绞吸式挖泥船加装潜水泵，提高深水挖泥产量

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：加装潜水泵的绞吸挖泥船，其深水挖泥产量一般可以明显提高。因为绞吸挖泥船施工的特点就是挖掘与吸输同时完成，两者是相互制约的。绞吸挖泥船的最大挖宽一般不宜超过船长的1.1～1.2 倍，当流速较大时，应减少开挖宽度。

（一）基本原理

绞吸式挖泥船是水力式挖泥船中较普遍的一种，是目前世界上使用较广泛的挖泥船。绞吸式挖泥船是用装在绞刀桥梁前端的松土装置——绞刀，将水底泥沙不断绞松，同时利用泥泵工作产生的真空和离心力作用，从吸泥口及吸泥管吸进泥浆，通过排泥管输送到卸泥区。其特点是能够将挖掘、输送、排出和处理泥浆等疏浚工序一次完成，能够在施工中连续作业。

（二）技术性能

绞吸挖泥船是目前世界上拥有数量最多的一种挖泥船，其主要技术参数有标称生产率、总装机功率、泥泵功率、绞刀功率、吸排泥管径、挖深、排距等。为了增加其挖泥深度和提高挖泥能力，应采取必要的技术措施，将泥泵安装在船体内尽可能低的位置，或在绞刀架上安装潜水泵等。加装潜水泵的绞吸挖泥船，其深水挖泥产量一般可以明显提高。

不同技术参数的绞吸挖泥船，其生产能力差别很大。最小的绞吸挖泥船，其生产率为40～80m3/h，泥泵的功率为70kW 左右，绞刀功率只不过近10kW，最大挖深仅数米；现代的大型绞吸挖泥船，其挖泥产量已高达5000m3/h 以上，目前世界上最大的绞吸挖泥船总装机功率已达2.7 万kW，绞刀功率达到5000kW 左右，最大挖深已达到了35m。

绞吸式挖泥船适应的施工范围较广，适于港口、河道、湖泊的疏浚工程，特别适合于吹填造地工程；适用于挖掘砂、砂质黏土、砂砾、黏性土等不同的挖泥工况。一些装有较大功率带齿绞刀装置的绞吸挖泥船可以挖掘硬质黏土、胶结砂、砾石、甚至岩石珊瑚礁等。

（三）生产率计算

绞吸挖泥船生产率包括挖掘生产率和泥泵管路吸输生产率，以两者中取其较小者代表其生产率。因为绞吸挖泥船施工的特点就是挖掘与吸输同时完成，两者是相互制约的。

1.挖掘生产率

挖掘生产率主要与挖掘的土质、绞刀功率、横移绞车功率等因素有关，按式（5-5）计算

式中　W——绞刀挖掘生产率，m3/h；

D——绞刀前移距，m；

T——绞刀切泥厚度，m；

v——绞刀横移速度，m/min；

K——绞刀挖掘系数，与绞刀实际切泥断面积等因素有关，可取0.8～0.9。

2.泥泵管路吸输生产率

泥泵管路吸输生产率主要与土质、泥泵特性和管路特性有关，按式（5-6）计算

式中　W——泥泵管路吸输生产率，m3/h；

ρ——泥浆浓度，按原状土的体积浓度公式计算；

Q——泥泵管路工作流量，m3/h。

当挖泥船在新工地施工时，应通过试挖获得最佳生产率，并确定优化的泥泵转速、绞刀前移量、切泥厚度、绞刀转速和横移速度等操作参数。

（四）绞吸式挖泥船主要疏浚仪器配置

绞吸式挖泥船主要疏浚仪器仪表有：压力表（真空表）、浓度计、流量计、产量计、绞刀位置指示仪等。

1.电磁流量计

电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律来测定管内平均流速的一种流量计。电磁流量计由发信器和转换器组成。

2.浓度计

浓度计的种类很多，有γ射线浓度计、超声波浓度、差压式浓度计等。目前，疏浚工程船舶主要使用γ射线浓度计。γ射线浓度计是利用放射性同位素来检测泥浆浓度的。当所使用的γ射线的能量一定时，γ射线在穿过泥管中的泥浆层后，其本身强度按指数规律而衰减。

3.产量计

在绞吸挖泥船上装配的产量计通常是由电磁流量计、γ射线浓度计及土方计算机等组成，将测得的泥浆流速和浓度的信号输入到计算机进行计算，产量可自动记录、打印。

4.绞刀位置指示仪

绞刀位置指示仪是根据绞刀桥架角度传感器、船舶吃水传感器、潮位遥报仪、GPS定位系统等提供的数据信号经计算机系统处理后，实时显示绞刀位置挖泥断面及平面位置，并具有自动记录存储、打印等功能。

