耙吸挖泥船在常回淤航道疏浚施工中的運(yùn)用分析

蔡振邦 廣東正方圓工程咨詢有限公司

當(dāng)前城市化進(jìn)程不斷加快，資源開(kāi)發(fā)利用效率提升。水資源和各行業(yè)發(fā)展與人們生活息息相關(guān)，為了提高水資源利用率，疏浚行業(yè)獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，在海洋工程、水利工程中發(fā)揮重要作用。在航道疏浚中應(yīng)用最多的便是耙吸挖泥船，該設(shè)備的靈活應(yīng)用有助于疏浚工程效率提升，促進(jìn)水資源的高效開(kāi)發(fā)與利用。

1.工程概況

本文以某航道疏浚工程為例，疏浚總長(zhǎng)度為14km，寬度120m，運(yùn)距均值為25km，疏浚總方量為240萬(wàn)立方左右。采用兩艘艙容1500m3耙吸挖泥船開(kāi)展疏浚工程，以溢流施工法進(jìn)行疏浚。在該項(xiàng)工程中，疏浚位置在河流交叉口處，施工重難點(diǎn)為：一是潮汐變化值較大，水域情況復(fù)雜，在施工中可充分發(fā)揮海水沖刷的作用，促進(jìn)工程效率提升；二是航道線路狹窄。該區(qū)域河流分布較為密集，大部分水域航道較窄，為工程施工帶來(lái)不便；三是運(yùn)輸距離較長(zhǎng)。為了符合當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求，在疏浚工程中施工現(xiàn)場(chǎng)與拋泥區(qū)相距較遠(yuǎn)，致使施工效率降低。

2.設(shè)備結(jié)構(gòu)與原理

耙吸挖泥船可一邊航行一邊挖泥。在實(shí)際施工中，船體航行時(shí)拖拽耙頭朝著前方移動(dòng)，重點(diǎn)挖掘水下土層的泥砂。在泥泵抽吸作用下，將泥漿從耙頭吸口吸入，經(jīng)過(guò)泥泵排出后輸入泥艙之中。待泥艙中裝滿泥砂后，在航行到拋泥位置，經(jīng)過(guò)底部泥門(mén)自行將泥砂卸空，再折返到原地開(kāi)展挖泥作業(yè)。當(dāng)泥艙未完全裝滿時(shí)，可以繼續(xù)裝載，通過(guò)溢流筒溢流，使裝艙土方量增加。在實(shí)際施工時(shí)，還可以通過(guò)液壓系統(tǒng)對(duì)溢流筒的高度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整艙內(nèi)的水位，進(jìn)而有效控制溢流量。在航道疏浚中，主要采用耙吸挖泥船來(lái)實(shí)現(xiàn)，該設(shè)備的結(jié)構(gòu)包括以下內(nèi)容。

2.1 耙頭

該設(shè)備為船體的重要部件，包括吸頭、格柵、耙齒、外殼等多項(xiàng)內(nèi)容。在實(shí)際施工時(shí)，耙頭逐漸切削河流底部的土壤，使結(jié)構(gòu)逐漸松散，整體強(qiáng)度降低，經(jīng)過(guò)吸管吸入到泥泵當(dāng)中。為了符合多種土壤質(zhì)地要求，保障最佳切削效果，通常在耙頭位置安裝液壓裝置、傳感器等設(shè)備，使其能夠根據(jù)土壤性質(zhì)自由調(diào)整切削方式，提高破土效果。

2.2 吸管

該部件在耙頭與船體連接處起到紐帶作用，利用管道與泥泵相連。根據(jù)類型的不同可分為單管、雙管兩種。為提高施工效率，當(dāng)前耙吸船大多采用雙管配置，為兩管總和。在實(shí)際施工中，河底地形不夠平坦，為使耙頭在應(yīng)用中自由調(diào)節(jié)幅度，多采用多段式吸管。

2.3 泥泵

該部件的功能在于通過(guò)壓力差將淤泥抽取上來(lái)，再輸入到泥艙中存儲(chǔ)。在全生命周期中，一些密度與顆粒較大的物質(zhì)均會(huì)沉降到艙底，小密度物質(zhì)與少部分海水置于泥艙上方。當(dāng)艙中物質(zhì)量逐漸增加時(shí)，海水與小密度物質(zhì)便會(huì)從艙體上方溢流堰溢出，使艙中只剩下大密度物質(zhì)，這時(shí)便會(huì)到指定區(qū)域?qū)⒛嗌靶遁d出來(lái)。

3.在航道疏浚施工的應(yīng)用方法與效果

3.1 應(yīng)用方法

根據(jù)工程區(qū)段不同，可將主航道分為三段，如下圖1所示。A航道與后兩段相比，工程量相對(duì)較大，運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，且土質(zhì)較差，以淤泥土為主，沉淀裝艙難度較高。如若采用傳統(tǒng)施工模式，因淤泥無(wú)法快速沉淀，則會(huì)制約裝艙效率提升，減少每船的裝載量，加上運(yùn)輸距離、水深等因素影響，施工效率將低于后續(xù)兩端。因A段處于河流交叉口，為了提高疏浚效率，通過(guò)增加溢流的方式達(dá)成目標(biāo)，其中A段采用耙吸船，B和C段采用絞吸船。

