高偉，韋東

（中交天津航道局有限公司，天津 300450）

1 概述

疏浚施工首先要進行土質(zhì)勘察，并了解當?shù)氐乃摹庀笄闆r，靈活應用挖掘及泥漿輸送理論，主要包括絞刀挖掘參數(shù)的設定及離心泵的關(guān)鍵參數(shù)、泥泵、管線和柴油機等多種因素的匹配，其中應重點分析疏浚土性質(zhì)對挖掘、輸送的影響，密度與產(chǎn)量的關(guān)系，顆粒形狀、沉降速率對于流速的影響等，還應注意氣蝕產(chǎn)生的原因及預防。在充分分析疏浚施工的主要影響因素之后，設計施工總體布局，選擇疏浚施工方法，選配施工船，確定操作方式，配置挖泥設備、系統(tǒng)和部件，包括絞刀系統(tǒng)、泥泵系統(tǒng)，開始架設管線等工前準備工作，圖1為絞吸船施工現(xiàn)場。

絞吸船操作人員首先要非常熟悉本船的挖泥性能、機械狀態(tài)以及每個部位的結(jié)構(gòu)，如絞刀的直徑、吸口的隔柵形狀、泥泵流道大小、主機的轉(zhuǎn)數(shù)、負荷等，同時具備應對突發(fā)事故的能力。絞吸船操作主要涉及到絞刀、泥泵、管線、鋼樁、臺車等挖泥設備以及定位系統(tǒng)、儀表及監(jiān)控軟件等。圖2為現(xiàn)代化絞吸船挖泥操控系統(tǒng)。

圖1 絞吸船施工現(xiàn)場

圖2 先進的挖泥操控系統(tǒng)

2 疏浚土質(zhì)勘察及施工方案的確定

目前國內(nèi)疏浚企業(yè)普遍存在著對疏浚土質(zhì)不重視的情況，實際上確定土的性能指標和進行土質(zhì)分類是為了正確選擇挖泥船船型、合理安排施工工藝，這是確定船舶生產(chǎn)效率與核算施工成本的主要依據(jù)。所以疏浚工程開始就要對土質(zhì)進行深入的研究，土質(zhì)基礎(chǔ)資料的勘察、積累是長期而有意義的工作，且要有明確的針對性。挖泥船施工時，必須要有詳細的工程地質(zhì)說明書、鉆孔平面布置圖、工程地質(zhì)剖面圖、土壤實驗報告等基礎(chǔ)資料。

土質(zhì)可分為有機質(zhì)土及泥炭、淤泥、黏性土、粉質(zhì)土、砂土和碎石土等類別[1-2]。

土質(zhì)的密實程度和可挖掘的性能影響疏浚施工效率和工程成本。土質(zhì)類別不同，其切削難易程度有相當大的差別，即使是相同類別的土質(zhì)在不同的區(qū)域其抗剪強度也不盡相同。土質(zhì)決定船型、挖掘機具乃至整個開挖手段的選取。依據(jù)土質(zhì)選擇正確的施工方案是獲得較好的經(jīng)濟效益的前提[3]。

1）土質(zhì)較密實不易切削、絞刀挖掘量小于水力輸送的土方量時，則需要調(diào)整橫移速度，絞刀下放深度與進樁前移距等參數(shù)，以改善絞刀切削效果。

2）當挖掘斷面土層內(nèi)土質(zhì)過于密實時，絞刀難以切削土層，容易加劇挖泥機具磨損及使運轉(zhuǎn)設備運行工況失常，也應及時調(diào)整施工方法和工藝。

3）如果開挖土質(zhì)顆粒大，會造成泥泵及吸排管線磨損嚴重、輸送困難，除調(diào)整絞刀挖掘參數(shù)外，應及時更換適合挖掘該類土質(zhì)的絞刀。

