湯麗軍，邢榮亮，郭 東，趙明時，邵明浩

（天津深基工程有限公司，天津 300222）

引言

在圍海造陸廣泛應(yīng)用的充填袋結(jié)構(gòu)，作為臨時圍堰需要拆除時。常規(guī)方法一般采用抓斗挖泥船，但對于水深不足、工作面狹窄、須分段施工的工程，需使用靈活性高的絞吸式挖泥船進(jìn)行作業(yè)，袋布纏繞鉸刀造成的水下拆除難度大、工作效率低等缺點尤為突出，鉸刀需要改進(jìn)才能順利完成作業(yè)。

1 工程概況

中國海監(jiān)唐山維權(quán)執(zhí)法基地建設(shè)項目碼頭岸線長度1 120 m，共計9個泊位，設(shè)計為地連墻板樁碼頭結(jié)構(gòu)型式。

本項目距離碼頭前沿15 m采用土工布圍堰，圍堰長度1 220 m，圍堰外側(cè)為300 g/m2防老化短纖針刺非織造土工布進(jìn)行防護(hù)，圍堰袋體采用230 g/m2丙綸機制長絲土工布，海底原泥面高程在-1.5～-4.2 m，圍堰施工時不進(jìn)行海底開挖，直接坐落在原泥面上。待碼頭岸線建成后圍堰即完成了使命，需進(jìn)行全部拆除。

2 面臨的問題

圍堰充填袋拆除施工時，由于地連墻板樁碼頭進(jìn)行分期施工，圍堰拆除需要分段施工，拆除的工程量小。

如果采用抓斗式挖泥船一般需要足夠的水深，受水深的限制，且費用較大，采用抓斗式挖泥船不可行。

目前現(xiàn)有疏浚的小型絞吸式挖泥船，適合本工程工況要求，但采用常規(guī)的絞刀頭無法滿足施工要求，主要原因是水下拆除圍堰時，圍堰土工布纏繞絞刀頭的旋轉(zhuǎn)軸，需要人工清理，施工難度大。在圍堰拆除初期嘗試使用傳統(tǒng)冠形絞刀和單斗輪進(jìn)行施工，結(jié)果均以失敗告終，在人工清理絞刀和斗輪纏繞的土工布上花費了很多時間，造成了工作效率低下。

一般情況下，挖泥船的選型主要根據(jù)土壤的種類進(jìn)行選擇，而本工程充填袋圍堰分段拆除的工程特殊性，如何解決袋布纏繞問題顯得尤為突出。

3 方案比選

3.1 方案一采用抓斗式挖泥船

抓斗式挖泥船除流態(tài)淤泥外，各種土質(zhì)均適用。挖粗砂和中砂效率甚佳。主要適用于小型工程疏浚，不適合大工程施工[2]。

1）優(yōu)點

①開挖深度較大，最大挖深可達(dá)30 m以上；

②自航式抓斗挖泥船，移動無需輔助船舶，機動靈活性高；

③駁船運土，受運距影響較?。?/p>

④設(shè)備簡單，機械的磨損部件較少；

⑤可適用于狹小水域等特殊工程。

2）缺點

①挖運設(shè)備之間的影響大，工作效率較低；

②開挖深度不易控制，工作面不平，施工質(zhì)量較差。

③對液態(tài)淤泥難以清除；

④施工費用高；

⑤對受水深限制較大。

3）結(jié)論

此方案無法解決袋布纏繞鉸刀問題。

3.2 方案二采用絞吸式挖泥船

絞吸式挖泥船是近年來最常見、使用最廣泛的一種水力式挖泥船[2]。

1）優(yōu)點

①常規(guī)地質(zhì)條件下，可連續(xù)作業(yè)、施工效率較高、成本低；

②挖掘、輸送、排出工作一次性完成；

③挖掘完成的工作面平整，邊坡和深度容易控制，施工質(zhì)量好；

④適應(yīng)性強。主要應(yīng)用在大型疏浚工程，工作面較窄的小流域工程可選擇小型絞吸式挖泥船；

⑤技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。

2）缺點

①現(xiàn)有條件下圍堰土工布纏繞絞刀，造成了工作效率較低；

②需要人工清理絞刀部位土工布，存在安全風(fēng)險。

3）結(jié)論

此方案無法解決袋布纏繞鉸刀問題。

3.3 方案三采用雙斗輪式挖泥船

斗輪是由多個無底泥斗按圓環(huán)均布而形成的切割部件[1]。斗輪式挖泥船是由絞吸式挖泥船發(fā)展演變而來的[2]，它利用泥漿泵配合斗輪進(jìn)行水下開挖作業(yè)。在施工時通過斗輪旋轉(zhuǎn)對水底的土壤進(jìn)行切削，同時由泥漿泵通過吸、排泥管將泥水混合物輸送至堆積處或岸上[3]。

斗輪式挖泥船與絞吸式挖泥船相比較，除挖掘設(shè)備不同以外，其余基本相同。絞吸式挖泥船絞刀頭轉(zhuǎn)動軸平行于支臂，而斗輪式挖泥船斗輪轉(zhuǎn)動軸與支臂成一定的角度。

斗輪式挖泥船不僅具有絞吸式挖泥船的挖運一體、連續(xù)作業(yè)、施工質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、成本低的優(yōu)點[2]，還具有它本身的特點，具體如下：

