小容量排泥場對挖泥船的施工影響

時培強，曾凡虎，張思蜜

（山東水利建設集團有限公司，山東 濟寧 272400）

小容量排泥場對挖泥船的施工影響

時培強，曾凡虎，張思蜜

（山東水利建設集團有限公司，山東 濟寧 272400）

本文介紹了挖泥船的有效運轉工況，分析了排泥場容積對挖泥船作業的影響，提出了圍堰排空延長連續工作時間的具體措施。

絞吸式挖泥船作業開挖平整，效率高，成本低，易管理。缺點是必須配備合適的排泥場，排泥場容積不足將極大影響挖泥船作業，致使施工中斷，泥漿流失，污染和淤塞周邊排水通道等問題。因此，制定施工方案時，必須綜合考慮挖泥船、圍堰等工況。

1　挖泥船有效運轉工況

挖泥船排泥是借助高壓高速水流的攜帶能力來實現的，而這種能力與流速和壓力密切相關。一般來講流速越快壓力越高排泥越順暢；同時消耗能量也多，經濟性變差。挖泥船正常運行時壓力和流速是相對穩定的，影響工作效率的主要在含泥量，含泥量變化范圍較大，傳統絞吸式挖泥船運行時含泥量約在8%至12%，顯然后者是前者的1.5倍工效，此時油耗等指標是沒有太大差別的。

在設備工況相似的前提下，許多因素會影響到泥漿濃度。如管線長度，揚程損失，操作人員技能等，會影響泥漿濃度；絞刀開挖采掘能力也會直接影響泥漿濃度，這些因素施工方可以通過管理和技術手段進行控制。而有些條件是施工方難以克服的，比如排泥場大小。如果容積太小，數小時內圍堰充滿，排水口不能及時騰出足夠容積，施工將無法維持，挖泥船將不得不暫停施工。挖泥船開機需準備時間：預熱設備，排空空氣，絞刀下放；挖泥船停車時需要整理時間：絞刀抬起，泥漿排空，定位樁調整。這些過程中挖泥船是不能進行開挖作業的，是必要的無效時間。

2　排泥場容積對挖泥船作業的影響

以200 m3/h絞吸式挖泥船為例，泥漿濃度10%，泥泵流量2 000 m3/h，10 h排出2萬m3泥漿。假如排泥場容量為4萬m3，則20 h充滿，理想狀態下200 h工作完成。若設備最大含泥量12%，由于設備不可能連續作業，就會產生無效作業時間，假設無效時間為10%，則實際用時時間185 h，含泥量為10.8%；若無效時間為20%，則實際用時為208 h，實際含泥量為9.6%；若無效時間為30%，則實際用時為238 h，實際含泥量為8.4%；若無效時間為40%，則實際用時為278 h，實際含泥量為7.2%。無效運轉時間并非完全無效，通常是準備時間，沖水時間，換樁時間等。一般情況下，運行中斷時間越頻繁，需要的輔助時間越多，油耗大，含泥量低，越不經濟。

4萬m3排泥場，20 h后充滿后，退水流量迅速增加，假定2 h進水與出水平衡。出水量峰值達到2 000 m3，此時泥漿以最短路徑排出，流速極快，幾分鐘就能通過圍堰排出。流速快，除粗顆粒外，泥漿不會沉淀，時間短，也沒有沉淀時間，泥漿幾乎全部流失，這對于疏?；虼堤钍┕ぃ遣辉试S的。因此，退水流量必須小于2 000 m3，施工中，出水流量會遠低于進水流量，到達臨界（出渾水）流量時必須停車。

把臨界流量時水位與退水口高程差設為“壅高“，產生“壅高”的水體容積為臨界庫容，就能計算出此時的堰內水面面積。如臨界庫容3 000 m3，則0.3 m雍高水面積為3 000/0.3=10 000 m2；若壅高為0.3 m，實際圍堰水面積6 000 m2，則實際臨時庫容只有1 800 m3。由于排水流量是以倒拋物線形式增長，則到達峰值流量前，退水量要小于進水量的一半。所以，到達峰值流量時間（少于）為：1 800/2 000*1.5=1.35 h；1.35 h入庫水體積大于2 000*1.35=2 700 m3；1.35 h前，必須停車。

