絞吸船泥泵特性曲線在吹填施工部署中的應用

馬定強+謝萍+李剛

摘 要：泥泵工作時各參數間的變化情況可用泥泵特性曲線表示，通過該曲線可測算絞吸船吹填施工的生產效率、最大吹距，對吹填施工船舶、管線部署具有重要指導意義。本文結合具體實例，介紹了該推算過程。

關鍵詞：泥泵 吹填施工

1.概述

吹填施工是綜合利用疏浚土、圍海造地的重要手段，其通過挖泥船將開挖的疏浚土吹卸至指定泥塘或岸上洼地實施。絞吸船則是吹填施工部署中最常用的船型之一，其能夠將挖掘、輸送、排出和處理泥漿等疏浚工序一次完成，并能適應黏性土、砂礫土等不同挖泥工況，在吹填造地工程中具有其他挖泥船所不能比擬的巨大優越性。絞吸船進行挖泥吹填施工的工作原理是：在橋梁重量的作用下，在橫移絞車的拉動下，絞刀自轉在水下切削破土，隨后泥泵運轉產生壓力差，被切削的泥水混合物在大氣壓的作用下進入泥泵，再經過排泥管線輸送至指定區域。整個吹填過程，吸泥、排泥均通過泥泵完成，可見，泥泵運轉的正常與否，直接關系著挖泥吹填施工的效率。

泥泵的性能參數可用于描述泥泵的工作情況，包括揚程（壓頭、水頭）、流量（流速）、轉速、功率等。泥泵工作時，這些參數間的變化關系可繪在直角坐標系中，用不同類型的曲線表示，是為泥泵特性曲線。Q-H曲線是其中最常用的一種，其以流量Q作為自變量，揚程H作為因變量，點繪制直角坐標圖上后形狀上凸。利用該曲線，不僅能了解泥泵的性能，而且還能較為準確地測算出不同工況下絞吸船的生產效率、排泥距離，對挖泥船舶的吹填施工部署工作大有裨益。

2.在船舶調遣及部署中的應用

現今吹填工程趨于大型化，具有工期緊、工程量大、設備折舊成本高的普遍性特征，因而大型船舶設備資源的配置是工程進度與成本控制的重點，船舶資源的高效部署直接影響工程效益的創造。根據泥泵特性曲線可測算絞吸船挖泥的生產效率，從而可根據工程量、節點工期的要求，充分有效地調動和整合船舶資源。

泥泵揚程指的是泥泵運轉所產生的將液體吸入和排出的能量，實質就是其傳遞給液體的“潛在勢能”，現場這種潛在勢能可分為兩大部分——吸泥與排泥，可分別用真空和排壓表示，計算公式如下：

式（1）中，H為總揚程（m）；

P真為真空度（Pa）；

P壓為排壓（Pa）；

h為修正高度（m），與壓力表與真空表間的高差有關；

γ為液流比重。

絞吸船在不同工況中施工，可通過儀表測出泥漿比重，然后根據真空表和壓力表讀數得出真空度和排壓，即可通過上式求得揚程。利用揚程-流量泥泵特性曲線，可查得相應揚程下的流量，便可得出絞吸船挖泥的生產效率。

在確定絞吸船生產效率后，我們可通過預估船舶的時間利用率，得出船舶施工的月產量，進而得出完成整個吹填工程所需的時間，為施工船舶的調遣、船機設備、后勤補給提供決策依據。

3.在管線布置中的應用

排泥管線作為泥漿輸送通道，在吹填施工中具有連接取土區與吹填區的橋梁紐帶作用。

根據泥泵特性曲線測算絞吸船在不同土質下的吹距，可為施工中管線設備的部署提供指導。

泥泵驅動泥漿吸入排出的過程可視為泥漿在排泥管線中克服阻力做功的過程，該過程中水頭的損失可按其性質分為沿程摩阻損失與局部水頭損失，見下式：

式（2）中，H為泥泵總水頭（m）；

式（3）中，L為吸入及排出管線總長（m）；

d為管道直徑（m）；

v為管中平均流速（m/s）；

g為重力加速度（9.8m2/s）；

λ為沿程阻力系數（0.02～0.025），取值與管徑有關。

實際運用中由于管線組合多采用橡膠接頭，水頭損失較大，常取1.3～1.75倍Hf作為沿程水頭損失取值。而局部水頭損失Hj則取沿程摩阻水頭損失的10～20%，管線越長，局部損失越小。

4.工程實例

某吹填工程絞吸船進場后開挖取土區，通過管線直吹至圍堰內側，開工后試挖測得泥漿比重為1.14，真空表讀數為1.55×104Pa，壓力表讀數為99.5×104Pa，修正高度為2m，根據式1可得泥泵排泥揚程H泥=105.11m，排水揚程H水=H泥/1.14=92.2m。通過查找該絞吸船的泥泵特性曲線（如圖1），可知當H=92.2m時，Q=13750m3/h。

地質勘探結果顯示水下原狀土密度為1.6t/m3，則含泥量，

從而，該絞吸船生產效率W=Q·P=13750×0.17=2272m3/h。

已知該船月均時間利用率為60%，有效岸上堆積率為85%，設計陸域形成工程量為860萬m3，則根據該船生產效率，可測算出單獨由該船完成本吹填工程所需的時間為10.3個月。

該絞吸船開挖土質為中細砂，排泥管徑700mm，管頭中心與水面高差為3m，則可根據式3計算該船吹填的最遠排泥距離。具體過程為：根據，

5.結語

現今吹填工程施工的船舶、管線設備呈現大型化、數量多、調運距離遠、調遣難度大等特點，根據泥泵特性試驗得出的泥泵特性曲線，可測算船舶在不同工況下施工的生產效率、最大吹距，對施工部署中船舶調配、管線部署具有重要指導意義，能為設備資源的合理配置提供參考。

參考文獻：

[1]劉守金.絞吸式挖泥船的施工與管理[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[2]李青云.疏浚工程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[3]王谷謙.疏浚工程手冊[S].上海：交通部上海航道局.