耙吸式挖泥船：大小与规格

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：耙吸挖泥船一般以其泥舱的容量来衡量挖泥船的大小，按舱容来进行标定公称规格，小型耙吸挖泥船的舱容仅有几百立方米，而大型挖泥船舱容达到几千立方米至几万立方米，目前世界上最大的耙吸挖泥船舱容已达3.3 万m3，最大挖深已超过100m。

耙吸式挖泥船是水力式挖泥船中自航、自载式挖泥船，除了具备通常航行船舶的机具设备和各种设施外，还有一整套用于耙吸挖泥的疏浚机具和装载泥浆的泥舱，以及舱底排放泥浆的设备等。

（一）基本原理

耙吸式挖泥船装备有耙头挖掘机具和水力吸泥装置。在它的舷旁安装有耙臂（吸泥管），在耙臂的后端装有用于挖掘水下土层的耙头，其前端以弯管与船上的泥泵吸入管相连接。耙臂可作上下升降运动，其后端能放入水下一定深度，使耙头与水下土层的疏浚工作面相接触。通过船上的推进装置，使该挖泥船在航行中拖曳耙头前移，对水下土层的泥沙进行耙松和挖掘。泥泵的抽吸作用从耙头的吸口吸入挖掘的泥沙与水流的混合体（泥浆）经吸泥管道进入泥泵，最后经泥泵排出端装入挖泥船自身设置的泥舱中。当泥舱装满疏浚泥沙后，停止挖泥作业，提升耙臂和耙头出水，再航行至指定的抛泥区，通过泥舱底部所设置的泥门，自行将舱内泥沙卸空，或通过泥舱所设置的吸泥管，用船上的泥泵将其泥浆吸出，经甲板上的排泥管系与输泥浮管或岸管，将泥浆卸至指定区域或吹泥上岸。然后，驶返原挖泥作业区，继续进行下一次挖泥作业。

（二）技术性能

耙吸挖泥船技术性能主要技术参数有舱容、挖深、航速、装机功率等。其在挖泥作业中的最大特点是各道工序都由挖泥船本身单独完成，不需要其他辅助船舶和设备来配合施工，其优点为：

（1）具有良好的航海性能，在比较恶劣的海况下，仍然可以继续进行施工作业。

（2）具有自航、自挖、自载和自卸的能力，在施工作业中不需要拖轮、泥驳等船舶。另外，因船舶可以自航，调遣十分方便，自身能迅速转移至其他施工作业区。

（3）在进行挖泥作业中，不需要锚缆索具、绞车等船舶移位、定位等机具设备，而且在挖泥作业中处于船舶航行状态，不需要占用大量水域或封锁航道，施工中对在航道中的其他船舶航行影响很少。

鉴于耙吸挖泥船的以上优点，故而为世界各国疏浚河港广泛使用，其自航、自载性能使其特别适合于水域开阔的海港和河口港较长距离的航道施工。耙吸挖泥船最早多用于疏浚中挖掘淤泥和流沙等，近年来，由于疏浚技术的发展，耙吸挖泥船性能得到不断改进，如安装各种新型耙头、各种不同形式的耙齿，以及运用高压冲水和潜水泵等，也能够挖掘水下的黏土、密实的细沙以及一定程度的硬质土和含有相当数量卵石、小石块的土层等。耙吸挖泥船也存在一些不足之处，主要是在挖泥作业中，由于船舶是在航行和漂浮状态下作业，所以挖掘后的土层平整度要差一些，超挖土方往往比其他类型的挖泥船要多一些。耙吸挖泥船一般以其泥舱的容量来衡量挖泥船的大小，按舱容来进行标定公称规格，小型耙吸挖泥船的舱容仅有几百立方米，而大型挖泥船舱容达到几千立方米至几万立方米，目前世界上最大的耙吸挖泥船舱容已达3.3 万m3，最大挖深已超过100m。

