王東毫

摘 要：水運工程中在涉及到挖掘密實粉砂時，由于其開挖難度大、沉降速度慢、裝艙效果差，最佳的挖泥時間難以確定等特點，嚴重影響施工產(chǎn)能。而目前國內外對挖掘密實粉砂的有效方法較少，多是僅針對挖掘濃度進行改進，并未改善粉砂的裝艙效果，船舶產(chǎn)能嚴重受限。本文結合具體工程實例，提出了利用重新篩選施工區(qū)、確定最佳裝艙時間、改進耙齒型式等措施提高挖掘密實粉砂的同時，改善裝艙效果。對今后類似的疏浚工程施工具有一定的參考意義。

關鍵詞：航道工程 密實粉砂 挖掘工藝 關鍵技術

1.前言

隨著港口的大型化發(fā)展，所要求的通航水深越來越深，由于該地區(qū)工程量大、土質復雜、施工干擾大等，疏浚施工進度受到影響，阻礙港口的建設速度。密實粉砂是航道工程施工中經(jīng)常遇到的地質難題，但是耙吸船在挖掘密實粉砂時，由于其開挖難度大、沉降速度慢、裝艙效果差，最佳的挖泥時間難以確定等特點，嚴重影響施工產(chǎn)能。本文結合具體工程實例，對航道工程中的密實粉砂挖掘關鍵技術進行介紹。

2.概述

自航耙吸式挖泥船是以挖泥裝艙、航行、拋泥（吹填）為基本挖泥循環(huán)周期的一種疏浚用工程船舶。其針對不同的土質與施工環(huán)境需要采用不同的施工方法以提高施工效率。但耙吸船在挖掘密實粉砂時，由于其開挖難度大、沉降速度慢、裝艙效果差，最佳的挖泥時間難以確定等特點，嚴重影響施工產(chǎn)能。特別是在深槽區(qū)域或封閉港區(qū)內施工時，由于船舶采取環(huán)保型艙底溢流系統(tǒng)，溢流出艙的泥漿僅部分漂移出施工區(qū)，溢流效果較小，而其余粉砂再次沉降于施工區(qū)內，重新沉積后體積膨脹，嚴重影響測量結果，甚至可能出現(xiàn)負方的現(xiàn)象，船舶施工效率極低。

3.影響密實粉砂施工效率的因素

3.1土質變化

項目承建方一般通過鉆孔資料分析疏浚土質性質。但由于疏浚區(qū)域多屬于運營航道，鉆孔取樣不便或鉆孔間隔較長，使施工單位很難全面準確地掌握施工區(qū)的土質詳細分布，無法判斷土質發(fā)生變化的分界線。因此，在人為給船舶劃分施工區(qū)時通常僅考慮了船舶艙容大小與施工里程的經(jīng)濟性，而忽略了土質變化。經(jīng)常出現(xiàn)一個施工區(qū)土質分布變化較大的現(xiàn)象，而耙吸船一個周期內通常沿用一種挖掘工藝進行施工，很可能出現(xiàn)浚挖土質與施工工藝不匹配的情況。而對于密實粉砂而言，其密實程度嚴重影響挖掘效果，而針對浚挖密實粉砂的工藝改進又不適用于其他土質。且如與其他土質混合進艙，將對顆粒較細的密實性粉砂的裝艙效果造成巨大的影響，不利于工程的開展。

3.2挖掘困難

在《巖土工程勘察規(guī)范》中規(guī)定粒徑大于0.075mm的顆粒質量超過總質量50%的土，應定名為粉砂，具有顆粒較小、顆粒少部分分散大部分膠結（稍加壓即能分散）、沒有塑性等性質。

其密實度可以從物理指標方面通過標貫擊數(shù)、天然容重等判定，我們通常所說的密實粉砂，天然密度大于1.96t/m3，標貫擊數(shù)大于30的粉砂（部分工程曾出現(xiàn)過標貫擊數(shù)超過50的極密實粉砂）。

3.3粉砂裝艙效果極差

由于粉砂的顆粒很細小，通常在在0.075mm左右，沉降速度慢，且泥艙內擾動較大，溢流損失嚴重，通常一個施工周期內艙內土方量僅為過泵量的20%-25%。耙吸船在沒有溢流效果的環(huán)境下施工，溢流出艙的土質將再次沉積回施工槽內，形成落淤，土質膨脹造成廢方，土質重復挖掘，效率低下。

4.新工藝方案的研究與確定

4.1重新劃分施工區(qū)

為改變施工區(qū)土質變化較難判斷，多種土質混合施工，嚴重影響密實粉砂裝艙效果的局面，我們決定重新劃分施工區(qū)，把密實粉砂劃入一個施工區(qū)內，單獨施工。

