奧里諾科工程施工控制及量艙效率的提高

凌 杰 白 軍

一、引言

奧里諾科航道疏浚維護(hù)工程是中交集團(tuán)疏浚行業(yè)的一項(xiàng)重要工程，也是上海航道局拓展海外市場(chǎng)、將疏浚市場(chǎng)國(guó)際化中不可或缺的一部分。施工效率將直接影響企業(yè)的效益，為提高自航耙吸式挖泥船的施工效率，首先需對(duì)各個(gè)相關(guān)挖泥參數(shù)進(jìn)行最佳控制，同時(shí)施工工藝和設(shè)備狀態(tài)也至關(guān)重要。本文將針對(duì)奧里諾科航道疏浚工程分析自航耙吸挖泥船的施工控制和提高量艙效率的措施，以期為同類船舶施工作業(yè)提供參考。

圖1 奧里諾科外航道示意圖

二、工程概況

（一）航道尺度

奧里諾科航道疏浚工程分為外航道和內(nèi)航道，圖1為該航道外航道示意圖，航道全長(zhǎng)196海里，為單向航道，其中外航道全長(zhǎng)42海里，范圍0.0～42.0海里，設(shè)計(jì)底寬122米，疏浚維護(hù)深度-13.4米，內(nèi)航道全長(zhǎng)154海里，范圍42.0～196.0海里，內(nèi)航道需要疏浚的區(qū)段有12個(gè)，設(shè)計(jì)底寬91米到200米不等，除了Curiapo段維護(hù)疏浚深度為-13.4米，其余區(qū)段維護(hù)疏浚深度均為-10.4米。

（二）水文環(huán)境及土質(zhì)情況

1. 內(nèi)航道

內(nèi)航道主要為單向徑流，流速2.5～3.0節(jié)，航道狹長(zhǎng)，施工區(qū)域分散，淺灘，彎道多，流向復(fù)雜多變。每年存在雨季和旱季，一年內(nèi)水位變化很大，4月至8月流量增加，9月至翌年3月流量減少，月水位最高，部分施工區(qū)段可達(dá)10.9米，3月水位最低，部分施工區(qū)段只有1.4米。內(nèi)航道土質(zhì)多為近期沉淀的物質(zhì)，主要有暗色粉沙、帶有少量淤泥的黃色細(xì)沙、中沙。

2. 外航道

外航道呈半日潮，最大潮差1.98米，水流為往復(fù)流，一般流速2.5節(jié)，最大達(dá)到3.5節(jié)。偶爾出現(xiàn)海霧或薄霧，一般不會(huì)影響航行和施工，在口門處會(huì)出現(xiàn)適度的浪，來(lái)自東北方，最高時(shí)達(dá)3.05米，一般出現(xiàn)在12月，并低于4%，1月至4月，浪高在0.6～0.9米，浪向?yàn)槲髂?，風(fēng)向主要為東-東北風(fēng)，風(fēng)速4.2～5.6米/秒。外航道土質(zhì)上層主要以浮泥、淤泥為主，河床底質(zhì)為含松散鈣質(zhì)物的黏質(zhì)粉土、粉沙。

三、施工工藝

“新海?！陛喪且凰胰f(wàn)方自航耙吸式挖泥船，艙容10 508立方米，雙機(jī)、雙槳帶導(dǎo)流罩帶球鼻首，圖2所示為該輪船貌。該輪可在無(wú)限航區(qū)航行，沿海航區(qū)作業(yè)，當(dāng)以“作業(yè)吃水”航行作業(yè)時(shí)，船舶滿足距岸20海里以內(nèi)航行施工，同時(shí)滿足船級(jí)社規(guī)定的最大風(fēng)速13.8米/秒、有義波高2.0米的條件下航行施工。主要用于長(zhǎng)江口疏浚工程，并兼顧國(guó)內(nèi)外類似工況條件的航道疏浚，載泥量約13 775噸，雙耙最大挖深為32米。

圖2 萬(wàn)方自航耙吸式挖泥船“新海?！陛?/p>

（一）施工流程

我輪主要采用裝艙溢流施工的方法，即針對(duì)泥土主要采取挖、運(yùn)、拋的方式，達(dá)到均勻增深的目的[1]，圖3為其具體施工流程。

圖3 施工流程示意圖

（二）挖泥控制

1. 挖泥船速的控制

奧里諾科河內(nèi)航道土質(zhì)以細(xì)沙、中細(xì)沙為主，且施工區(qū)段比較分散、狹長(zhǎng)?？紤]到單船次的施工時(shí)間、施工趟數(shù)、軌跡線要求及流壓等工況，船速過(guò)快可能會(huì)導(dǎo)致降低裝艙效果，反而影響了土方裝載量。船速過(guò)慢導(dǎo)致施工時(shí)間較長(zhǎng)，挖泥效率降低，且易超挖超深，影響平整度。經(jīng)多天多船次的施工摸索總結(jié)，內(nèi)航道挖泥船速控制在1.0～3.0節(jié)，其施工要求都能滿足，且單船土方量較高，施工效果較好。