（三）生产率计算

（1）耙吸船装舱施工的循环运转小时生产率的计算如下

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式中　W——耙吸船装舱循环运转小时生产率，m3/h；

Q1——泥舱装载土方量，m3；

L1——重载航行地段长度，km；

v1——重载航速，km/h；

L2——空载航行地段长度，km；

v2——空载航速，km/h；

L3——挖泥地段长度，km；

v3——挖泥航速，km/h；

T1——抛泥及抛泥时的转头时间，h；

T2——施工中转头及上线时间，h。

（2）泥舱装载土方量Q1可按泥舱中装载的泥浆总量求得

式中　G——泥舱中装载的泥浆总质量，t；

γs——土体的天然密度，t/m3；

γω——当地水的密度，t/m3；

Q——泥舱容积，m3。

（四）时间利用率计算

各种挖泥船的时间利用率计算方法基本相同，所用公式一致，只是挖泥船运转时间对不同类型的挖泥船所指的作业过程不同，在此将一并阐述。绞吸、链斗、抓斗挖泥船的时间利用率计算参考此节内容。

1.影响挖泥船时间利用率的客观因素

工程施工进度中需要考虑的另一重要因素是挖泥船的时间利用率。条件许可时，应尽量增加挖泥船施工运转时间，减少停歇时间，特别是减少非生产性停歇时间。影响挖泥船时间利用率的主要客观因素如下：

（1）强风及其风向情况。风的影响主要限于高速风引起的水面状况造成操作上的困难。

（2）风浪。当风浪波高超过挖泥船安全作业的波高时，应停止施工作业。

（3）浓雾。当能见度低，看不清施工导标或对航行安全不利时，应停止施工。

（4）水流。特别是横流流速较大时，对挖泥船施工会造成影响。

（5）冰凌。当冰层达到一定厚度时，挖泥船就不宜施工。

（6）潮汐。在高潮位时，挖泥船可能因其挖深不够需候潮；而当低潮位时有可能使疏浚设备搁浅也需候潮。

（7）施工干扰。如避让航行船舶等。

2.时间利用率计算

按上述影响时间利用率的七种因素，可计算整个施工期间的客观影响时间，并根据对工程施工条件和类似工况的统计资料求得挖泥船生产性停歇和非生产性停歇时间以及运转时间后，时间利用率可按式（5-3）计算

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式中　S——挖泥船时间利用率，%；

T1——挖泥船运转时间，h；

T2——挖泥船的生产性停歇时间，h；

T3——挖泥船的非生产性停歇时间，h。

不同类型的挖泥船运转T1时间不同。耙吸挖泥船指挖泥、溢流、运泥、卸泥以及返回挖泥地点的转头和上线时间；绞吸挖泥船指挖泥及其前后的吹水时间，也即泥泵运转时间；链斗、抓斗挖泥船指主机运转时间。

3.客观影响时间所占的百分率

挖泥船时间利用率也可按影响时间利用率的客观因素计算出整个施工期间的客观影响时间所占的百分率，参照规范有关表格确定其工况。

（五）耙吸式挖泥船主要疏浚仪器配置

耙吸式挖泥船主要疏浚仪器仪表有：压力表（含真空表）、浓度计、流量计、产量计、吃水装载监视仪、纵横倾斜指示仪、耙头深度位置指示仪、疏浚过程监视系统、无线电定位仪、电子图显示系统、差分全球卫星定位系统（DGPS）等。

1.压力表（含真空表）

在疏浚挖泥中，广泛使用着弹性压力仪表。根据传感器的类型不同，压力计通常可分为波登管压力表、波纹管压力表及膜片压力表等几种类型。

2.装载指示仪

耙吸挖泥船上通常装有装载指示仪，可自动记录疏浚土方的装载量。该装置利用安装在船底的多个压力传感器测量船舶吃水，通过转换器把压力信号转换成电流信号，由计算机经过处理、计算并记录挖泥船排水量和载泥量，实时显示装载过程。