（五）绞吸式挖泥船施工工艺

开工展布是挖泥船挖泥开工前的准备工作，包括定船位、抛锚、架接水上、水下及岸上排泥管线等。

非自航挖泥船进点一般由拖轮绑拖挖泥船，按定位方法进入施工区。

1.施工方法

绞吸挖泥船的主要施工方法为横挖法施工，分条、分段、分层、顺流、逆流挖泥。利用一根钢桩或主（艉）锚为摆动中心，左右边锚配合控制横移和前移挖泥。按其采用定位装置不同，可分对称钢桩横挖法、三缆定位横挖法、锚缆横挖法等，应根据不同的工况条件选择不同的施工方法。

2.工艺要求

（1）分条施工。

1）采用钢桩横挖法施工时，分条的宽度宜等于钢桩中心到绞刀头水平投影的长度。分条的最大宽度不得大于挖泥船一次开挖的最大宽度；最小宽度应大于挖泥船的最小挖宽。绞吸挖泥船的最大挖宽一般不宜超过船长的1.1～1.2 倍，当流速较大时，应减少开挖宽度。当浚前水深大于挖泥船的吃水时，最小挖宽采用等于挖掘船前移换桩时所需的摆动宽度。另外，分条的数量不宜太多，以免增加移锚、移船时间，降低挖泥船的工效。

2）采用三缆定位横挖法施工时，分条宽度由船的长度和摆动角确定，摆动角宜选用70°～90°，最大宽度不宜大于船长的1.4 倍。

3）采用锚缆横挖法施工时，分条宽度应根据主锚缆抛放的长度决定。最大宽度宜100m左右。

（2）分段施工。

1）挖槽长度大于挖泥船水上管线的有效伸展长度时，应根据挖泥船和水上管线所能开挖的长度分段施工。

2）挖槽转向曲线段需分成若干直线段开挖时，可将曲线近似按直线分段施工。

3）挖槽规格不一或工期要求不同，应按合同的要求进行分段施工。

4）受航行或其他因素干扰，可按需要分段施工。

（3）分层施工。

1）当疏浚区泥层厚度很厚时，应按下列规定分层施工：分层挖泥的厚度应根据土质和挖泥船绞刀的性能确定，宜取绞刀直径的0.5～2.5 倍；对坚硬土取较低值，对松软土取较高值；分层的上层宜较厚，以保证挖泥船的效能；最后一层应较薄，以保证工程质量；当浚前泥面在水面以上，或水深小于挖泥船的吃水时，最上层开挖深度应满足挖泥船吃水和最小挖深的要求；当泥层过厚时应在高潮挖上层，低潮挖下层，以减少塌方。

2）当工程对边坡的质量要求较高，需要分层分阶梯开挖边坡时，应根据工程对边坡的要求、土质情况和挖掘设备尺度确定分层的厚度。

3）当合同要求分期达到设计深度时，应进行分层施工。

4）当挖泥船的最大挖深在高潮时达不到设计深度，或在低潮时疏浚区的水深小于挖泥船的吃水或最小挖深时，可利用潮水的涨落分层施工，高潮挖上层，低潮挖下层。

（4）顺流、逆流施工。

1）在内河施工采用钢桩定位时，宜采用顺流施工；采用锚缆横挖法施工时，宜采用逆流施工；当流速较大情况下，可采用顺流施工，并下尾锚以策安全。

2）在海上施工时，宜根据涨落潮流冲刷的作用大小，选择挖泥的方向。

（5）定位与抛锚。

1）采用定位钢桩施工时，挖泥船被拖至挖槽起点后，拖轮应减速、停车，待船速消除后再下定位钢桩，抛设横移锚。移船时严禁在挖泥船行进中下放钢桩。

2）采用锚缆横挖法施工时，应根据水流情况先抛设尾锚，或将绞刀桥架下放至水底定位，再抛设其他锚缆。

抛锚后，应重新定位、校正船位，确认绞刀处于挖槽起点位置。

3.绞刀选用

绞刀是绞吸挖泥船直接挖掘土的重要挖泥部件，安装在绞刀架的最前端，其作用是通过旋转切割水底的土，使之变形而破碎，并使破碎的泥土（砂、石）与水相混合，送往吸泥口。绞刀主要类型有：开式绞刀、闭式绞刀、齿式绞刀、冲水式绞刀、斗轮式绞刀、立式绞刀等，绞刀主要类型和适用性能较好的土质见表5-3。