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摘要：随着全球经济的复苏以及国内市场产业结构调整、港口资源整合、国家海域使用政策的变化，国内各沿海城市纷纷启动大规模的填海造陆工程来拉动经济增长，绞吸式挖泥船作为工程施工的主要疏浚设备发挥着至关重要的作用。本文结合工程实例，就绞吸式挖泥船在长排距下吹挖砂土类土质工程中的施工管理进行分析和探讨，以供读者参考。
关键词：长排距、砂土类土质、排泥管管线、船舶施工、绞刀
中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：
前言
绞吸式挖泥船为空气动力疏浚机械，前端有通过耳轴与船体相连可自由俯仰的桥梁，桥梁前端安装绞刀，绞刀内部的水下泵机通过桥梁中管路与机舱内的舱内泵机连接。当泵机内部叶片高速旋转时，管路内产生的真空压力将被绞刀旋转带起的泥浆吸入，再通过与船体连接的排泥管路运至陆地吹填区。不同的土质，工况，以及水文，气象等自然条件都对工程施工产生重要影响，但从疏浚技术角度来看，所需疏浚的土的特性在很大程度上决定了施工的难易程度。砂土类土质按粒径的大小可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂五类，按工程特性分为松散、中密、密实3级。本文主要就绞刀功率大于1000KW的绞吸式挖泥船在长排距（大于6500m）挖吹砂土类土质（主要为中粗砂）工程时，施工管理中出现的一些技术难点和解决措施进行分析和探讨。
绞吸船机械结构如图：
一、工程概况
龙口市某人工岛围填海工程是一项造型新颖、构思独特、设计观念先进，“开发与保护并重”、“生态安全优先”、“陆海统筹发展”的离岸式人工群岛。该项目位于渤海龙口湾南部海域，是目前国内在建的最大海上人工岛群，规划用地总面积44.29平方公里，其中填海面积35.23平方公里。根据当地的地质勘探和钻孔资料，该工程主要土质层从上到下依次为淤泥质粉质粘土、粉质粘土、中粗砂和砾石。从《疏浚与吹填工程设计规范》JTS 181-5-2012的疏浚岩土可挖性表和管道输送适宜性表中，我们可以看到砂土类土质尤其是密实的中粗砂相对于绞吸式挖泥船（绞刀功率大于1000kw）的可挖性和管道输送性比较困难，并且对挖泥船本身的部件及排泥管线的磨损也是非常大。
疏浚岩土可挖性和管道输送适宜性
二、船舶施工管理
1. 绞吸式挖泥船施工工艺
绞吸船通常采用纵向横挖施工工艺。船舶施工时，采用DGPS即差分全球定位系统进行精确定位后，船体后端的钢桩深插入海底泥中，桥梁以此为轴左右往复摆动，配合绞刀自身旋转进行切泥。绞吸船于取土区挖泥时，主要借助泥泵输送力通过排泥管线将疏浚土输送至吹填区，再经不同陆地管口使疏浚土尽量均匀平整地分布在吹填区内。
当绞吸式挖泥船在过长排距下挖吹中粗砂土质时，值得关注的技术难点就是必须采取措施防止管路内泥沙的沉积现象。当管道内的泥浆流速低于临界流速时，管路堵塞的危险性很大，防止泵送中粗砂土质泥泵装置在低于临界状态下工作的办法可以稍微抬起吸入管、或降低横移速度，允许清水或低浓度混合物进入，以冲刷管路和稀释混合物使泥泵工作点转移到刚好超过临界流速的工作范围。
在工程开始阶段，一定要进行试挖，仔细观察柴油发动机、泥泵、绞刀系统、横移装置、挖深、流速以及浓度在仪表中的显示数据。如果仪表盘中显示管路内压力逐渐升高表明泥管中泥浆浓度增加，随之管内阻力增大，流速开始下降。如果流速下降太快，应及时采用减小泥浆浓度，泵一段时间的清水的方法加以调整，当排泥管口喷出的泥浆流量明显减少时，吹填区的人员应立即通过高频报告船舶驾驶人员。我公司船舶采用先挖上层淤泥，在绞刀回摆时下放绞刀深度挖下层的中粗砂，这样管路内就会形成淤泥推动中粗砂，大大减小了管路堵塞的风险。