3.差分全球卫星定位系统（DGPS）

差分全球卫星定位系统由差分台和移动台（船台）组成：差分台和移动台均包括GPS接收机和数字传输电台；移动台还包括用来进行导航的电子计算机和显示器。差分台和移动台的GPS 接收机同步观测同一组（不得少于四颗）卫星，由差分台求出观测值进行实时修正，以确定移动台相对于差分台的位置，进而求得移动台船位坐标，同时通过计算机进行航迹自动绘图，显示计划挖泥区段、计划航线、实时导航数据（航速、航向、偏航数据及坐标等），若与测深仪、水位、遥报仪、挖深自动控制系统相连接，还可显示挖深、水位、横断面图或水下三维立体图。

（六）耙吸式挖泥船施工工艺

耙吸式挖泥船是边航行边挖泥的自航纵挖式挖泥船，施工作业毋需抛锚停泊，也不需要辅助船舶配套行动。一般只需在岸上设置具有相当灵敏度的导标，包括边界标、中线标、起点标、终点标等。近年来，随着DGPS 推广使用，使疏浚作业的导航定位极为便利，不仅提高了定位精度，而且可以随时监测本船作业运行的轨迹。因此目前疏浚已不再预设水陆疏浚标志，直接运用DGPS控制船位挖泥。

耙吸挖泥船航行到接近起挖点前，应对好标志（航线）、确定船位、降低航速、放耙入水、启动泥泵吸水，待耙头着底，然后适度增加挖泥船对地航速，吸上泥浆，按照预定的前进航向驶入挖槽，耙挖泥沙。

耙吸挖泥船的主要施工方法有：装舱（装舱溢流）施工法、旁通（边抛）施工法、吹填施工法；挖泥采用分段、分层等工艺施工。

1.施工方法

（1）装舱法施工。采用装舱法施工时，疏浚区、调头区和通往抛泥区的航道必须有足够的水深和水域，能满足挖泥船装载时航行和转头的需要，并有适宜的抛泥区可供抛泥。

当挖泥船的泥舱设有几档舱容或舱容可连续调节时，应根据疏浚土质选择合理的舱容，以达到最佳的装舱量。合理的舱容可按式（5-4）进行计算

式中　V——选用的舱容，m3；

W——泥舱的设计净装载量，kN；

γm——泥舱内沉淀泥沙的平均重度，kN/m3，可通过试挖或取土样做沉降试验确定或参考表5-1 取值。

表5-1　不同泥土天然重度与沉淀平均重度的关系

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当计算的舱容在挖泥船两档舱容之间时，应取高一档的舱容。

当泥舱装满未达到挖泥船的载重量时，应继续挖泥装舱溢流，增加装舱土方量。最佳装舱时间应根据泥砂在泥舱内的沉淀情况、挖槽长短、航行到抛泥区的距离和航速综合确定，并使装舱量与每舱泥循环时间之比达到最大值。

装舱溢流施工时，应监视对已挖地区、附近航道、港池和其他水域回淤的影响；应符合环境保护的要求，注意溢流混浊度对附近养殖、取水口等的影响；疏浚污染物时不得溢流。当疏浚粉土、粉砂、流动性淤泥等不易在泥舱内沉淀的细颗粒土质时，在挖泥装舱之前，应将泥舱中的水抽干，并将开始挖泥下耙时和终止挖泥起耙时所挖吸的清水和稀泥浆排出舷外，以提高舱内泥浆浓度，增加装舱量。

（2）旁通或边抛施工。旁通或边抛施工易在下列情况下采用：

1）当地水流有足够的流速，可将旁通的泥砂携带至挖槽外，且疏浚增深的效果明显大于旁通泥沙对挖槽的回淤时。

2）施工区水深较浅，不能满足挖泥船装舱的吃水要求时，可先用旁通法施工，待挖到满足挖泥船装载吃水的水深后，再进行装舱施工。

3）在紧急情况下，需要突击疏浚航道浅段，迅速增加水深时。

4）环保部门许可，对附近水域的回淤没有明显不利影响时。

（3）吹填施工。耙吸挖泥船进行吹填施工时，如需系泊，应有牢固可靠的系泊设施。船上与排泥管的连接方式和结构应简便可靠，宜采用快速接头，便于接拆，并应充分考虑船体的升降、水位、风浪、流速和流向等因素的影响。

