潮流作用下疏浚吹填排泥管線輸送技術(shù)優(yōu)化

◎ 黃文強(qiáng) 中交華南交通建設(shè)有限公司

對航道清淤和港口擴(kuò)建進(jìn)行施工時(shí)，可以通過疏浚吹填，將河底和航道的泥漿，轉(zhuǎn)填到陸域不足的回填區(qū)，解決環(huán)境污染和造陸施工浪費(fèi)等問題，因此，對吹填排泥管線輸送技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。國外排泥管線運(yùn)輸技術(shù)研究較為成熟，在管線輸送中加入氣體，使其在湍流流態(tài)下減阻，在層流狀態(tài)下增阻，分析管線輸送的影響因素和阻力特性，計(jì)算氣-液-固三相流動(dòng)管線阻力，確定阻力特性的損失機(jī)理和變化規(guī)律，將高壓氣體作為輸送動(dòng)力，對粒徑較小的固體顆粒進(jìn)行吹送，使淤泥輸送效率在臨界值浮動(dòng)。國內(nèi)排泥管線運(yùn)輸技術(shù)研究同樣取得較大進(jìn)展，推導(dǎo)管線內(nèi)淤泥的流變屬性，分析層流的非牛頓流懸浮液，建立管線加氣輸送裝置，加入減小阻力的添加劑，使其附著在淤泥粒子表層，使管線內(nèi)部空氣以塞柱形式存在，減少與管線內(nèi)壁的摩擦，計(jì)算輸送壓力梯度比值，確定輸送過程的加氣增阻和加氣減阻。結(jié)合以上理論，提出潮流作用下疏浚吹填排泥管線輸送技術(shù)優(yōu)化方法。

1.疏浚吹填排泥管線輸送技術(shù)優(yōu)化方法設(shè)計(jì)

1.1 布設(shè)疏浚吹填排泥管線

劃分疏浚吹填施工區(qū)域，根據(jù)水流條件布設(shè)排泥管線。首先使用GPS定位工程水域，進(jìn)行初步清淤處理，然后勘察排泥管線的施工區(qū)域，包括地質(zhì)、氣候、水文等，在施工平面上選擇多條較短的排泥管線，將排泥管線劃分為岸上管線、水面管線、水下管線三種，逐段組合優(yōu)化各條管線，選定一條遠(yuǎn)距離的最優(yōu)線路，再通過船運(yùn)、人力推運(yùn)、車運(yùn)、水上拖帶等方式，將管線送達(dá)各施工區(qū)域，連接管線與挖泥船，其中水面管線布設(shè)于挖泥船后部，作為挖泥船開挖行進(jìn)的移動(dòng)儲備，水下管線布設(shè)于水體底部，降低對周邊環(huán)境的影響，最后將岸上管線架設(shè)在地面，連接陸上的泵站，對管線中的泥漿加壓。綜合考慮潮位變化、圍堰面積、吹填高程等勘察參數(shù)，進(jìn)一步精確定位排泥管線位置，合理布置吹填區(qū)的排水口，根據(jù)施工區(qū)域水流條件，布設(shè)絞吸式挖泥船，開挖施工區(qū)域中，排泥管線相對應(yīng)的運(yùn)砂通道和砂坑，使管線能夠直線連接到吹填區(qū)，其中排泥管線通過岸管、沉管、浮管組成，岸管長度根據(jù)吹填進(jìn)度確定，沉管和岸管的連接處，選取橡膠管進(jìn)行柔性連接，選取吹填區(qū)圍堰的水陸管進(jìn)行架頭連接，再通過橡膠管，對岸管和浮管進(jìn)行弧形連接，使沉管接入上岸直至吹填區(qū)，使挖泥船經(jīng)由連接浮管，能夠連到沉管。至此完成疏浚吹填排泥管線的布設(shè)。