另外，随着排距不断增加，产量会比较明显的逐渐下降。这样就必须增加泥泵，我公司绞吸船采用的是2台舱内泵和1台水下泵串联的方式。三泵装置优点是可以增加泥泵出口压力，流速加大，实现长排距下的正常施工。缺点也是比较明显会急剧增加柴油的消耗，同时对绞吸船本身的泥泵系统和船体管线、叶轮等硬件设施造成比较大的损伤。
2.绞刀管理
绞刀是使土破碎的工具。切削密实的中粗砂土质时，宜选择大直径不易糊绞刀可更换绞刀齿的挖泥绞刀。刀齿通常采用凿型刀齿与尖齿相结合。尖齿的切削力集中在齿端，可以产生巨大的切削力。在施工作业时，由于摩擦厉害，造成磨损加剧，随着切削刃口形状的改变，切削阻力增大，这样又使功率消耗加大，切削力减小，随之而来的是船舶生产率降低，所以应每隔10-12小时，将绞刀抬升出水面检查绞刀齿，对磨损严重的绞刀齿进行更换。
在进行分层作业时，厚度应根据土质和挖泥船绞刀的性能确定，宜取绞刀直径的0.5-2.5倍。对中粗砂土质应取较低值，分层厚度較薄。当在向右横移容易产生“滚刀”现象时，要适当降低绞刀转速、横移速度，减少前移距。
三、排泥管管线管理
绞吸船吹挖中粗砂这种土质时，管线布设、管线磨损是此种工程施工过程中的又一难点，对管线路由的选取，要仔细观察施工现场的地形进行合理规划并且对管线厚度的监测必须十分重视。
1.排泥管管线布设：在绞吸挖泥船施工的疏浚与吹填工程中，管线的架设会影响到船舶时间利用率、生产率等船舶生产效率，直接关系到工程的施工进度。排泥管线一般由水上管、水下管、陆地管、过路管及泥塘管组成。水上排泥管多采用自浮管，长度一般在600m-700m左右，材质均为橡胶。水下管线主要采用4+1形式，即2节12米钢管与1节胶皮套，这种连接方式主要是为应对水下地形变化，防止管线在下沉后出现打死弯。水下管与水上管连接处需采用1节钢管+1节半浮管+1节零浮力管形式，水下管与陆地管连接处视情况多采用2+1形式或1+1形式，即1节12米钢管与1节胶皮套连接或者1根6米钢管与1节胶皮套连接。 陆地管线多采用硬性连接，即钢管直接连接的形式，但根据管线路由的走向和地形变化可在需要转向的地方连接小于六十度的弯头和胶皮套。管线路由应尽量减少爬坡，会容易堆积导致堵管现象发生。另外，在管线穿越公路或者其他障碍物需要下埋时，一般使用厚度为20mm的管线铺设，减少后期施工不必要的时间损耗。
2.排泥管管线测厚：在长排距疏挖中粗砂这种土质时，由于中粗砂颗粒直径、硬度比较大形状不规则多为尖角，容易造成对钢质管线底部的磨损，发生管线爆管。为及时避免此种现象，保证船舶生产率和工程进度，根据生产情况，必须定期安排管线测厚。经过滚动的测厚，以及对管线测厚数据结合船舶生产参数的分析，基本确定中粗砂土质下管线平均磨损率为2.5mm/百万立方左右（流速在5.5--6m/s之间，泥浆浓度控制在1.2-1.3t/m³时），当管线厚度在6mm以下时就必须对管线进行翻面处理，从而提高管线的使用效率。
3.管线测厚方法：测厚仪器一般选用超声波测厚仪（声速设置在5900m/s）。首先,根据管线长度选取前中后三段对管线分别测厚，测厚点分布在管壁的“上下左右”四点。其次，对测点进行标记（可选用焊接钢丝或者涂抹油漆），其中标记点分布在“上”和“左右”三点即可，对磨损比较大的部位如船体管、船尾管、水上管、水陆连接处、爬坡处等做特别记号。再次，对测厚记录进行归档，编写测厚报告，对三段管线厚度数值进行平均计算得出整体管线厚度。最后，根据测厚结果进行分析预测。