對(duì)于不同航段來(lái)說(shuō)，挖泥船中的艙容量為1500m3，具體參數(shù)如下：A段運(yùn)輸距離均值為35km，以淤泥質(zhì)土為主，水深為-6—-8m之間，挖槽長(zhǎng)度為3.5km，工程量約為120萬(wàn)立方；B段運(yùn)輸距離均值為30km，上層為淤泥，下層為細(xì)粉砂，水深為-8—-10m之間，挖槽長(zhǎng)度為4km，工程量約為60萬(wàn)立方；C段運(yùn)輸距離均值為25km，以中砂為主，水深為-9—-11m之間，挖槽長(zhǎng)度為5km，工程量約為70萬(wàn)立方。為了提高耙吸船應(yīng)用效果，主要采取以下應(yīng)用措施。

3.1.1 裝艙時(shí)間選擇

該項(xiàng)因素對(duì)單船周期與泥艙裝載土方量具有直接影響。在該工程中采用的4500m3的耙吸船，只需15分鐘即可全部裝滿。但艙中混入的泥漿密度較低，土顆粒需要一定的沉淀時(shí)間。當(dāng)泥艙裝滿后，仍可繼續(xù)泵吸泥漿進(jìn)艙，使艙內(nèi)部上層小密度的渾水溢流循環(huán)出艙，當(dāng)載重量達(dá)到最高值時(shí)，便要停止裝艙，此時(shí)便是最佳時(shí)間。在該項(xiàng)目中，因施工運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，土質(zhì)情況不同，可采用試挖法得出最佳裝艙時(shí)間。對(duì)三段各試挖3段，A段最佳時(shí)間為33分鐘，B段為32分鐘，C段為30分鐘。

3.1.2 乘潮施工

根據(jù)上圖可知，在A段位置為河流交叉口，可根據(jù)該流域的潮汐規(guī)律，在實(shí)際工程中將其當(dāng)作船的溢流區(qū)，在區(qū)域施工中通過(guò)降低溢流堰高度，將小密度的物質(zhì)排出，延長(zhǎng)施工時(shí)間。據(jù)調(diào)查，該區(qū)域的潮汐變化與水流方向相同。在漲潮時(shí)，水流從南側(cè)向北側(cè)流動(dòng)；待落潮時(shí)，水流朝著西南方向流動(dòng)。在該工程中可通過(guò)總結(jié)潮流漲落規(guī)律，憑借潮流動(dòng)力使乘潮施工頻率增加。項(xiàng)目組可派遣人員記錄潮流特征，總結(jié)規(guī)律，并以此為依據(jù)合理安排施工地點(diǎn)與時(shí)間，才可取得更加理想的乘潮效果。

3.1.3 降低船舶阻力

圖1 案例工程簡(jiǎn)圖

該指標(biāo)可促進(jìn)施工能效顯著提升，以摩擦力為主要因素。根據(jù)大量數(shù)據(jù)表明，摩擦力在總阻力中占比70%，在低速狀態(tài)下比重更高。船體粗糙度每天提高50mμ左右；當(dāng)該項(xiàng)指標(biāo)不超過(guò)20時(shí)，粗糙度每增加10mμ，燃料消耗量便會(huì)提高1%；當(dāng)粗糙度超過(guò)230mμ時(shí)，同樣會(huì)使燃料增加。可見(jiàn)，油耗與表面光滑度具有直接聯(lián)系。在該項(xiàng)目中水深在-6—-11m之間，船體外表吸附著海生物，影響船只使用。對(duì)此，應(yīng)定期對(duì)船只外殼進(jìn)行清理，通過(guò)噴涂減阻涂層等方式，避免海生物吸附，促進(jìn)船舶效能提升。

3.2 應(yīng)用成效

在疏浚工程完畢后，施工結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，主要為：A段的運(yùn)距均值為35km，工期為162d，實(shí)際工程量為121萬(wàn)立方，每船施工量均值為1083.3立方，單位時(shí)間產(chǎn)量為7469立方/d。B段的運(yùn)距均值為30km，工期為75d，實(shí)際工程量為592萬(wàn)立方，每船施工量均值為949.5立方，單位時(shí)間產(chǎn)量為7467立方/d。C段的運(yùn)距均值為25km，工期為95d，實(shí)際工程量為79萬(wàn)立方，每船施工量均值為1006.4立方，單位時(shí)間產(chǎn)量為8315立方/d。從上述結(jié)果可知，盡管耙吸船的施工區(qū)中土質(zhì)、運(yùn)輸距離存在劣勢(shì)，但船只平均施工量超過(guò)絞吸挖泥船，每天單位產(chǎn)量與B段較為相近。由此可見(jiàn)，采用先進(jìn)的施工工藝可使耙吸船的疏浚效果達(dá)到最佳狀態(tài)。根據(jù)疏浚工程研究可知，因耙吸船具有較強(qiáng)的靈活性、施工效率較高，可將其應(yīng)用于復(fù)雜水域、劣質(zhì)土質(zhì)的作業(yè)中，根據(jù)工程實(shí)際選擇相應(yīng)工藝和船型，對(duì)提高整體疏浚工程效率來(lái)說(shuō)具有重要意義。

4.結(jié)論

綜上所述，在航道疏浚工程中，耙吸挖泥船作為主要設(shè)備，在施工中受工地情況、船機(jī)狀態(tài)、施工工藝等多項(xiàng)因素影響。對(duì)此，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ烫攸c(diǎn)深入分析，通過(guò)合理選擇裝艙時(shí)間，總結(jié)潮流漲落規(guī)律，憑借潮流動(dòng)力使乘潮施工頻率增加，定期對(duì)船只外殼進(jìn)行清理，噴涂減阻涂層降低船舶阻力等方式，促進(jìn)挖泥船效能提升，為后續(xù)疏浚施工積累更多經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)降本增效目標(biāo)。