潮流作用下疏浚吹填排泥管線輸送技術優化

◎ 黃文強 中交華南交通建設有限公司

對航道清淤和港口擴建進行施工時，可以通過疏浚吹填，將河底和航道的泥漿，轉填到陸域不足的回填區，解決環境污染和造陸施工浪費等問題，因此，對吹填排泥管線輸送技術進行優化，具有重要的現實意義。國外排泥管線運輸技術研究較為成熟，在管線輸送中加入氣體，使其在湍流流態下減阻，在層流狀態下增阻，分析管線輸送的影響因素和阻力特性，計算氣-液-固三相流動管線阻力，確定阻力特性的損失機理和變化規律，將高壓氣體作為輸送動力，對粒徑較小的固體顆粒進行吹送，使淤泥輸送效率在臨界值浮動。國內排泥管線運輸技術研究同樣取得較大進展，推導管線內淤泥的流變屬性，分析層流的非牛頓流懸浮液，建立管線加氣輸送裝置，加入減小阻力的添加劑，使其附著在淤泥粒子表層，使管線內部空氣以塞柱形式存在，減少與管線內壁的摩擦，計算輸送壓力梯度比值，確定輸送過程的加氣增阻和加氣減阻。結合以上理論，提出潮流作用下疏浚吹填排泥管線輸送技術優化方法。

1.疏浚吹填排泥管線輸送技術優化方法設計

1.1 布設疏浚吹填排泥管線

劃分疏浚吹填施工區域，根據水流條件布設排泥管線。首先使用GPS定位工程水域，進行初步清淤處理，然后勘察排泥管線的施工區域，包括地質、氣候、水文等，在施工平面上選擇多條較短的排泥管線，將排泥管線劃分為岸上管線、水面管線、水下管線三種，逐段組合優化各條管線，選定一條遠距離的最優線路，再通過船運、人力推運、車運、水上拖帶等方式，將管線送達各施工區域，連接管線與挖泥船，其中水面管線布設于挖泥船后部，作為挖泥船開挖行進的移動儲備，水下管線布設于水體底部，降低對周邊環境的影響，最后將岸上管線架設在地面，連接陸上的泵站，對管線中的泥漿加壓。綜合考慮潮位變化、圍堰面積、吹填高程等勘察參數，進一步精確定位排泥管線位置，合理布置吹填區的排水口，根據施工區域水流條件，布設絞吸式挖泥船，開挖施工區域中，排泥管線相對應的運砂通道和砂坑，使管線能夠直線連接到吹填區，其中排泥管線通過岸管、沉管、浮管組成，岸管長度根據吹填進度確定，沉管和岸管的連接處，選取橡膠管進行柔性連接，選取吹填區圍堰的水陸管進行架頭連接，再通過橡膠管，對岸管和浮管進行弧形連接，使沉管接入上岸直至吹填區，使挖泥船經由連接浮管，能夠連到沉管。至此完成疏浚吹填排泥管線的布設。

1.2 優化排泥管線輸送施工流程

采用加壓泵接力的方式，優化排泥管線輸送的施工流程，對排泥管線進行同時作業，輸送底泥。在挖泥船上安裝HYPACKMAX軟件，實時存儲排泥管線輸送數據，在緊鄰河道處修建下水平臺，采用粘土填筑下水平臺區域，并用推土機整平，振動碾壓碎石等尖銳物，在平臺上鋪設多條氣囊，以此保證平臺表面光潔，且平臺承載力能夠滿足絞吸船組裝要求，進而減小絞吸船與地面的摩擦力。挖泥船下水后，采用對稱鋼樁橫挖法，使絞吸挖泥船對準挖槽中心線，定位橫移擺動中心，下放挖泥船至河底，由于底泥排距要超過設備最遠排距，因此采用開敞式的接力輸泥方式，使用鋼板和防滲土工布，嚴格密封泥砂的集漿池，將絞刀頭作為挖泥器具，使用真空泵抽砂泥，旋轉并轉動液壓馬達，使絞刀頭可以破土，且能夠進入河底的挖泥層，然后交替收換絞刀架前部的龍須攬，換樁前移鋼樁的副樁，左右擺動挖泥船進而挖泥[5]。采用吊拖方式，確保挖泥船能夠沿下水坡道直線行進，同時保持定位樁、和拖帶前油缸在水平狀態，對挖泥層進行分層開挖，根據回填區吹填土的施工情況、以及挖泥船挖到的土質，控制挖泥層的開挖厚度，當一層挖泥層開挖后，再沿潮流方向分條開挖，使分條寬度小于挖泥船最大挖寬，避免出現漏挖現象，最后利用絞吸船輸出泵，使泥砂能夠通過陸地管線和浮管，運輸到施工區域的回填區。至此完成排泥管線輸送施工流程的優化，完成潮流作用下疏浚吹填排泥管線輸送技術優化方法設計。

表1 疏浚吹填施工參數

表2 淤泥密度變化對比結果

2.實驗論證分析

通過對比實驗驗證研究方法的性能，將此次設計方法記為實驗組，傳統疏浚吹填排泥管線輸送技術優化方法記為對照組。選取一疏浚工程作為實驗對象，該工程區域內疏浚土層類型為黏土和淤泥，海域流水急、潮差大，排泥管線鋪設難度較大，施工絞吸挖泥船型號分別為7025型3500m3/h、8527型4500m3/h，配備1艘交通船和1艘錨船，根據水流條件，南北向布設挖泥船，具體施工參數如表1所示。

排泥管線充滿后，由左向右輸送淤泥，實時采集淤泥在管線中的橫截面分布圖像，觀測兩組優化方法作用下，輸送淤泥和黏土的橫截面濃度，比較淤泥密度隨時間的變化情況，實驗對比結果如表2所示。

由上表可知，經過一段輸送時間后，淤泥和黏土濃度有所下降，排泥管線內的沉積層厚度也隨之減小，且實驗組在各輸送時間段內，其淤泥橫截面密度一直小于對照組，在200～2000s內，管線淤泥平均密度為0.440kg/m3，對照組淤泥平均密度為466kg/m3，相比對照組，實驗組淤泥橫截面密度降低了0.026 kg/m3，提高了排泥管線輸送效率。

3.結束語

此次研究對疏浚吹填排泥管線輸送技術進行優化，充分保證了排泥管線輸送效率。但此次研究仍存在一定不足，在今后的研究中，會對淤泥阻力特性和流態變化進行深入分析，采集管線各處的速度和壓力等參數，進一步擴增排泥管線的管徑適用范圍。