4）開挖松軟土質(zhì)時，因土層支撐力不足，易造成漏樁現(xiàn)象。必須考慮定位樁下落方式和下落高度，對鋼樁入泥深度要合理控制，以避免溜樁。

5）錨橫移拉力與挖槽外土質(zhì)有關(guān)，土質(zhì)較松軟時可獲得較大的抓力，反之易發(fā)生走錨現(xiàn)象，加大施工輔助作業(yè)占用時間。

6）黏性土容易糊絞刀，且清理困難、利用率降低，對施工造成困難，因此應選擇適宜挖掘黏性土的絞刀。

3 絞刀防石環(huán)及吸泥口格柵的形式

不同的工況條件，要選用不同的絞刀（見圖3、圖4），例如挖掘黏土、巖石的專用絞刀，以及適用開挖松散砂土、淤泥的通用型絞刀。但是在有雜物、塊石的土質(zhì)條件下，應選擇加設防石環(huán)、吸口格柵，不然將造成堵口、堵泵以及糊絞刀等情況，嚴重影響施工進度。

圖3 挖巖專用絞刀

圖4 挖黏土專用絞刀

1）吸泥口隔柵。在吸泥口中設置兩根豎向圓鋼（或鋼板條），在兩根圓鋼的中部橫向設置一根圓鋼（或鋼板條）作為吸口的格柵，另在吸口鋼管左側(cè)內(nèi)壁順管路方向焊兩塊鋼板，從使用效果看，鋼板的格柵防石效果較好。見圖5。

圖5 圓鋼或鋼板吸泥口格柵示意圖

2）防石網(wǎng)。絞刀的防石網(wǎng)形式多樣，沒有統(tǒng)一的標準，但它在實際施工中的作用很大。其中如圖6、圖7兩種形式的效果較好，可以參照使用。

圖6 鋼板形防石環(huán)

圖7 圓鋼防石網(wǎng)

4 挖泥操作要點

在實際操作中，一般用橫移速度來控制真空值，以免產(chǎn)生震車，同時預判濃度，保持持續(xù)較高的產(chǎn)量。根據(jù)流速情況調(diào)節(jié)泥泵轉(zhuǎn)速，必要時采取降低濃度的方法使其不低于臨界流速，保持以實用流速輸送。

采取調(diào)整橫移速度、前移距及挖厚等措施，必要時調(diào)節(jié)絞刀轉(zhuǎn)數(shù)，控制絞刀的功率不超過額定負荷。橫移操作過程中應注意以下事項：

1）左右的橫移纜和錨頭纜的收放要適當，避免錨頭纜放得過多被絞刀纏繞，也不可不放錨頭纜，以免走錨。

2）注意下完橫移錨后，要下放橋梁、施加一定的拉力，一般為額定拉力的1/3～2/3，與土質(zhì)有關(guān)，第一刀橫移稍慢，來固定橫移錨，防止施工中發(fā)生走錨現(xiàn)象。

3）正常施工時，注意不要超過額定的拉力值，液壓絞車注意壓力表，電動絞車注意電流表。

4）推薦使用反張力來控制絞刀的橫移，可以保證挖泥施工的動態(tài)平穩(wěn)性，到邊線時可以較快地回擺，克服沒有反張力時的慣性力。操作的關(guān)鍵是以橫移速度來控制連續(xù)平穩(wěn)的挖泥濃度。

5）挖泥過程中，完成一個鋼樁臺車形成時要進臺車，這時，以主樁為圓心的挖泥半徑減小了一個臺車的距離，在挖泥中心線表現(xiàn)不明顯，但是開挖到邊線時，將與上一次的挖泥軌跡重合，會產(chǎn)生濃度降低的現(xiàn)象。所以，在第一刀挖泥時，要適當加快橫移速度，或者增加步進長度，以提高產(chǎn)量。