外航道存在許多黏土與細(xì)沙的混合絮狀物，土密度在1.3～1.7噸/立方米范圍內(nèi)變化，會(huì)形成靜止懸浮層，給船舶航行帶來(lái)困難。外航道以每1.7海里為一施工小段，受裝艙溢流時(shí)間必須在30～35分鐘間的限制，船速必須控制在2.8～4.0節(jié)內(nèi)，表1所示為各段施工最佳挖泥船速。

表1 “新海?！陛喐鞫问┕ぷ罴淹谀啻?kn

2. 泥泵轉(zhuǎn)速

我輪泥泵為無(wú)極調(diào)速泥泵，正常運(yùn)轉(zhuǎn)下轉(zhuǎn)速為178轉(zhuǎn)/分，泥泵吸入真空最高可達(dá)0.8巴。外航道泥漿濃度計(jì)顯示最高可達(dá)1.32噸/立方米，且較為穩(wěn)定，取樣實(shí)測(cè)濃度基本維持在1.45～1.5噸/立方米，內(nèi)航道濃度在1.25噸/立方米左右。

3. 波浪補(bǔ)償器壓力

內(nèi)航道由于土質(zhì)以沙為主，河床較為堅(jiān)硬，故左右耙頭補(bǔ)償器壓力先充至26巴，后在施工中慢慢摸索，最后將壓力調(diào)到了28巴，施工效果好。外航道土質(zhì)以浮泥、淤泥為主，依據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，將耙頭補(bǔ)償器壓力增到了32～33巴，波浪補(bǔ)償器行程較靈敏且不易悶泵，泥漿濃度較之前有所增加，施工安全得到更大程度的保障。

4. 耙唇對(duì)地角度

在操耙時(shí)，及時(shí)調(diào)節(jié)主動(dòng)耙頭對(duì)地角度，有效控制流量、流速、吸入真空，確保內(nèi)、外航道泥漿濃度分別在1.22噸/立方米和1.3噸/立方米以上，流量在4～5噸/立方米，使得施工產(chǎn)量最高。

四、外航道施工時(shí)提高量艙措施

裝艙溢流即針對(duì)泥土進(jìn)行“挖-運(yùn)-拋”的操作。外航道施工時(shí)，要求每5海里為一土方計(jì)量段，每1.7海里為一施工小區(qū)段，由于施工長(zhǎng)度的限制，裝艙溢流時(shí)間必須控制在30～35分鐘以內(nèi)，想要提高單船土方量，就必須在有限的時(shí)間里盡量多裝土方，以此達(dá)到提高施工效率的目的。

（一）原裝艙工藝及存在的問(wèn)題

初期采用的是比較傳統(tǒng)的裝艙方法，即在進(jìn)艙前直接將左、右溢流筒升至最高限位，由于外航道土質(zhì)以浮泥、淤泥帶塊為主，前、后進(jìn)艙閘閥開(kāi)啟后幾乎不進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種方式的裝艙效果較差（浮泥，淤泥滿艙后沉淀效果差），即使適當(dāng)增加溢流時(shí)間，也是一樣的效果。

奧里諾科工程不同于其他工程，它需要進(jìn)行量艙工作，量艙的好壞直接影響到了最終土方量。由于船舶抽艙時(shí)無(wú)法將泥艙內(nèi)的水全部抽凈，且在挖泥的過(guò)程中，閘閥沖洗水也會(huì)流入泥艙，邊線施工偶爾還會(huì)出現(xiàn)一定程度的壓耙、悶泵現(xiàn)象，這時(shí)就不得不拎耙，使得一部分低濃度泥漿甚至清水被打進(jìn)泥艙。滿艙后，由于泥艙上部橫梁的阻擋作用，低濃度泥漿以及從泥艙底部翻滾上來(lái)的水就被擋在橫梁與橫梁之間，無(wú)法通過(guò)溢流井溢流出去，如圖4所示。進(jìn)而導(dǎo)致量艙時(shí)，各個(gè)量艙孔量出來(lái)的數(shù)據(jù)差異大，平均下來(lái)計(jì)算出的土方量未能達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，挖泥效率不理想。

圖4 橫梁阻擋后上層低濃度泥漿無(wú)法溢流

（二）探索如何提高量艙效果

面對(duì)量艙效果不好的問(wèn)題，主要從控制減少清水注入量和裝艙工藝兩個(gè)方面進(jìn)行了整改，但船舶上大型設(shè)備重量的分布，淡水艙、燃油艙的庫(kù)存影響著船舶傾斜度，同樣對(duì)量艙存在一定的影響，在這些方面都應(yīng)引起注意，滿載量艙前盡量將船舶保持在平吃水狀態(tài)。