2.施工工艺要求

（1）分段施工。

1）当挖槽长度大于挖泥船挖满一舱泥所需的长度时，应分段施工。分段长度可根据挖满一舱泥的时间和挖泥船的航速确定，挖泥时间取决于挖泥船的性能、开挖土质的难易、在泥舱中的沉淀情况和泥层厚度。

2）当挖泥船挖泥、航行、调头受水深限制时，可根据潮位情况进行分段施工，如高潮挖浅段，利用高潮航道边坡水深作为调头区进行分段等。

3）当施工存在与航行的干扰时，应根据商定的避让办法，分段进行施工。

4）挖槽尺度不一或工期要求不同时，可按平面形状及合同要求分段。

5）分段施工时，宜采用GPS定位系统进行分段，便于挖泥船确定开挖起始位置，也可利用助航设施如浮标、岸标进行分段。

（2）分层施工。

1）当施工区泥层厚度较厚时应分层施工。

2）当挖泥船最大挖深在高潮挖不到设计深度，或当地水深在低潮不足挖泥船装载吃水时，应利用潮水涨落进行分层施工，高潮挖上层，低潮挖下层。

3）当工程需要分期达到设计深度时，应按分期的深度要求进行分层。

（3）施工顺序。

1）当施工区浚前水深不足，挖泥船施工受限制时，应选挖浅段，由浅及深，逐步拓宽加深。

2）当施工区泥层厚度较厚、工程量较大、工期较长并有一定自然回淤时，应先挖浅段，逐次加深，待挖槽各段水深基本相近后再逐步加深，以使深段的回淤在施工后期一并挖除。

3）当水流为单向水流时，应从上游开始挖泥，逐渐向下游延伸，利用水流的作用冲刷挖泥扰动的泥沙，增加疏浚的效果。在落潮流占优势的潮汐河口和感潮河段也可利用落潮流的作用由里向外开挖。

4）当浚前断面的深度两侧较浅、中间较深时，应先开挖两侧。

5）当一侧泥层较厚时，应先挖泥层较厚的一侧，在各侧深度基本相近后，再逐步加深，避免形成陡坡造成塌方。

6）当浚前水下地形平坦，土质为硬黏性土时，应全槽逐层往下均匀挖泥，避免形成垄沟，使施工后期扫浅困难。

（4）其他工艺要求。

1）当工程需要采用横流或斜流施工时，应注意挖泥耙管和航行的安全。

2）当挖槽长度较短，不能满足挖泥船挖满一舱泥所需长度时，或只需要开挖局部浅段时，挖泥船应采用往返挖泥法施工。当挖槽终端水域受限制，挖泥船挖到终点后不能掉头时，应采用进退挖泥法施工。

3）应根据开挖的土质选择合理的航速，对淤泥、淤泥质土和松散的砂，对地航速宜采用2～3km/h；对黏土和中等密实度以上的砂土，对地航速宜采用3～4km/h，也可通过试挖确定。

4）应根据土质和挖深，调节波浪补偿器的压力，以保持耙头对地有合适的压力。对软土，耙头对地压力宜小一些，对密实的土宜大一些。

5）在有横流和边坡较陡的地区施工时，应注意观察耙头位置，防止耙头钻入船底而造成耙头或船体损坏。耙头下在水底时，挖泥船不得急转弯。

3.耙头的选用

耙头是耙吸挖泥船直接挖掘土的工具，是主要疏浚设备，对挖泥船的生产效率有很大影响。耙头类型很多，各有其适应何种类型土的特点，所以疏浚施工应根据土的性质尽量选用合适的耙头。

耙吸挖泥船常用的耙头主要有 “安布罗斯”耙头、 “加利福尼亚”耙头、 “IHC”耙头、“文丘里”耙头、滚刀耙头等，各种耙头对不同土质的适应性见表5-2。

表5-2　耙吸挖泥船各类耙头适用的土质

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耙吸式挖泥船：大小与规格

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