方法是通過把前期船舶試挖數(shù)據(jù)導入自主設計的挖泥船分段參數(shù)統(tǒng)計程序，統(tǒng)計出不同區(qū)域在相同施工工藝下的平均施工參數(shù)，如密度、真空、流速、主機功率等，把數(shù)值相類似的區(qū)域進行合并，間接判斷出施工土質的變化情況，總結歸納出土質發(fā)生變化的里程位置。在其中篩選出密實粉砂區(qū)域，對施工段和挖掘航線進行合理分配，制定出針對性施工方案集中施工密實性粉砂，從而避免了不同土質采用統(tǒng)一工藝的弊端，還減少了其他土質對于密實性粉砂在艙內沉降的影響，提高了施工效率。

4.2增加破土效果

針對密實性的粉砂浚挖，由于其密實度大、硬度高，存在破土困難、挖掘密度低、主機功率大的特點。曾出現(xiàn)過慣基數(shù)達到了50擊的情況，耙齒入土極其困難，即使入土后耙齒斷裂現(xiàn)象也相對嚴重，且由于需要的推進力較大油耗成本也相對較高。

在對密實粉砂區(qū)域耙齒磨損情況進行對比后發(fā)現(xiàn)，扁齒僅齒尖磨損，兩側基本完好，可見耙齒基本無法入土，所以磨損的僅為齒尖接觸處，而更換了尖齒后，同樣出現(xiàn)無法入土現(xiàn)象。之后采取尖齒隔一跳一的方式重新安裝，入土效果有所改善，但出現(xiàn)明顯的斷齒現(xiàn)象，單船挖掘1.5小時耙齒斷裂近三分之一，頻繁的補焊、修復嚴重影響了船舶的有效作業(yè)時間。

為此可以通過加設破土刃的方法改進耙齒入土困難及主機功率較大的問題：在常規(guī)耙齒的基礎上加裝了三角形破土刀刃，該破土刀刃先于耙齒入土，減小耙齒入土點的面積可以有效提高破土效果，降低了破土阻力，油耗和耙齒消耗數(shù)量也相對減少。

4.3耙齒監(jiān)控與優(yōu)化

利用船舶監(jiān)控系統(tǒng)，記錄施工航速、活動罩角度及主機推進功率三個參數(shù)，計算對應的切削量，通過主機推進功率值的大小，判斷不同活動罩角度的切削力大小，進而尋求到耙齒較大入泥深度，較小推進功率的齒床最佳受力角度。

如主機儲備功率較大，仍有足夠功率供給推進裝置，則在耙頭本體位置加入公司自主設計的雙面犁齒（拆卸掉部分耐磨塊），提高挖掘濃度。

普通耙齒安裝在耙頭罩上，主要利用耙頭罩重量及液壓缸提供的壓力入土，而雙面犁齒安裝在耙頭本體原耐磨塊位置上，可利用耙頭本體的重量入土，增加了耙頭的破土能力。

4.4施工工藝的優(yōu)化

進行多參數(shù)分析，確定出各參數(shù)的最佳值，綜合確定施工工藝。在分析某個施工參數(shù)前，都要固化其它的施工參數(shù)，也就是邊界條件在相同的情況下，找出最優(yōu)的參數(shù)組合。比如：確定對地航速和密度、流速的關系，需要固化泥泵轉速、高壓沖水壓力、波補壓力等相關參數(shù)，這樣在認為土質變化不大的前提下確定出較好的對地 航速能產(chǎn)生較高的產(chǎn)量；同樣，如果接下來確定先前固化的泥泵轉速與密度、流速的關系，需要固化對地航速、高壓沖水壓力、波補壓力等相關參數(shù)。

4.5提高裝艙效果

由相關理論可知，密實性粉土在艙內沉降效果較差，且極不穩(wěn)定，即使沉降后也極易被高流速泥漿所影響，所以在挖掘時應盡量提高泥漿濃度，減少流速，并降低高流速泥漿對艙內土質的擾動，從而減少溢流損失。通過確定最佳裝艙時間，達到最大周期生產(chǎn)率。

5.結語

航道工程密實粉砂挖掘技術是當前水運工程施工中的難點問題。為了能確保工程高質、高效進行，采用了耙平器對淺區(qū)進行掃淺施工，利用其切削原理將淺區(qū)耙平，隨后利用耙吸船進行裝艙吹填作業(yè)，由于耙平器操作靈活，占用區(qū)域小等特點，取得了較好的掃淺效果，同時耙吸船的生產(chǎn)效率也有了明顯提高，對類似工程提供一定借鑒經(jīng)驗。

參考文獻：

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