耙吸式挖泥船施工最佳裝艙溢流時(shí)間的確定

陳亮

摘 要：裝艙施工是耙吸式挖泥船最常用的主要施工方法，其施工效率與土質(zhì)、拋泥區(qū)距離、裝艙溢流時(shí)間等有關(guān)，確定最佳裝艙溢流時(shí)間不僅可以提高耙吸船的施工效率，還可以極大的降低工程施工成本。結(jié)合欽州30萬噸進(jìn)港航道工程Ⅱ標(biāo)段的施工實(shí)例，通過施工船舶的數(shù)據(jù)分析，簡要介紹最佳裝艙溢流時(shí)間的計(jì)算。

關(guān)鍵詞：耙吸船 航道施工 裝艙溢流時(shí)間

工程概況

欽州30萬級(jí)進(jìn)港航道工程Ⅱ標(biāo)段，樁號(hào)為K20+475.713～K26+157.121。本標(biāo)段航道長度約5.681km。航道有效底寬320m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-21m（當(dāng)?shù)乩碚摶鶞?zhǔn)面）。邊坡：淤泥層邊坡為1：7，其他邊坡為1：5。土質(zhì)主要有：淤泥、粉砂、中砂、粉質(zhì)粘土。

本工程施工區(qū)域在外海，船舶滿載吃水、航行、調(diào)頭的水深均滿足要求，有指定的拋泥區(qū)，根據(jù)這些特點(diǎn)選用耙吸式挖泥船裝艙施工較為合適，耙吸式挖泥船的施工效率與土質(zhì)、拋泥區(qū)距離、溢流時(shí)間等有關(guān)，確定最佳裝艙溢流時(shí)間可以提高耙吸船的施工效率，可以極大的降低工程施工成本。結(jié)合耙吸式挖泥船“長鯨1”在欽州30萬噸進(jìn)港航道施工工程Ⅱ標(biāo)段的施工實(shí)例，通過分析耙吸式挖泥船“長鯨1”的施工數(shù)據(jù)，簡要介紹最佳裝艙溢流時(shí)間的計(jì)算。

耙吸式挖泥船施工流程

船舶進(jìn)入施工區(qū)，航速降低2-3kn（航速根據(jù)土質(zhì)調(diào)整），開始在規(guī)定的施工段下耙疏浚，由泥泵將疏浚物輸送到艙艙內(nèi)，等到裝滿泥艙時(shí)，較粗顆粒的泥砂和土塊會(huì)很快沉淀，細(xì)顆粒泥砂會(huì)從溢流筒處開始溢流排出艙，待到較為合適的溢流時(shí)間后，起耙提高航速航行，接近拋泥區(qū)的位置時(shí)，降低航速直至停船，打開泥門開始拋泥，之后提高航速航行至施工區(qū)，準(zhǔn)備下耙施工。

施工流程圖如下：

合理的艙容控制

當(dāng)挖泥船的泥艙設(shè)有幾檔艙容或艙容可連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)，根據(jù)疏浚土質(zhì)選擇合理的艙容，以達(dá)到最佳的裝艙量。合理的艙容可按下式進(jìn)行計(jì)算：

V=W/γm

式中：V—選用的艙容（m3）；W—泥艙的設(shè)計(jì)凈裝載量（t）；γm—泥艙內(nèi)沉淀泥砂的平均密度（t/ m3）。γm可通過試挖或取土樣做沉降試驗(yàn)確定或參考下表取值。

本工程的土質(zhì)，上層為淤泥層；中上層為粉砂；中下層為中砂；下層為粉質(zhì)粘土。根據(jù)土質(zhì)情況，按照下表或通過取樣做沉淀實(shí)驗(yàn)確定選取不同的泥艙內(nèi)沉淀泥砂的平均密度，如果按照下表，當(dāng)開挖淤泥層時(shí)，γm取1.10-1.25；當(dāng)開挖粉砂層時(shí)，γm取1.10-1.3；當(dāng)開挖中砂時(shí)，γm取1.5-1.6；當(dāng)開挖粉質(zhì)粘土?xí)r，γm取1.10-1.3；根據(jù)不同的土質(zhì)的情況，確定最佳的裝艙量。

耙吸船裝艙土方量的計(jì)算

耙吸船裝艙土方量計(jì)算可以通過挖泥船挖泥后滿載排水量和挖泥船挖泥前空載開泥門排水量的變化，結(jié)合土質(zhì)的天然密度及當(dāng)?shù)氐乃芏惹蟮谩?/p>

船舶裝艙土方量計(jì)算公式：

式中：q1-船舶泥艙裝載土方量（m3）；Gm-挖泥船挖泥后滿載排水量（t）；G0-挖泥船挖泥前空載開泥門排水量（t）；rw-當(dāng)?shù)厮拿芏龋╰/m3）；q-泥艙艙容（m3）；rs-土體的天然密度。