5 絞吸船的操作常見問題分析及處理措施

5.1 產(chǎn)生殘留層的原因及處理措施

施工中，如果挖掘量大于吸入量，泥層容易坍塌，產(chǎn)生殘留層。若遇有回淤較大的施工區(qū)域，較容易產(chǎn)生前挖后淤現(xiàn)象。產(chǎn)生殘留層的原因如下：

1）挖掘的土沒有全部吸入，主要是挖掘量大于吸入量，其中也有因絞刀旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的流場造成；

2）泥面破散后留下的，水流沖涮或土體滑坡造成的。

為此，需增挖一定的深度，其備淤超深量應根據(jù)施工期長短及期內(nèi)回淤量大小而定。遇到殘留層的處理方式：

1）一般情況下，由于回淤量與施工期長短成正比，故增挖備淤深度時，應考慮在施工期內(nèi)采取“先深后淺”的控制措施為宜。回淤不大時，適當超深，以保證質(zhì)量。

2）取砂施工時，當取砂厚度數(shù)倍于絞刀直徑，且土質(zhì)為松散砂時，可以利用塌坡提高濃度。但操作要謹慎，小心塌方的土層壓住橋梁，避免抗脖子現(xiàn)象。

5.2 正刀挖泥與反刀挖泥的區(qū)別及避免跑刀的措施

正刀挖泥，刀齒向下開挖（見圖8）。絞刀旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生額外的橫移力，一般情況下濃度低，在挖硬土質(zhì)時受力不好，容易跑刀。絞刀的齒有向下的力，橋梁容易向上翹。

圖8 正刀挖泥

反刀挖泥，刀齒向上開挖（見圖9）。受力較好，不易跑刀，濃度相對較高。甩出去的土，容易掉到絞刀的腔里。

避免跑刀的方法：

圖9 反刀挖泥

1）設定反張力，使絞刀在有反作用力的狀態(tài)下運動，處于一個動平衡的狀態(tài)。

2）如果達到反張力設定極限時，還是跑刀，則減小挖泥的橫移速度，適當降低絞刀轉(zhuǎn)速，或采取減小步進長度和挖泥厚度。

5.3 氣蝕產(chǎn)生的原因及避免措施

泥泵旋轉(zhuǎn)過程中，在泥泵高流速區(qū)會形成負壓，離心泵轉(zhuǎn)的越快，負壓就越大，在超過一定的限度時，溶解在液體中的空氣會逸出，形成小氣泡；當氣泡到達葉輪的外徑，即泥泵的高壓區(qū)時，氣泡破裂，當氣泡在葉輪壁面的時候，水就會對葉輪進行撞擊，產(chǎn)生較大的沖擊力，作用在葉輪上會刨出小坑出現(xiàn)麻面，產(chǎn)生坑坑洼洼的撞擊痕跡，這就是氣蝕（見圖10、圖11）。與磨損相互作用，破壞力較大。

圖10 泥泵新葉輪

避免泥泵氣蝕的有效措施是在橋架下方另安一只泥泵與之串聯(lián)，以提高挖泥濃度并減少氣蝕幾率，當真空表顯示將要達到氣蝕時，及時降低泥泵的轉(zhuǎn)速，減小挖泥濃度，必要時打開真空釋放閥。

圖11 氣蝕后的葉輪

5.4 堵管原因及避免措施

輸送泥漿管路的揚程為變量，且為輸送介質(zhì)、路由變化及泥漿性質(zhì)的函數(shù)，即：Hf=F（d50，r，v，L，D）。在管道輸送過程中，當泥泵產(chǎn)生的能量大于管路損失時，就能輸送泥漿，反之，就會降低流速來保持平衡。一旦小于臨界流速時，泥沙就會在管道內(nèi)沉積，產(chǎn)生堵管現(xiàn)象，施工中應該盡量避免發(fā)生。

