也谈绞吸式挖泥船的施工工艺

摘要：本文结合工程实例，从理论和实际应用上介绍了绞吸式挖泥船施工工艺的优化选取。

关键词：绞吸船 施工工艺绞刀泥泵 选取

2010年在潍坊港（森达美港）疏浚吹填项目施工中，公司潍坊项目部在公司工艺研究部门的指导下，针对项目的特点，通过优化选取施工工艺，取得了较好的生产效率，同时也赢得了业主及相关单位的好评。在此将施工中的工艺选取过程记录下来，为日后类似工况的施工提供参考。

一、工程概况

2010年潍坊港疏浚吹填工程分两个单项工程：南集沙坑吹填和3X10000航道及港池疏浚，都采用绞吸式挖泥船施工。施工南集沙坑的排距为1800m―2500m；3X10000航道及港池疏浚排距为2100m―5500m；挖深都在10m左右，泥层厚度为1m―4.5m，土质为粉土或粘质粉土。

二、施工船舶介绍

公司投入的施工船舶是一艘IHC7025型绞吸式挖泥船，该船的主要技术参数如下：

绞刀由低速液压马达驱动，轴功率为750KW,绞刀是IHC30-CB-ACR-2220-750-V01型6刀臂绞刀，内径2220mm，绞刀高度1310mm，可以配备宽、窄、尖形绞刀齿，共51个刀齿。该船有两个泥泵，水下泵和甲板泵，水下泵由电机驱动（电机功率为1640kw），驱动电机的的AC发电机由卡特皮勒柴油机驱动。装在甲板上的增压泵由卡特皮勒柴油机驱动（柴油机功率为1825kw）；潜水泵扬程635kpa流量10296 m3/h，甲板泵扬程709kpa流量10296 m3/h，吸、排泥管管径为700mm，公称排距在2500m。

三、施工工艺的选取

工艺是劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行增值加工或处理，最终使之成为制成品的方法与过程。工艺选取的原则是：技术上的先进和经济上的合理。

绞吸式挖泥船是通过绞刀旋转将水下的泥土破碎、绞松并使之与水相混合，再由挖泥船的水下离心式泥泵（水下泵）利用负压，将泥水混合物吸入泥泵，然后经过船上的甲板泵（增压泵）加压，获取高扬程后通过水上、水下、陆地连续的排泥管线水力输送到指定位置；所以对于绞吸式挖泥船来说，影响工艺先进性及经济上合理的因素主要是挖掘和输送。通过改变挖掘系统（绞刀）和输送系统（泥泵）的可调参量，优化选取工艺参数。

1、绞刀转速的选取、进关、泥层厚度

该船绞刀转速分四个档位，每个档位分别对应一定范围的转速和功率，但四个档位的扭矩是一样的，即能提供的切削力是相同的。若横移速度保持不变，绞刀转速增加，切下来的土片就较薄，破碎土体所需要的切削力小，而且有利于吸泥过程，若绞刀转速太快，摩擦与磨耗增加，消耗功率增大，不利于提高产量，若绞刀转速过低，绞刀和横移绞车可能会超负荷。通过试挖，最后绞刀转速取在3档，大约为31rpm。在定好绞刀转速后，通过调节进关、挖泥分层、横移速度来控制挖泥浓度。

2、绞刀齿的类型的选取

根据所挖掘的土质情况，选择合适的齿型则挖掘率高，如选用不当则挖掘率低且磨损大；绞刀齿有宽齿、窄齿和尖齿，根据以往的经验，挖掘松散、松软土质一般选用宽齿，密实、较硬的土质选用窄齿，坚硬土或岩石选用尖齿。试挖时，我们就着绞刀上带着的宽齿，在施工时，生产率偏低，绞刀压力很大，在180kg/cm2左右，即使在横移速度很慢的情况下，绞刀压力还是很大，所以换用窄齿，在换用窄齿后，绞刀压力在120kg/cm2左右，但是生产浓度上不来，即使在横移速度很快的情况下，浓度还是不很理想。主要是散落遗留量较大，工地这种粉土，剪切强度大，破碎、绞松后不易马上沉淀，不能被有效的吸走。最后我们选取，在绞刀的每页刀片前三个刀齿用窄齿，后四个用宽齿，这样既解决了挖掘问题，又解决了散落量问题，获得了较好的生产浓度。

3、单、双泵的选取

该船的公称排距为2500m,该工程的排距在1800－5500m，施工中我们该用单泵还是双泵呢，或说在多少排距内用单泵，超过多少排距改用双泵施工；在一定排距内，用单泵施工，可以减少消耗及磨损成本，而超过一定排距后，仍然可以用单泵施工，但是生产率低，改用双泵施工从效益上来说更合适一些。我们按以下步骤选取

a\分别绘制水下泵和水下泵+甲板泵在额定转速时的清水特性曲线，然后根据土质和输泥浓度换算为泥泵泥浆特性曲线;

b\根据施工排泥管口位置，确定具体排距，计算管线消耗的总水头，并绘制在泥泵特性曲线图上

c\管线消耗的总水头低于水下泵的总水头，即用水下泵单泵施工，高于水下泵总水头的则用双泵施工

经过计算，施工现场管线长度在3400米以下排距采用单泵施工，管线长度在3400-5500米的采用双泵施工。

4、柴油机（泥泵）转速的选取

柴油机转速的选取，实质上是选取吸、排泥管和泥泵内合适流速、流量和扬程，使挖泥船能发挥挖、吹能力，以达到较佳生产率，同时要考虑减小泥泵、管路的磨损和节约能耗等因素,进而得到较好的生产效益；产量＝流量*浓度，理想状态是在保持高浓度时尽量提高流量，可以得到较高的产量，实际上，产量还受泥泵功率的制约，泥泵功率＝流量*扬程，泥泵的功率是一定的，流量大时，扬程就得较低，否则泥泵（柴油机）就超负荷了，对水下泵而言，高流量时还相应于接近泥泵的最大吸入真空度了（汽蚀界限），高流量（高转速）时不利于提高浓度，也就不一定能提高产量。潍坊港这里的粉土，土质较密实，在施工时踏方不均匀，有时骤然大踏方，如果施工时保持高转速，会经常遇到水下泵报警。所以在施工时采用稍低的转速，另外，有水下泵和甲板泵组合施工时，水下泵采用较低的转速（不低于额定转速的80%），负荷在85%左右，甲板泵采用较高的转速，负荷在90%左右。

四、结论

对某一工程来说，施工工艺需要具体化，有针对性，根据工程的具体工况（如土质和排距），依据所选施工船舶的船舶性能，通过借鉴以往的经验、现场试挖和理论分析，从而优化选取合适的工艺、工法来提高船舶生产率，降低磨损、消耗等各方面成本，争取更好的经济效益。

参考文献：

[1]《疏浚工程技术规范》（JTJ 319-99）

[2]《疏浚工程手册》 交通部

[3]《港海IHC7025型绞吸式挖泥船施工工艺》

[4]《IHC7025技术规格书》

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文