小容量排泥場(chǎng)對(duì)挖泥船的施工影響

時(shí)培強(qiáng)，曾凡虎，張思蜜

（山東水利建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 272400）

小容量排泥場(chǎng)對(duì)挖泥船的施工影響

時(shí)培強(qiáng)，曾凡虎，張思蜜

（山東水利建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 272400）

本文介紹了挖泥船的有效運(yùn)轉(zhuǎn)工況，分析了排泥場(chǎng)容積對(duì)挖泥船作業(yè)的影響，提出了圍堰排空延長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間的具體措施。

絞吸式挖泥船作業(yè)開挖平整，效率高，成本低，易管理。缺點(diǎn)是必須配備合適的排泥場(chǎng)，排泥場(chǎng)容積不足將極大影響挖泥船作業(yè)，致使施工中斷，泥漿流失，污染和淤塞周邊排水通道等問(wèn)題。因此，制定施工方案時(shí)，必須綜合考慮挖泥船、圍堰等工況。

1　挖泥船有效運(yùn)轉(zhuǎn)工況

挖泥船排泥是借助高壓高速水流的攜帶能力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而這種能力與流速和壓力密切相關(guān)。一般來(lái)講流速越快壓力越高排泥越順暢；同時(shí)消耗能量也多，經(jīng)濟(jì)性變差。挖泥船正常運(yùn)行時(shí)壓力和流速是相對(duì)穩(wěn)定的，影響工作效率的主要在含泥量，含泥量變化范圍較大，傳統(tǒng)絞吸式挖泥船運(yùn)行時(shí)含泥量約在8%至12%，顯然后者是前者的1.5倍工效，此時(shí)油耗等指標(biāo)是沒有太大差別的。

在設(shè)備工況相似的前提下，許多因素會(huì)影響到泥漿濃度。如管線長(zhǎng)度，揚(yáng)程損失，操作人員技能等，會(huì)影響泥漿濃度；絞刀開挖采掘能力也會(huì)直接影響泥漿濃度，這些因素施工方可以通過(guò)管理和技術(shù)手段進(jìn)行控制。而有些條件是施工方難以克服的，比如排泥場(chǎng)大小。如果容積太小，數(shù)小時(shí)內(nèi)圍堰充滿，排水口不能及時(shí)騰出足夠容積，施工將無(wú)法維持，挖泥船將不得不暫停施工。挖泥船開機(jī)需準(zhǔn)備時(shí)間：預(yù)熱設(shè)備，排空空氣，絞刀下放；挖泥船停車時(shí)需要整理時(shí)間：絞刀抬起，泥漿排空，定位樁調(diào)整。這些過(guò)程中挖泥船是不能進(jìn)行開挖作業(yè)的，是必要的無(wú)效時(shí)間。

2　排泥場(chǎng)容積對(duì)挖泥船作業(yè)的影響

以200 m3/h絞吸式挖泥船為例，泥漿濃度10%，泥泵流量2 000 m3/h，10 h排出2萬(wàn)m3泥漿。假如排泥場(chǎng)容量為4萬(wàn)m3，則20 h充滿，理想狀態(tài)下200 h工作完成。若設(shè)備最大含泥量12%，由于設(shè)備不可能連續(xù)作業(yè)，就會(huì)產(chǎn)生無(wú)效作業(yè)時(shí)間，假設(shè)無(wú)效時(shí)間為10%，則實(shí)際用時(shí)時(shí)間185 h，含泥量為10.8%；若無(wú)效時(shí)間為20%，則實(shí)際用時(shí)為208 h，實(shí)際含泥量為9.6%；若無(wú)效時(shí)間為30%，則實(shí)際用時(shí)為238 h，實(shí)際含泥量為8.4%；若無(wú)效時(shí)間為40%，則實(shí)際用時(shí)為278 h，實(shí)際含泥量為7.2%。無(wú)效運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間并非完全無(wú)效，通常是準(zhǔn)備時(shí)間，沖水時(shí)間，換樁時(shí)間等。一般情況下，運(yùn)行中斷時(shí)間越頻繁，需要的輔助時(shí)間越多，油耗大，含泥量低，越不經(jīng)濟(jì)。

4萬(wàn)m3排泥場(chǎng)，20 h后充滿后，退水流量迅速增加，假定2 h進(jìn)水與出水平衡。出水量峰值達(dá)到2 000 m3，此時(shí)泥漿以最短路徑排出，流速極快，幾分鐘就能通過(guò)圍堰排出。流速快，除粗顆粒外，泥漿不會(huì)沉淀，時(shí)間短，也沒有沉淀時(shí)間，泥漿幾乎全部流失，這對(duì)于疏?；虼堤钍┕?，是不允許的。因此，退水流量必須小于2 000 m3，施工中，出水流量會(huì)遠(yuǎn)低于進(jìn)水流量，到達(dá)臨界（出渾水）流量時(shí)必須停車。

把臨界流量時(shí)水位與退水口高程差設(shè)為“壅高“，產(chǎn)生“壅高”的水體容積為臨界庫(kù)容，就能計(jì)算出此時(shí)的堰內(nèi)水面面積。如臨界庫(kù)容3 000 m3，則0.3 m雍高水面積為3 000/0.3=10 000 m2；若壅高為0.3 m，實(shí)際圍堰水面積6 000 m2，則實(shí)際臨時(shí)庫(kù)容只有1 800 m3。由于排水流量是以倒拋物線形式增長(zhǎng)，則到達(dá)峰值流量前，退水量要小于進(jìn)水量的一半。所以，到達(dá)峰值流量時(shí)間（少于）為：1 800/2 000*1.5=1.35 h；1.35 h入庫(kù)水體積大于2 000*1.35=2 700 m3；1.35 h前，必須停車。

