耙吸式挖泥船施工最佳装舱溢流时间的确定

    陈亮

    

    

    

    摘 要：装舱施工是耙吸式挖泥船最常用的主要施工方法，其施工效率与土质、抛泥区距离、装舱溢流时间等有关，确定最佳装舱溢流时间不仅可以提高耙吸船的施工效率，还可以极大的降低工程施工成本。结合钦州30万吨进港航道工程Ⅱ标段的施工实例，通过施工船舶的数据分析，简要介绍最佳装舱溢流时间的计算。

    关键词：耙吸船 航道施工 装舱溢流时间

    工程概况

    钦州30万级进港航道工程Ⅱ标段，桩号为K20+475.713～K26+157.121。本标段航道长度约5.681km。航道有效底宽320m，设计底标高-21m（当地理论基准面）。边坡：淤泥层边坡为1：7，其他边坡为1：5。土质主要有：淤泥、粉砂、中砂、粉质粘土。

    本工程施工区域在外海，船舶满载吃水、航行、调头的水深均满足要求，有指定的抛泥区，根据这些特点选用耙吸式挖泥船装舱施工较为合适，耙吸式挖泥船的施工效率与土质、抛泥区距离、溢流时间等有关，确定最佳装舱溢流时间可以提高耙吸船的施工效率，可以极大的降低工程施工成本。结合耙吸式挖泥船“长鲸1”在钦州30万吨进港航道施工工程Ⅱ标段的施工实例，通过分析耙吸式挖泥船“长鲸1”的施工数据，简要介绍最佳装舱溢流时间的计算。

    耙吸式挖泥船施工流程

    船舶进入施工区，航速降低2-3kn（航速根据土质调整），开始在规定的施工段下耙疏浚，由泥泵将疏浚物输送到舱舱内，等到装满泥舱时，较粗颗粒的泥砂和土块会很快沉淀，细颗粒泥砂会从溢流筒处开始溢流排出舱，待到较为合适的溢流时间后，起耙提高航速航行，接近抛泥区的位置时，降低航速直至停船，打开泥门开始抛泥，之后提高航速航行至施工区，准备下耙施工。

    施工流程图如下：

    合理的舱容控制

    当挖泥船的泥舱设有几档舱容或舱容可连续调节时，根据疏浚土质选择合理的舱容，以达到最佳的装舱量。合理的舱容可按下式进行计算：

    V=W/γm

    式中：V—选用的舱容（m3）；W—泥舱的设计净装载量（t）；γm—泥舱内沉淀泥砂的平均密度（t/ m3）。γm可通过试挖或取土样做沉降试验确定或参考下表取值。

    本工程的土质，上层为淤泥层；中上层为粉砂；中下层为中砂；下层为粉质粘土。根据土质情况，按照下表或通过取样做沉淀实验确定选取不同的泥舱内沉淀泥砂的平均密度，如果按照下表，当开挖淤泥层时，γm取1.10-1.25；当开挖粉砂层时，γm取1.10-1.3；当开挖中砂时，γm取1.5-1.6；当开挖粉质粘土时，γm取1.10-1.3；根据不同的土质的情况，确定最佳的装舱量。

    耙吸船装舱土方量的计算

    耙吸船装舱土方量计算可以通过挖泥船挖泥后满载排水量和挖泥船挖泥前空载开泥门排水量的变化，结合土质的天然密度及当地的水密度求得。

    船舶装舱土方量计算公式：

    式中：q1-船舶泥舱装载土方量（m3）；Gm-挖泥船挖泥后满载排水量（t）；G0-挖泥船挖泥前空载开泥门排水量（t）；rw-当地水的密度（t/m3）；q-泥舱舱容（m3）；rs-土体的天然密度。

    注：船载土方量计算公式引用自《疏浚工程技术规范》JTJ-319-1999附录C[C.0.2.2公式]。

    根据此公式，再结合钦州30万吨级进港航道工程Ⅱ标段的施工土质情况，即可求得船舶的泥舱装载土方量。Gm 、G0通过船舶吃水深度可以在船舶手册中查询相应的排水量，q根据溢流筒的高度可以在船舶手册中查询对应的舱容。在耙吸式挖泥船 “长鲸1”施工中砂土质时，根据中砂的舱内沉淀平均密度，算出最佳舱容量，根据最佳舱容量设定耙吸式挖泥船 “长鲸1”的溢流筒高度，溢流筒高度定在9.6米，当地水密度rw取1.025t/m3，中砂的天然土体密度rs取1.9t/m3。根据以上公式计算，耙吸式挖泥船“长鲸1”在施工中砂土质时的船载土方量汇总如下：

    耙吸式挖泥船“长鲸1”船载土方量

    最佳装舱溢流时间确定

    耙吸式挖泥船装舱施工生产率的高低不仅仅取决于获得的最大可能的装舱土方量，而且还取决于一个挖泥循环的总时间，即循环周期，因而，装舱溢流时间的长短，不能完全从获得最大可能装舱土方量来决定，否则，可能招致生产率反而低落的效果。船载土方量与循环周期的比值为最大时，表示此时在单位时间里船载土方量最大，此时的装载溢流时间即为最佳的装舱溢流时间。或者可以这样理解，装舱溢流时间短，在单位时间内装载船数就多，反之装舱溢流时间长，在单位时间内装载船数就少。当在单位时间内，船载土方量与船数的乘积为最大时，此时船载土方量所对应的装载溢流时间为最佳的装舱溢流时间。最佳装舱溢流时间可参照下图装舱溢流时间与装舱量曲线示意图确定，图中纵轴OH为装舱土方量与实际使用舱容之比，横轴AB为一次装船抛泥循环总时间。OCD为装舱土方量实得过程曲线。作经过A点的直线与OCD曲线相切于D点，BD/AB即为工作小时生产率，比值越大，生产率越高，切点D在横轴上所示时间OB，即为最佳的装舱溢流时间。

    根据施工船舶耙吸式挖泥船“长鲸1”的施工数据建立坐标系，正横轴方向：装载、溢流时间；负横轴方向：航行、抛泥及转头时间；竖轴方向：装载土方量（因溢流筒高度未改变，所以实际使用的舱容没有改变）。将数据以散点的形式在坐标系中体现，然后根据这些点绘制趋势线，从上述数据可以看出航行、抛泥等时间大约需100分钟。从点（-100，0）划一条直线与趋势线相切（如下图），相切于A点，A点所对应的装舱溢流时间为84分钟，此时间为最佳的装舱溢流时间，对应的船载土方量约为3450m3。从下图中可以看出A点对应的船载土方量不是最大，但在一个循环周期中，所得的总土方量却是最大值。

    结语

    确定最佳装舱溢流时间能有效提高耙吸式挖泥船施工的生产效率，同时也降低了生产成本。

    当施工条件发生变化时，最佳装舱溢流时间也会发生变化，如土质、抛泥区等。这时要根据变化的施工条件，重新调整最佳装舱时间。

    对细粉沙、未固结淤泥或浮泥为主的短时间内不宜沉淀的土质，可以在挖泥开始前，先用抽舱方法，将舱内存水尽量排出，勿使进舱泥浆受到稀释，这样可以减少最佳装舱溢流时间。

    采用装舱溢流时，还应考虑其影响及效果，譬如：对现行挖槽下游侧挖槽部分或下游深槽造成回淤泥影响；对附件港口、航道、锚地造成影响；附件有无水产养殖场；对施工水域有无水质混合浊度、溶解氧的特殊要求等。

    （作者单位：长江南京航道工程局）