1.2 優(yōu)化排泥管線輸送施工流程

采用加壓泵接力的方式，優(yōu)化排泥管線輸送的施工流程，對排泥管線進(jìn)行同時(shí)作業(yè)，輸送底泥。在挖泥船上安裝HYPACKMAX軟件，實(shí)時(shí)存儲排泥管線輸送數(shù)據(jù)，在緊鄰河道處修建下水平臺，采用粘土填筑下水平臺區(qū)域，并用推土機(jī)整平，振動(dòng)碾壓碎石等尖銳物，在平臺上鋪設(shè)多條氣囊，以此保證平臺表面光潔，且平臺承載力能夠滿足絞吸船組裝要求，進(jìn)而減小絞吸船與地面的摩擦力。挖泥船下水后，采用對稱鋼樁橫挖法，使絞吸挖泥船對準(zhǔn)挖槽中心線，定位橫移擺動(dòng)中心，下放挖泥船至河底，由于底泥排距要超過設(shè)備最遠(yuǎn)排距，因此采用開敞式的接力輸泥方式，使用鋼板和防滲土工布，嚴(yán)格密封泥砂的集漿池，將絞刀頭作為挖泥器具，使用真空泵抽砂泥，旋轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)動(dòng)液壓馬達(dá)，使絞刀頭可以破土，且能夠進(jìn)入河底的挖泥層，然后交替收換絞刀架前部的龍須攬，換樁前移鋼樁的副樁，左右擺動(dòng)挖泥船進(jìn)而挖泥[5]。采用吊拖方式，確保挖泥船能夠沿下水坡道直線行進(jìn)，同時(shí)保持定位樁、和拖帶前油缸在水平狀態(tài)，對挖泥層進(jìn)行分層開挖，根據(jù)回填區(qū)吹填土的施工情況、以及挖泥船挖到的土質(zhì)，控制挖泥層的開挖厚度，當(dāng)一層挖泥層開挖后，再沿潮流方向分條開挖，使分條寬度小于挖泥船最大挖寬，避免出現(xiàn)漏挖現(xiàn)象，最后利用絞吸船輸出泵，使泥砂能夠通過陸地管線和浮管，運(yùn)輸?shù)绞┕^(qū)域的回填區(qū)。至此完成排泥管線輸送施工流程的優(yōu)化，完成潮流作用下疏浚吹填排泥管線輸送技術(shù)優(yōu)化方法設(shè)計(jì)。

表1 疏浚吹填施工參數(shù)

表2 淤泥密度變化對比結(jié)果

2.實(shí)驗(yàn)論證分析

通過對比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究方法的性能，將此次設(shè)計(jì)方法記為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)疏浚吹填排泥管線輸送技術(shù)優(yōu)化方法記為對照組。選取一疏浚工程作為實(shí)驗(yàn)對象，該工程區(qū)域內(nèi)疏浚土層類型為黏土和淤泥，海域流水急、潮差大，排泥管線鋪設(shè)難度較大，施工絞吸挖泥船型號分別為7025型3500m3/h、8527型4500m3/h，配備1艘交通船和1艘錨船，根據(jù)水流條件，南北向布設(shè)挖泥船，具體施工參數(shù)如表1所示。

排泥管線充滿后，由左向右輸送淤泥，實(shí)時(shí)采集淤泥在管線中的橫截面分布圖像，觀測兩組優(yōu)化方法作用下，輸送淤泥和黏土的橫截面濃度，比較淤泥密度隨時(shí)間的變化情況，實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果如表2所示。

由上表可知，經(jīng)過一段輸送時(shí)間后，淤泥和黏土濃度有所下降，排泥管線內(nèi)的沉積層厚度也隨之減小，且實(shí)驗(yàn)組在各輸送時(shí)間段內(nèi)，其淤泥橫截面密度一直小于對照組，在200～2000s內(nèi)，管線淤泥平均密度為0.440kg/m3，對照組淤泥平均密度為466kg/m3，相比對照組，實(shí)驗(yàn)組淤泥橫截面密度降低了0.026 kg/m3，提高了排泥管線輸送效率。

3.結(jié)束語

此次研究對疏浚吹填排泥管線輸送技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，充分保證了排泥管線輸送效率。但此次研究仍存在一定不足，在今后的研究中，會對淤泥阻力特性和流態(tài)變化進(jìn)行深入分析，采集管線各處的速度和壓力等參數(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)增排泥管線的管徑適用范圍。