當(dāng)水面積縮小3 000 m2時(shí)，同樣雍高0.3 m則臨時(shí)庫(kù)容為900 m3。到達(dá)峰值流量時(shí)間（少于）為：900/2 000*1.5=0.675 h，即40.5 min，入庫(kù)泥漿體積為2 000*0.675=1 350 m3?？鄢_車前準(zhǔn)備10 min及停車前整理10 min，有效運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)只有20 min，無(wú)效時(shí)間占50%，基本上不能施工。若要施工，則必須先騰庫(kù)容然后施工，水滿即停，否則就有潰堰危險(xiǎn)。

3　采用排空法延長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間

水滿即停的施工模式按照0.3的“壅高”來(lái)計(jì)算，臨界運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)設(shè)為40 min，則最小水面積為：2 000*2/3/0.3=4 444 m2（按照0.2 m“壅高”計(jì)算則需面積為6 667 m2，即大約80 m*80 m）。退水口設(shè)計(jì)成可調(diào)型式。水流增大（出渾水）則加0.2 m高，持續(xù)增高1 m，堰容則增加4 444 m3可調(diào)堰容，這就能保障挖泥船3個(gè)小時(shí)的正常施工。

常規(guī)圍堰堰高一般不超過(guò)3 m，排泥場(chǎng)面積20 000 m2時(shí)，最大堰容6萬(wàn)m3。保留1 m高程作為可調(diào)范圍。可調(diào)庫(kù)容能維持30 000 m3進(jìn)水連續(xù)作業(yè)，約20 000 m3留在堰內(nèi)，不到10 000 m3從退水口流出，能維持作業(yè)15 h。實(shí)際施工時(shí)，不會(huì)讓退水流量到達(dá)極限流量，這樣會(huì)造成較多土方流失，出口截面確定后，退水流量基本為恒定值，到達(dá)此流量應(yīng)立即加高圍堰出口降低流量，因此退水水量在施工中可增加的庫(kù)容相對(duì)較小，平均流量要小于極限流量的1/2。假如可控流量為800 m3/h，則留庫(kù)凈流量為1 200 m3/h，20 000/1 200=16.7 h，可控流量16.7 h達(dá)到峰值。騰空庫(kù)容操作水位1 m，20 000 m2水面可滿足16.7 h連續(xù)作業(yè)。

排泥場(chǎng)面積10000m2以下，調(diào)控堰容1萬(wàn)m3，10 000/1 200=8.3 h，可控流量8.3 h達(dá)到峰值。騰空庫(kù)容操作水位1 m，10 000 m2水面可滿足挖泥船8.3 h連續(xù)作業(yè)。

排泥場(chǎng)面積5 000 m2以下，堰容5 000 m3，5 000/1 200=4.2 h，可控流量4.2 h達(dá)到峰值。騰空庫(kù)容操作水位1 m，5 000 m2水面可滿足4.2 h連續(xù)作業(yè)。按壅高0.2 m計(jì)算5 000*0.2/1200=0.83 h，此時(shí)臨界出水為50 min，停車重啟時(shí)長(zhǎng)約20分，時(shí)間利用率為（50-20）/50=60%，泥漿流失嚴(yán)重，平均含泥量難以超過(guò)7%，極為不經(jīng)濟(jì)。

若要減少土方流失，退水口流量則要進(jìn)一步減小，減低流速來(lái)減少退水?dāng)y沙量。比如流量減少到400 m3/h，水面壅高0.1 m（退水量不足，泥漿沉淀后可加寬溢流面或增加退水口），那么圍堰過(guò)流條件將改變：

排泥場(chǎng)面積20 000 m2，退水流量為400 m3/h，則留庫(kù)流量為1 600 m3，20 000/1 600=12.5 h，騰空庫(kù)容操作水位1 m，20 000 m2水面可滿足12.5 h連續(xù)作業(yè)。

排泥場(chǎng)水面積10 000 m2，堰容1萬(wàn)m3，10 000/1 600=6.25 h，10000*0..1/1 600=0.625 h，滿庫(kù)后流量0.625 h（37.5 min）達(dá)到峰值（經(jīng)濟(jì)峰值）。騰空庫(kù)容操作水位1 m，10 000 m2水面可滿足6.25 h連續(xù)作業(yè)。

排泥場(chǎng)面積5 000 m2以下，堰容5 000 m3，溢流堰加高到頂點(diǎn)時(shí)，充滿水后可調(diào)庫(kù)容約2.5 h出水，保留退水，連續(xù)作業(yè)時(shí)長(zhǎng)5 000/1 600=3.125 h，5 000*0.1/1 600=0.31 h，此時(shí)臨界出水為18 min，停車重啟時(shí)長(zhǎng)約20 min，來(lái)不及挖土作業(yè)，圍堰就飽和，開車就會(huì)流失土方，必須再次騰空庫(kù)容。

4　結(jié)語(yǔ)

當(dāng)圍堰容積小，制約連續(xù)施工時(shí)，不要勉強(qiáng)施工，應(yīng)設(shè)法排空圍堰，最好采用可調(diào)堰頂控制圍堰排空。同時(shí)可采取如下措施，延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，提高挖泥船工作效率：1）改善絞刀采掘工藝，提高泥漿濃度；2）及時(shí)排空圍堰，降低吹填中心區(qū)域坡度，使泥漿均勻分布；3）增加排空次數(shù)，縮短泥漿脫水凝聚時(shí)間。

（責(zé)任編輯遲明春）

TV85

B

1009-6159（2016）-05-0030-02

2015-08-14

時(shí)培強(qiáng)（1977—），男，工程師