當水面積縮小3 000 m2時，同樣雍高0.3 m則臨時庫容為900 m3。到達峰值流量時間（少于）為：900/2 000*1.5=0.675 h，即40.5 min，入庫泥漿體積為2 000*0.675=1 350 m3?？鄢_車前準備10 min及停車前整理10 min，有效運轉時長只有20 min，無效時間占50%，基本上不能施工。若要施工，則必須先騰庫容然后施工，水滿即停，否則就有潰堰危險。

3　采用排空法延長連續工作時間

水滿即停的施工模式按照0.3的“壅高”來計算，臨界運行時長設為40 min，則最小水面積為：2 000*2/3/0.3=4 444 m2（按照0.2 m“壅高”計算則需面積為6 667 m2，即大約80 m*80 m）。退水口設計成可調型式。水流增大（出渾水）則加0.2 m高，持續增高1 m，堰容則增加4 444 m3可調堰容，這就能保障挖泥船3個小時的正常施工。

常規圍堰堰高一般不超過3 m，排泥場面積20 000 m2時，最大堰容6萬m3。保留1 m高程作為可調范圍?？烧{庫容能維持30 000 m3進水連續作業，約20 000 m3留在堰內，不到10 000 m3從退水口流出，能維持作業15 h。實際施工時，不會讓退水流量到達極限流量，這樣會造成較多土方流失，出口截面確定后，退水流量基本為恒定值，到達此流量應立即加高圍堰出口降低流量，因此退水水量在施工中可增加的庫容相對較小，平均流量要小于極限流量的1/2。假如可控流量為800 m3/h，則留庫凈流量為1 200 m3/h，20 000/1 200=16.7 h，可控流量16.7 h達到峰值。騰空庫容操作水位1 m，20 000 m2水面可滿足16.7 h連續作業。

排泥場面積10000m2以下，調控堰容1萬m3，10 000/1 200=8.3 h，可控流量8.3 h達到峰值。騰空庫容操作水位1 m，10 000 m2水面可滿足挖泥船8.3 h連續作業。

排泥場面積5 000 m2以下，堰容5 000 m3，5 000/1 200=4.2 h，可控流量4.2 h達到峰值。騰空庫容操作水位1 m，5 000 m2水面可滿足4.2 h連續作業。按壅高0.2 m計算5 000*0.2/1200=0.83 h，此時臨界出水為50 min，停車重啟時長約20分，時間利用率為（50-20）/50=60%，泥漿流失嚴重，平均含泥量難以超過7%，極為不經濟。

若要減少土方流失，退水口流量則要進一步減小，減低流速來減少退水攜沙量。比如流量減少到400 m3/h，水面壅高0.1 m（退水量不足，泥漿沉淀后可加寬溢流面或增加退水口），那么圍堰過流條件將改變：

排泥場面積20 000 m2，退水流量為400 m3/h，則留庫流量為1 600 m3，20 000/1 600=12.5 h，騰空庫容操作水位1 m，20 000 m2水面可滿足12.5 h連續作業。

排泥場水面積10 000 m2，堰容1萬m3，10 000/1 600=6.25 h，10000*0..1/1 600=0.625 h，滿庫后流量0.625 h（37.5 min）達到峰值（經濟峰值）。騰空庫容操作水位1 m，10 000 m2水面可滿足6.25 h連續作業。

排泥場面積5 000 m2以下，堰容5 000 m3，溢流堰加高到頂點時，充滿水后可調庫容約2.5 h出水，保留退水，連續作業時長5 000/1 600=3.125 h，5 000*0.1/1 600=0.31 h，此時臨界出水為18 min，停車重啟時長約20 min，來不及挖土作業，圍堰就飽和，開車就會流失土方，必須再次騰空庫容。

4　結語

當圍堰容積小，制約連續施工時，不要勉強施工，應設法排空圍堰，最好采用可調堰頂控制圍堰排空。同時可采取如下措施，延長作業時間，提高挖泥船工作效率：1）改善絞刀采掘工藝，提高泥漿濃度；2）及時排空圍堰，降低吹填中心區域坡度，使泥漿均勻分布；3）增加排空次數，縮短泥漿脫水凝聚時間。

（責任編輯遲明春）

TV85

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1009-6159（2016）-05-0030-02

2015-08-14

時培強（1977—），男，工程師