求得船舶的泥艙裝載土方量。Gm 、G0通過船舶吃水深度可以在船舶手冊中查詢相應的排水量，q根據溢流筒的高度可以在船舶手冊中查詢對應的艙容。在耙吸式挖泥船 “長鯨1”施工中砂土質時，根據中砂的艙內沉淀平均密度，算出最佳艙容量，根據最佳艙容量設定耙吸式挖泥船 “長鯨1”的溢流筒高度，溢流筒高度定在9.6米，當地水密度rw取1.025t/m3，中砂的天然土體密度rs取1.9t/m3。根據以上公式計算，耙吸式挖泥船“長鯨1”在施工中砂土質時的船載土方量匯總如下：

耙吸式挖泥船“長鯨1”船載土方量

最佳裝艙溢流時間確定

耙吸式挖泥船裝艙施工生產率的高低不僅僅取決于獲得的最大可能的裝艙土方量，而且還取決于一個挖泥循環的總時間，即循環周期，因而，裝艙溢流時間的長短，不能完全從獲得最大可能裝艙土方量來決定，否則，可能招致生產率反而低落的效果。船載土方量與循環周期的比值為最大時，表示此時在單位時間里船載土方量最大，此時的裝載溢流時間即為最佳的裝艙溢流時間。或者可以這樣理解，裝艙溢流時間短，在單位時間內裝載船數就多，反之裝艙溢流時間長，在單位時間內裝載船數就少。當在單位時間內，船載土方量與船數的乘積為最大時，此時船載土方量所對應的裝載溢流時間為最佳的裝艙溢流時間。最佳裝艙溢流時間可參照下圖裝艙溢流時間與裝艙量曲線示意圖確定，圖中縱軸OH為裝艙土方量與實際使用艙容之比，橫軸AB為一次裝船拋泥循環總時間。OCD為裝艙土方量實得過程曲線。作經過A點的直線與OCD曲線相切于D點，BD/AB即為工作小時生產率，比值越大，生產率越高，切點D在橫軸上所示時間OB，即為最佳的裝艙溢流時間。

根據施工船舶耙吸式挖泥船“長鯨1”的施工數據建立坐標系，正橫軸方向：裝載、溢流時間；負橫軸方向：航行、拋泥及轉頭時間；豎軸方向：裝載土方量（因溢流筒高度未改變，所以實際使用的艙容沒有改變）。將數據以散點的形式在坐標系中體現，然后根據這些點繪制趨勢線，從上述數據可以看出航行、拋泥等時間大約需100分鐘。從點（-100，0）劃一條直線與趨勢線相切（如下圖），相切于A點，A點所對應的裝艙溢流時間為84分鐘，此時間為最佳的裝艙溢流時間，對應的船載土方量約為3450m3。從下圖中可以看出A點對應的船載土方量不是最大，但在一個循環周期中，所得的總土方量卻是最大值。

結語

確定最佳裝艙溢流時間能有效提高耙吸式挖泥船施工的生產效率，同時也降低了生產成本。

當施工條件發生變化時，最佳裝艙溢流時間也會發生變化，如土質、拋泥區等。這時要根據變化的施工條件，重新調整最佳裝艙時間。

對細粉沙、未固結淤泥或浮泥為主的短時間內不宜沉淀的土質，可以在挖泥開始前，先用抽艙方法，將艙內存水盡量排出，勿使進艙泥漿受到稀釋，這樣可以減少最佳裝艙溢流時間。

采用裝艙溢流時，還應考慮其影響及效果，譬如：對現行挖槽下游側挖槽部分或下游深槽造成回淤泥影響；對附件港口、航道、錨地造成影響；附件有無水產養殖場；對施工水域有無水質混合濁度、溶解氧的特殊要求等。

（作者單位：長江南京航道工程局）endprint