1）優(yōu)點

①與絞吸式挖泥船相比，挖泥船的切割和挖掘能力較強，可挖掘硬質(zhì)土；

②適合挖掘土質(zhì)范圍廣；

③施工質(zhì)量好，經(jīng)疏浚挖掘后的工作面平整；

④雙斗輪作業(yè)，運轉(zhuǎn)速度快，較上述兩種方案施工效率較高；

⑤無需人工短時間清理斗輪，安全系數(shù)較低。

2）缺點

①薄層清淤能力差；

②受排距影響較大，超過額定排距須增加接力泵，成本顯著提高，但由于本工程施工范圍小，該項不涉及；

③非自航挖泥船，機動靈活性較差。

3）結(jié)論

此方案可解決袋布纏繞鉸刀問題。

經(jīng)綜合比較分析，采用方案三。

4 雙斗輪式挖泥船的設(shè)計改進(jìn)

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)

根據(jù)設(shè)備既有特點，雙斗輪式挖泥船是以斗輪式挖泥船為基礎(chǔ)對絞刀頭進(jìn)行了設(shè)計改進(jìn)：①在絞刀架端頭的兩側(cè)各對稱設(shè)置一個斗輪，可在圍堰拆吹作業(yè)時對袋布形成向外的撕扯力，將袋布撕碎防止袋布纏繞造成鉸刀堵塞；②將處于中間傳動軸的位置進(jìn)行密封處理，防止袋布裹挾纏繞傳動系統(tǒng)，造成輔機斗輪液壓系統(tǒng)損壞。

4.2 實體結(jié)構(gòu)和操作要點

改裝后的雙斗輪挖泥船的甲板機械采用液壓系統(tǒng)傳動，主要有以下部分：

1）斗輪驅(qū)動裝置。由液壓馬達(dá)通過減速箱在水下驅(qū)動斗輪進(jìn)行切削泥沙；

2）斗輪橋架起落裝置。由液壓馬達(dá)帶動斗輪卷筒收放纜索進(jìn)行起落橋架，可以改變斗輪對泥層的切削深度；

3）橫移絞車裝置。挖泥時，通過聯(lián)合操作可以連續(xù)的收放系于錨柄上的纜索，以定位樁為中心進(jìn)行左右擺動，使斗輪在連續(xù)切削泥沙時可形成一定的開挖寬度。

4.3 施工工序

將雙斗輪式絞吸船?？恐列栝_挖區(qū)域，通過橋架絞車將斗輪下放至適當(dāng)深度，在重力的作用下，斗輪頭下壓在土層上[3]，在定位樁的配合下橫移絞車，通過纜索以定位樁為中心從一邊以弧形軌跡移動橫掃至另一邊，斗輪始終以一個方向連續(xù)轉(zhuǎn)動并切削當(dāng)前斷面的泥層，通過泥泵將被切削的泥沙吸進(jìn)排泥管，這樣就完成了斗輪的一個工作挖掘?qū)挾取?/p>

通過不斷執(zhí)行斗輪的多個工作挖寬，把當(dāng)前剖面挖到斷面設(shè)計深度后，通過橋架絞車提起斗輪，同時操作定位樁臺車液壓系統(tǒng)，使船體沿開挖中心線前進(jìn)一個步長，再次下放斗輪至適當(dāng)深度，開始一個新的剖面開挖。如此反復(fù)，最終完成工作段的挖掘任務(wù)。

5 依托工程實效

5.1 成功驗證

本工程地連墻板樁碼頭前沿疏浚施工中，針對絞吸式挖泥船在工作存在的問題，在斗輪式挖泥船的基礎(chǔ)上提出了雙斗輪挖泥船設(shè)計改進(jìn)方案，并利用現(xiàn)場實際工作實施情況進(jìn)行了驗證。實踐結(jié)果表明，挖泥船雙斗輪的改進(jìn)效果顯著，成功地解決了中國海監(jiān)唐山維權(quán)執(zhí)法基地建設(shè)項目碼頭前沿充填砂袋圍堰拆除的施工難題。

雙斗輪式挖泥船與抓斗式挖泥船相比，具有開挖能力強、泥沙泄露較少、挖槽平整和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，施工質(zhì)量可靠。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

雙斗輪挖泥船在本工程的應(yīng)用大大提高了挖泥的施工效率。雙斗輪式挖泥船疏浚單價遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抓斗式挖泥船，且雙斗輪式挖泥船的投入使用使得整個工期縮短近50天，共節(jié)約成本近77萬元。在碼頭內(nèi)港池全線拆除施工過程中，既保證了施工質(zhì)量，又大大提高了工效，節(jié)約了施工成本。

5.3 社會效益

通過雙斗輪挖泥船在本工程的成功應(yīng)用，為斗輪式挖泥船的改進(jìn)提供了靈感和思路，增添了設(shè)備多樣化的設(shè)計和選擇，為設(shè)備施工效率的提高開啟了新的篇章，同時加強企業(yè)之間的信息交流，推動了設(shè)備的創(chuàng)新和發(fā)展，提高了社會生產(chǎn)力。

5.4 應(yīng)用前景

該改進(jìn)方案設(shè)計出了雙斗輪式施工工藝，優(yōu)化了齒輪排列方式，提高了拆除效率，施工效果良好、作用顯著，保證了質(zhì)量、進(jìn)度的同時，降低了施工成本，對于普通斗輪式挖泥船適用的條件，雙斗輪式挖泥船均適用。且因該設(shè)備具有兩個斗輪，挖泥速度約是普通斗輪式挖泥船的兩倍，應(yīng)用前景非常廣闊，這種工藝在以后類似施工中可推廣應(yīng)用。