参考文献：
交通运输部.疏浚与吹填工程设计规范JTS 181-5-2012
交通部上海航道局.疏浚岩土分类标准 JTJ T 320-96
交通运输部.疏浚与吹填工程施工规范JTS 207-2012
关键词：长排距、砂土类土质、排泥管管线、船舶施工、绞刀
中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：
前言
绞吸式挖泥船为空气动力疏浚机械，前端有通过耳轴与船体相连可自由俯仰的桥梁，桥梁前端安装绞刀，绞刀内部的水下泵机通过桥梁中管路与机舱内的舱内泵机连接。当泵机内部叶片高速旋转时，管路内产生的真空压力将被绞刀旋转带起的泥浆吸入，再通过与船体连接的排泥管路运至陆地吹填区。不同的土质，工况，以及水文，气象等自然条件都对工程施工产生重要影响，但从疏浚技术角度来看，所需疏浚的土的特性在很大程度上决定了施工的难易程度。砂土类土质按粒径的大小可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂五类，按工程特性分为松散、中密、密实3级。本文主要就绞刀功率大于1000KW的绞吸式挖泥船在长排距（大于6500m）挖吹砂土类土质（主要为中粗砂）工程时，施工管理中出现的一些技术难点和解决措施进行分析和探讨。
绞吸船机械结构如图：
一、工程概况
龙口市某人工岛围填海工程是一项造型新颖、构思独特、设计观念先进，“开发与保护并重”、“生态安全优先”、“陆海统筹发展”的离岸式人工群岛。该项目位于渤海龙口湾南部海域，是目前国内在建的最大海上人工岛群，规划用地总面积44.29平方公里，其中填海面积35.23平方公里。根据当地的地质勘探和钻孔资料，该工程主要土质层从上到下依次为淤泥质粉质粘土、粉质粘土、中粗砂和砾石。从《疏浚与吹填工程设计规范》JTS 181-5-2012的疏浚岩土可挖性表和管道输送适宜性表中，我们可以看到砂土类土质尤其是密实的中粗砂相对于绞吸式挖泥船（绞刀功率大于1000kw）的可挖性和管道输送性比较困难，并且对挖泥船本身的部件及排泥管线的磨损也是非常大。
疏浚岩土可挖性和管道输送适宜性
二、船舶施工管理
1. 绞吸式挖泥船施工工艺
绞吸船通常采用纵向横挖施工工艺。船舶施工时，采用DGPS即差分全球定位系统进行精确定位后，船体后端的钢桩深插入海底泥中，桥梁以此为轴左右往复摆动，配合绞刀自身旋转进行切泥。绞吸船于取土区挖泥时，主要借助泥泵输送力通过排泥管线将疏浚土输送至吹填区，再经不同陆地管口使疏浚土尽量均匀平整地分布在吹填区内。
当绞吸式挖泥船在过长排距下挖吹中粗砂土质时，值得关注的技术难点就是必须采取措施防止管路内泥沙的沉积现象。当管道内的泥浆流速低于临界流速时，管路堵塞的危险性很大，防止泵送中粗砂土质泥泵装置在低于临界状态下工作的办法可以稍微抬起吸入管、或降低横移速度，允许清水或低浓度混合物进入，以冲刷管路和稀释混合物使泥泵工作点转移到刚好超过临界流速的工作范围。
在工程开始阶段，一定要进行试挖，仔细观察柴油发动机、泥泵、绞刀系统、横移装置、挖深、流速以及浓度在仪表中的显示数据。如果仪表盘中显示管路内压力逐渐升高表明泥管中泥浆浓度增加，随之管内阻力增大，流速开始下降。如果流速下降太快，应及时采用减小泥浆浓度，泵一段时间的清水的方法加以调整，当排泥管口喷出的泥浆流量明显减少时，吹填区的人员应立即通过高频报告船舶驾驶人员。我公司船舶采用先挖上层淤泥，在绞刀回摆时下放绞刀深度挖下层的中粗砂，这样管路内就会形成淤泥推动中粗砂，大大减小了管路堵塞的风险。
