绞吸式挖泥船长排距坚硬土质工况下施工技术研究

王军伟

摘 要：在国内外沿海城市大规模的填海造陆的形势下，绞吸式挖泥船在疏浚回填陆域形成工程施工中发挥着中坚作用。结合达曼纳西姆疏浚回填工程，对绞吸式挖泥船在长排距下挖吹密实砂土和稍强岩石工程中的施工管理进行分析和探讨，为此工况条件下施工积累经验和类似工程提供参考。

关键词：长排距 坚硬土质 排泥管线 绞刀

1.概况

绞吸式挖泥船做为水力式挖泥船是目前世界上使用非常广泛的挖泥船。绞吸式挖泥船工作原理是采用装在绞刀桥梁前端的破土装置——绞刀，将水底泥沙绞松，同时利用装置在桥梁或甲板上的泥泵运转产生真空和离心力作用，通过绞刀臂之间的缝隙及吸泥管吸进泥浆，通过绞吸船甲板排泥管线连接水上浮管和陆地管线将泥浆输送至吹填区形成陆域。绞吸式挖泥船施工特点是能够将挖掘、吸输、排出泥浆等疏浚回填工序一次完成，能够在施工中连续作业。

达曼纳西姆工程地理位置位于沙特东部波斯湾海域，靠近达曼港，在达曼市区的边缘，该工程为私人企业投资项目，分为两期，一期要求吹填方量约为1800万m3，吹填面积730万m2；二期要求吹填方量约为2200万m3，是沙特阿拉伯王国大型陆域形成工程，吹填形成的陆域用作房地产开发。

本文主要就上述工程中绞刀功率为750kw的IHC 7025型绞吸式挖泥船和绞刀功率为1100kw的IHC 8527型绞吸式挖泥船结合达曼纳西姆疏浚吹填工程分析和探讨在长排距（约6500m）挖吹密实砂土和稍強岩石工程时施工管理中出现的一些技术难点和解决措施。

2.船舶施工管理

2.1绞吸式挖泥船施工工艺

绞吸式挖泥船在超长排距下挖吹中粗砂和较强岩石土质时，必须密切监控吹填泥浆浓度和流速，防止管线内泥沙沉积造成堵管。当管线内的泥浆流速低于临界流速时，极易产生管线堵管，此时可采取稍微抬起挖泥桥梁或降低横移摆动速度，减小泥沙吸输量降低管线泥浆浓度，以加快泥浆流速使其超过临界流速的工作范围。

在工程伊始，绞吸式挖泥船必须进行工程适应性试挖，记录发动机、泥泵、绞刀系统、横移装置、挖深、流速以及浓度的仪表显示数据。通过与吹填区的值班人员对吹填流速和浓度实时沟通确定效率最高的泥浆流速和浓度值。

挖泥船挖泥实用流速按下式计算：

2.2接力泵的使用与管理

在绞吸式挖泥船串联接力泵的施工过程中，合理布设绞吸船与接力泵的船位是施工中的关键，接力泵布设位置应满足：（1）在最短排距条件下施工时，接力泵进口压力应高于最低压力，以免泥泵机组产生水锤现象或便于取消使用接力泵；（2）在最长排距条件下施工时，接力泵出口排出压力应低于最大排出压力，以满足泥泵封水要求和避免过流部件过分磨耗而影响设备使用安全；（3）在各种排距条件下施工时，各泥泵机组应具有一定的调速性能，以满足整个系统安全和低耗的前提下获得最合理的施工效率。

泥泵清水特性曲线可利用如下二次曲线方程进行描述：

根据泵串联特性可知，泵串联流量不变，扬程直接相加。根据泥泵特性曲线与管线摩阻特性，得以下公式：

接力泵位置计算公式为：

式中， 为吸口局部阻力损失， 为挖深水头损失。

3.排泥管管线管理

绞吸船挖吹中粗砂、稍强岩石土质时，管线布设、管线磨损是工程施工过程中另一重点关注点，本工程由于吹填区面积非常大，平均吹填厚度较浅，吹填形成陆域较快，因此合理的布设管线能减少绞吸船因为管线调整造成的非生产性停歇。定期对管线状态测厚，掌握钢管线厚度状态，对状态较差的管线在绞吸船更换绞刀齿或检修时间进行更换。

3.1排泥管管线布设

在绞吸挖泥船疏浚吹填工程施工中，管线的敷设会直接影响到船舶有效时间利用率、有效生产效率等，决定工程的施工进度。排泥管线一般由水上浮管、水下沉管、陆地管组成。

水上排泥浮管多采用自浮管或泡沫（或钢）浮体+钢管，为便于管线磨穿时进行及时更换方便，每段水上管可取200～300m，两段水上管之间采用钢浮平台连接，便于锚艇起吊和拆接。水下沉管一般采用4+1的形式，即4节6米钢管+1节胶皮套或2节12米钢管+1节胶皮套，这种连接方式主要是为应对水下地形变化，防止管线在下沉后出现打死弯。水下沉管沉放可采用灌水或吹沉的方式进行。为防止合泵施工和和脱泵停工时沉管因排气不及时造成上浮，与沉管连接的第一节水上管线宜安装排气阀。

陆地管线尽可能多采用刚性直线连接的形式减少拐弯造成的压力损失和拐弯段磨损，在需要转弯的地方连接转向弯头或胶皮套平缓过渡，陆地泥浆排出端管头应尽可能远离吹填区排水口，以便使吹填土尽可能时间长的在回填区内沉淀。水下沉管和陆地管线均应尽量减少爬陡坡，以免导致堵管现象。在管线横跨道路或者其他障碍物需要下埋时，应选用管线厚度较厚状态较好的管线铺设，以免因管线过早磨穿造成不必要的停工更换引起的时间损耗。

3.2排泥管管线测厚

在长排距疏挖中粗砂和稍强岩石时，因颗粒直径、硬度比较大且多为尖角，对管线造成磨损非常大，极易发生管线爆管。为避免此种现象，必须定期安排管线测厚，掌握在用钢管线的厚度数据。同时根据疏浚吹填方案提前做好管线使用计划，及时更换状态较差的管线，在绞吸船维修或更换绞刀齿、绞刀头烧焊期间对状态较差的管线进行更换，保障绞吸船的有效施工时间。

参考文献：

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