1. 控制閘閥沖洗水進(jìn)入艙內(nèi)

當(dāng)施工中出現(xiàn)壓耙、悶泵現(xiàn)象時(shí)，為了保證施工及設(shè)備安全，不得不選擇拎耙，所以這部分低濃度泥漿或清水進(jìn)入艙內(nèi)是無(wú)法避免的。只有在施工的30～35分鐘之內(nèi)，嚴(yán)格控制閘閥沖洗水的排入，盡量減少清水的注入量，才能較好地保證艙內(nèi)濃

圖5 閘閥沖洗水改造工程

2. 裝艙工藝的改進(jìn)

在對(duì)閘閥沖洗水進(jìn)行改造后，對(duì)裝艙時(shí)的一些操作也進(jìn)行了改善，即對(duì)溢流井和前后進(jìn)艙閘閥進(jìn)行有效實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

首先，船舶在抽完艙后進(jìn)艙前，將溢流井放至1.5～12.0米（低于橫梁0.5～1.0米）位置，將甲板克令吊置于船首，以增加船首吃水。

然后，打開(kāi)所有進(jìn)艙閘閥開(kāi)始裝艙，待艙內(nèi)開(kāi)始溢流時(shí)，觀察船舶首吃水情況。如果首吃水大于尾吃水，可關(guān)閉前進(jìn)艙閘閥，通過(guò)后進(jìn)艙閘閥泥漿的沖擊作用，將泥艙尾部低濃度的泥漿順流慢慢地排至溢流井處，開(kāi)始初步溢流；若首吃水小于尾吃水，可適當(dāng)增加溢流井高度，只要溢流井高度低于橫梁即可，或可通過(guò)調(diào)節(jié)前、后進(jìn)艙閘閥，利用不均勻的裝載量來(lái)達(dá)到首吃水大于尾吃水的目的。

最后，當(dāng)初步溢流3～5分鐘后，升高溢流井至低于橫梁0.1～0.2米位置，進(jìn)行第二次溢流。1～3分鐘后，將溢流井升至最高限位，待滿艙后進(jìn)行最后的溢流，溢流時(shí)間在2～4分鐘。

圖6 三次溢流后上層泥漿濃度效果圖

雖然溢流總共分了三次，但總的挖泥時(shí)間仍能控制在30～35分鐘內(nèi)?？梢悦黠@看出，較之前只在最高溢流井位置溢流一次濃度有了很大的提高，艙內(nèi)低濃度泥漿幾乎全部排出，量艙效果達(dá)到最佳，圖6為三次溢流后上層泥漿濃度情況。度。雖然在短暫的施工時(shí)間里，閘閥沖洗水進(jìn)入泥艙的量不是很大，但對(duì)上層泥樣還是有一定的稀釋作用，影響量艙。所以，我船對(duì)閘閥沖洗水管路進(jìn)行了改造，將所有泥艙上部閘閥沖洗水通過(guò)新接管路直接流入左溢流井排出舷外，不再進(jìn)入泥艙。圖5所示為閘閥沖洗水改造工程。

3. 整改前、后效果分析

完成閘閥沖洗水改造并開(kāi)始實(shí)行裝艙時(shí)三次溢流法施工工藝后，整改前30天與整改后30天內(nèi)的日相關(guān)施工數(shù)據(jù)如表2所示。

將整改前30天與整改后30天內(nèi)的日相關(guān)施工數(shù)據(jù)對(duì)比分析后，得出如圖7所示的整改前后每日挖泥效率對(duì)比圖。從表2和圖7中可以明顯看出，整改后，每日的單船土方量大有增加，這說(shuō)明量艙效果較之前好，施工效率得到有效提高。計(jì)算得出，整改前一個(gè)月的挖泥效率為18 498立方米/小時(shí)，整改后一個(gè)月的挖泥效率為19 534立方米/小時(shí)，提高了5.6%。

表2 整改前、后有關(guān)土方量統(tǒng)計(jì)

五、結(jié)論

根據(jù)奧里諾科航道疏浚工程的具體特征，從挖泥船速控制、泥泵轉(zhuǎn)速、波浪補(bǔ)償器壓力和耙唇對(duì)地角度四個(gè)方面分析了施工過(guò)程中不同參數(shù)的控制，并針對(duì)以往裝艙工藝中存在量艙效果較差的實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)閘閥沖洗水改造和裝艙三次溢流法提高了量艙效率?？梢?jiàn)，只有在實(shí)踐中不斷探索，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能找到最佳的施工方法，將施工效率最大化。

[1]周福田,張賢明.水運(yùn)工程施工(港口航道與海岸工程專業(yè))[M].北京:人民交通出版社,2004:69-79．

圖7 整改前后挖泥效率對(duì)比圖