另外，随着排距不断增加，产量会比较明显的逐渐下降。这样就必须增加泥泵，我公司绞吸船采用的是2台舱内泵和1台水下泵串联的方式。三泵装置优点是可以增加泥泵出口压力，流速加大，实现长排距下的正常施工。缺点也是比较明显会急剧增加柴油的消耗，同时对绞吸船本身的泥泵系统和船体管线、叶轮等硬件设施造成比较大的损伤。
2.绞刀管理
绞刀是使土破碎的工具。切削密实的中粗砂土质时，宜选择大直径不易糊绞刀可更换绞刀齿的挖泥绞刀。刀齿通常采用凿型刀齿与尖齿相结合。尖齿的切削力集中在齿端，可以产生巨大的切削力。在施工作业时，由于摩擦厉害，造成磨损加剧，随着切削刃口形状的改变，切削阻力增大，这样又使功率消耗加大，切削力减小，随之而来的是船舶生产率降低，所以应每隔10-12小时，将绞刀抬升出水面检查绞刀齿，对磨损严重的绞刀齿进行更换。
在进行分层作业时，厚度应根据土质和挖泥船绞刀的性能确定，宜取绞刀直径的0.5-2.5倍。对中粗砂土质应取较低值，分层厚度較薄。当在向右横移容易产生“滚刀”现象时，要适当降低绞刀转速、横移速度，减少前移距。
三、排泥管管线管理
绞吸船吹挖中粗砂这种土质时，管线布设、管线磨损是此种工程施工过程中的又一难点，对管线路由的选取，要仔细观察施工现场的地形进行合理规划并且对管线厚度的监测必须十分重视。
1.排泥管管线布设：在绞吸挖泥船施工的疏浚与吹填工程中，管线的架设会影响到船舶时间利用率、生产率等船舶生产效率，直接关系到工程的施工进度。排泥管线一般由水上管、水下管、陆地管、过路管及泥塘管组成。水上排泥管多采用自浮管，长度一般在600m-700m左右，材质均为橡胶。水下管线主要采用4+1形式，即2节12米钢管与1节胶皮套，这种连接方式主要是为应对水下地形变化，防止管线在下沉后出现打死弯。水下管与水上管连接处需采用1节钢管+1节半浮管+1节零浮力管形式，水下管与陆地管连接处视情况多采用2+1形式或1+1形式，即1节12米钢管与1节胶皮套连接或者1根6米钢管与1节胶皮套连接。 陆地管线多采用硬性连接，即钢管直接连接的形式，但根据管线路由的走向和地形变化可在需要转向的地方连接小于六十度的弯头和胶皮套。管线路由应尽量减少爬坡，会容易堆积导致堵管现象发生。另外，在管线穿越公路或者其他障碍物需要下埋时，一般使用厚度为20mm的管线铺设，减少后期施工不必要的时间损耗。
2.排泥管管线测厚：在长排距疏挖中粗砂这种土质时，由于中粗砂颗粒直径、硬度比较大形状不规则多为尖角，容易造成对钢质管线底部的磨损，发生管线爆管。为及时避免此种现象，保证船舶生产率和工程进度，根据生产情况，必须定期安排管线测厚。经过滚动的测厚，以及对管线测厚数据结合船舶生产参数的分析，基本确定中粗砂土质下管线平均磨损率为2.5mm/百万立方左右（流速在5.5--6m/s之间，泥浆浓度控制在1.2-1.3t/m³时），当管线厚度在6mm以下时就必须对管线进行翻面处理，从而提高管线的使用效率。
3.管线测厚方法：测厚仪器一般选用超声波测厚仪（声速设置在5900m/s）。首先,根据管线长度选取前中后三段对管线分别测厚，测厚点分布在管壁的“上下左右”四点。其次，对测点进行标记（可选用焊接钢丝或者涂抹油漆），其中标记点分布在“上”和“左右”三点即可，对磨损比较大的部位如船体管、船尾管、水上管、水陆连接处、爬坡处等做特别记号。再次，对测厚记录进行归档，编写测厚报告，对三段管线厚度数值进行平均计算得出整体管线厚度。最后，根据测厚结果进行分析预测。
参考文献：
交通运输部.疏浚与吹填工程设计规范JTS 181-5-2012
交通部上海航道局.疏浚岩土分类标准 JTJ T 320-96
交通运输部.疏浚与吹填工程施工规范JTS 207-2012