注：船載土方量計(jì)算公式引用自《疏浚工程技術(shù)規(guī)范》JTJ-319-1999附錄C[C.0.2.2公式]。

根據(jù)此公式，再結(jié)合欽州30萬噸級(jí)進(jìn)港航道工程Ⅱ標(biāo)段的施工土質(zhì)情況，即可求得船舶的泥艙裝載土方量。Gm 、G0通過船舶吃水深度可以在船舶手冊中查詢相應(yīng)的排水量，q根據(jù)溢流筒的高度可以在船舶手冊中查詢對(duì)應(yīng)的艙容。在耙吸式挖泥船 “長鯨1”施工中砂土質(zhì)時(shí)，根據(jù)中砂的艙內(nèi)沉淀平均密度，算出最佳艙容量，根據(jù)最佳艙容量設(shè)定耙吸式挖泥船 “長鯨1”的溢流筒高度，溢流筒高度定在9.6米，當(dāng)?shù)厮芏萺w取1.025t/m3，中砂的天然土體密度rs取1.9t/m3。根據(jù)以上公式計(jì)算，耙吸式挖泥船“長鯨1”在施工中砂土質(zhì)時(shí)的船載土方量匯總?cè)缦拢?/p>

耙吸式挖泥船“長鯨1”船載土方量

最佳裝艙溢流時(shí)間確定

耙吸式挖泥船裝艙施工生產(chǎn)率的高低不僅僅取決于獲得的最大可能的裝艙土方量，而且還取決于一個(gè)挖泥循環(huán)的總時(shí)間，即循環(huán)周期，因而，裝艙溢流時(shí)間的長短，不能完全從獲得最大可能裝艙土方量來決定，否則，可能招致生產(chǎn)率反而低落的效果。船載土方量與循環(huán)周期的比值為最大時(shí)，表示此時(shí)在單位時(shí)間里船載土方量最大，此時(shí)的裝載溢流時(shí)間即為最佳的裝艙溢流時(shí)間。或者可以這樣理解，裝艙溢流時(shí)間短，在單位時(shí)間內(nèi)裝載船數(shù)就多，反之裝艙溢流時(shí)間長，在單位時(shí)間內(nèi)裝載船數(shù)就少。當(dāng)在單位時(shí)間內(nèi)，船載土方量與船數(shù)的乘積為最大時(shí)，此時(shí)船載土方量所對(duì)應(yīng)的裝載溢流時(shí)間為最佳的裝艙溢流時(shí)間。最佳裝艙溢流時(shí)間可參照下圖裝艙溢流時(shí)間與裝艙量曲線示意圖確定，圖中縱軸OH為裝艙土方量與實(shí)際使用艙容之比，橫軸AB為一次裝船拋泥循環(huán)總時(shí)間。OCD為裝艙土方量實(shí)得過程曲線。作經(jīng)過A點(diǎn)的直線與OCD曲線相切于D點(diǎn)，BD/AB即為工作小時(shí)生產(chǎn)率，比值越大，生產(chǎn)率越高，切點(diǎn)D在橫軸上所示時(shí)間OB，即為最佳的裝艙溢流時(shí)間。

根據(jù)施工船舶耙吸式挖泥船“長鯨1”的施工數(shù)據(jù)建立坐標(biāo)系，正橫軸方向：裝載、溢流時(shí)間；負(fù)橫軸方向：航行、拋泥及轉(zhuǎn)頭時(shí)間；豎軸方向：裝載土方量（因溢流筒高度未改變，所以實(shí)際使用的艙容沒有改變）。將數(shù)據(jù)以散點(diǎn)的形式在坐標(biāo)系中體現(xiàn)，然后根據(jù)這些點(diǎn)繪制趨勢線，從上述數(shù)據(jù)可以看出航行、拋泥等時(shí)間大約需100分鐘。從點(diǎn)（-100，0）劃一條直線與趨勢線相切（如下圖），相切于A點(diǎn)，A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的裝艙溢流時(shí)間為84分鐘，此時(shí)間為最佳的裝艙溢流時(shí)間，對(duì)應(yīng)的船載土方量約為3450m3。從下圖中可以看出A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的船載土方量不是最大，但在一個(gè)循環(huán)周期中，所得的總土方量卻是最大值。

結(jié)語

確定最佳裝艙溢流時(shí)間能有效提高耙吸式挖泥船施工的生產(chǎn)效率，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。

當(dāng)施工條件發(fā)生變化時(shí)，最佳裝艙溢流時(shí)間也會(huì)發(fā)生變化，如土質(zhì)、拋泥區(qū)等。這時(shí)要根據(jù)變化的施工條件，重新調(diào)整最佳裝艙時(shí)間。

對(duì)細(xì)粉沙、未固結(jié)淤泥或浮泥為主的短時(shí)間內(nèi)不宜沉淀的土質(zhì)，可以在挖泥開始前，先用抽艙方法，將艙內(nèi)存水盡量排出，勿使進(jìn)艙泥漿受到稀釋，這樣可以減少最佳裝艙溢流時(shí)間。

采用裝艙溢流時(shí)，還應(yīng)考慮其影響及效果，譬如：對(duì)現(xiàn)行挖槽下游側(cè)挖槽部分或下游深槽造成回淤泥影響；對(duì)附件港口、航道、錨地造成影響；附件有無水產(chǎn)養(yǎng)殖場；對(duì)施工水域有無水質(zhì)混合濁度、溶解氧的特殊要求等。

（作者單位：長江南京航道工程局）endprint