在發(fā)現(xiàn)有堵管跡象時，即輸送流低于經(jīng)濟流速（即在實際施工中，高于臨界流速，磨損適當、主機不超負荷，不會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象的流速）、接近臨界流速（即在一定的管徑、濃度、土質(zhì)等條件下，使混合物處于懸浮狀態(tài)的最低流速）時，要適當增加泥泵的轉(zhuǎn)速，主要靠降低橫移速度來逐漸降低挖泥濃度，濃度減低不明顯時，要回擺或抬起絞刀，或后退臺車。禁止習慣上采取的吹清水的做法。原因如下：

1）泥泵在由濃度較高變?yōu)闈舛容^低時，水功率會降低，揚程減小，造成泥泵輸出功率大幅度減低，泥漿在管線中的流態(tài)會進一步惡化，導致堵管；

2）管線較長時，降低的流速會加速管線中的高濃度區(qū)的沉淀，加快堵管的進程。

要研究泥漿的輸送，就需要研究泥漿濃度、流態(tài)、管路阻力及粒徑、密度和管徑對泥漿臨界流速的影響。管線中的流態(tài)、分層對于泥漿的輸送影響較大，而泥土的顆粒對于輸送又起著決定作用。因為顆粒的大小、濃度，影響其沉降速度，而沉降速度與臨界速度直接相關(guān)；黏土形成的泥球，加大了輸送的難度，從經(jīng)濟流速下降到臨界速度的時間非常短，此時泥泵的工況是不穩(wěn)定的，也容易出現(xiàn)管路堵塞現(xiàn)象，因此應采用盡可能高的流速施工。

5.5 堵塞的判斷及解決方法

在施工過程中，要盡量避免發(fā)生堵塞現(xiàn)象，一旦發(fā)生故障要及時、準確地判斷堵塞的位置，可參照表1和以下經(jīng)驗進行判斷。

表1 絞吸船堵塞位置判斷表

1）絞刀有雜物可以通過絞刀負荷有規(guī)律的變化來判斷，一般其變化的頻率與絞刀的轉(zhuǎn)速相等。

2）吸口堵塞時即使吸清水，真空也居高不下?？梢酝１米屌拍喙苤械乃沽鳑_刷障礙物，不奏效時，只能人工清理。

3）泥泵堵塞時，壓力、真空度降低，伴隨有震動聲音。

4）排泥管堵塞時，壓力升高，即使吸清水，壓力也居高不下。應判斷堵塞的位置，以便清理。

5.6 漲落潮及波浪對施工的影響及避免措施

施工中，為確保設計挖深，漲潮時，可將絞刀提前“下一點”以進行深度控制；將絞刀“多擺一點”以進行寬度控制。落潮時，應將絞刀提前“起一點”，或“少擺一點”，以此適應潮位變化對施工的影響。

為消除波浪對工程質(zhì)量的影響，一般情況下，波浪大時挖上層，波浪小時挖下層。當波浪超過船舶設計的抗浪等級時應停工，待波浪減弱后再繼續(xù)施工。

6 結(jié)語及建議

對于絞吸船而言，在有效運轉(zhuǎn)的時間內(nèi)，達到持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)量是追求的目標。近幾年絞吸船的挖泥操作技術(shù)和工藝取得了長足的進步，建議在今后的施工中加強絞吸船挖泥操作的系統(tǒng)培訓，按級別、有針對性地培訓，相比“師傅帶徒弟”的傳統(tǒng)模式具有明顯的優(yōu)勢；加快絞吸船模擬器的研發(fā)及使用，為操作人員提供優(yōu)越的疏浚技術(shù)培訓，提高培訓效率。絞吸船施工中遇到的問題很多，進一步的分析和解決需要對疏浚有較深刻理解和豐富的實踐經(jīng)驗。

[1] JTJ319—99，疏浚工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTJ/T320—96，疏浚巖土分類標準[S].

[3] RNBray，AD Bates，JM Lang.Dredging a Handbook for Engineering[M].A Butter worth Heinemann Title，1996.