吸扬式挖泥船.doc

第五章 吸扬式挖泥船图5-1 吸扬式挖泥船5.1 概述一、应用领域 吸扬式挖泥船仅被用于吸扬非粘性土壤。另外，这种挖泥船较不适用于对轮廓有特殊要求的疏浚工程，而适于吸扬较厚的泥沙层。施工后将留下许多沙坑。 若此挖泥船安装了水下泵，则其最大挖深可超过80米，挖深由泥泵功率决定，也可通过液压式输泥管远距离输送泥沙。 吸扬式挖泥船一般是可拆卸型的，故其也常被用于吸扬非航道中的泥坑。吸扬式挖泥船一般相对较轻且由锚缆定位，故不适合在开放水域（除非特殊建造的水域）施工。 吸扬式挖泥船有多种类型： 1)驳船装运型: 通过喷嘴喷射系统装载停靠在船边的驳船上的一种吸扬式挖泥船。此型主要适用于当泥沙传送距离太远而使用液压排泥管系统较不经济时，如图5-2所示。 2)吹填型：这种挖泥船使用泥泵通过输泥管系统将泥水混合物输送至岸边，若需要，还可传送更远距离至排泥场或泥沙处理厂，如图5-3所示。 3)深吸型：这种挖泥船装有水下泵。可以是驳船装运型或吹填型，如图5-4所示。 4)吸盘型：挖泥船装有扁平的吸口，它适合吸扬较浅海床的泥沙且生产率非常高，但绞吸式挖泥船在产量上优于这种类型的挖泥船，如图5-5所示。 二、历史1851年，即在第一台离心泥泵被发明后的一个多世纪，其被用于带泥仓的挖泥船进行挖沙。几年后（1856年），第一次尝试被成功用于通过输泥管系统把土壤输送上岸。十年后，被成功应用于荷兰北海海峡的疏浚施工。同时,Freeman和Burt于1864年获得可伸缩式漂浮输泥管的专利。 从以上历史可清晰看到，吸扬式挖泥船的发展是与疏浚泥泵的发展紧密联系在一起的。因为那时，泥泵的功率都较小，所以吹填型只适于在挖泥船与掷泥点距离较近时使用。在其它一些场合中，一般使用驳船装运型或重新改造的挖泥船。当泥泵变得能承受更高的压力后，输泥距离及泵容都增加了。 图5-2 驳船装运型吸扬式挖泥船 图5-3 吹填型吸扬式挖泥船 图5-4 深吸型吸扬式挖泥船图5-5 吸盘型吸扬式挖泥船三、特征吸扬式挖泥船是静止型挖泥船，包含：由一条或多条锚缆定位的平底船；至少一个与吸泥管相连的泥泵。可通过输泥管输送或驳船装运卸泥。吸泥管悬挂在平底船前部开档处，另一端通过支臂悬挂在支架或A型架上。支臂悬挂系统与支臂绞车相连以控制吸泥管的位置。在吸沙时，挖泥船通过绞车系统缓慢向前移动。为增加吸泥口吸入的泥沙量，常安装水击器直接侵蚀海（河）床。这种情况下，水管常被装配在吸泥管上。 四、工作方式图5-6吸扬挖泥船的工作方式由以下两种情况决定:1)河床坍塌 2)由于泥泵使水流动产生的涡漩在吸泥口附近侵蚀土壤 河床坍塌主要是由于土壤颗粒的移动或土壤不稳定而造成的，我们一般称它为“破坏”。这个过程是吸扬式挖泥船工作方式的本质部分，完全由斜坡处土壤的土力学特性决定。最重要的影响因素是水的渗透性及相对密度。 当吸扬式挖泥船刚开始挖泥时没有泥坑,斜坡、河床、吸管与水平面间的角度都非常小。只有完全位于吸泥口附近影响水流动区域的泥沙被吸入。在这个过程产生了一个小沙坑。同时，挖泥船通过前绞车向前拉动，则吸泥管可放得更深，这个动作将重复进行。当沙坑变得越来越深且吸泥管角度变得越来越陡（更有利于泥沙的吸入和输送），生产量将大幅上升。这个过程一直继续直到吸泥口足够深或直到生产量已达到泥泵没有能力使其再进一步增大时结束。 挖泥船随着吸泥管的下放而缓慢向前移动的过程称为“打入”或“开始”。达到平衡状态所需的时间主要由：土壤土力学特性、斜坡高度及泵容决定。当达到平衡状态后，挖泥船主机手（主操作员）将通过使挖泥船沿河床移动，有规律地把挖泥船向前拖且持续下放耙吸管（只要可能）保持这种平衡状态。如果挖泥船移动得太慢，将会得到较不陡的斜坡而使产量降低。另一方面，若船体向前移动速度大于泥沙的输送速度，沙坡角度会升高而导致沙坡剧烈下滑。泥沙大量沉积而泥泵无力全部吸入则泥沙混合物将停止流动，最终导致吸口被深深掩埋。若不能自行拔出，则需另一艘挖泥船通过吸泥或切削的方式将其拔出。 吸扬式挖泥船的工作模式如图5-7所示。只要处于疏浚区域内，切削长度由定位锚缆的位置决定。定位锚缆位置一般应满足：在同一位置时向左、右移动可获得最大吸泥机会；锚缆的长度一般依赖于泥沙被挖掘的宽度及泥沙的滑移特性。 对于安装有水下泵的吸扬式挖泥船，不再只由挖泥深度决定生产量。在挖泥区域的垂直方向的条件也影响了生产量。换一种说法即持续下放吸泥管保持生产量直到达到最大吸泥深度。如果产量下降直至低于最小经济效益值时，沙坑将被放弃而新一轮吸扬工作将在原沙坑一个直径远处开始。很明显，这种疏浚方式产生了痘疮式的挖掘区域，而大量的未被挖掘的泥沙仍被留在疏浚区域，这种状况是施工经理们不愿看到的。 这种疏浚方法确实提供了直接从粘土层下吸沙的可能性，但也必须注意到这种移沙方式终将导致粘土层的坍塌。最有利的状况是这层粘土断成小段落到斜坡上然后与泥沙被一同吸走。若粘土层大块脱落，则很可能会堵塞吸泥管并导致最严重的问题出现。用水很难使泥沙混合物流动，特别是当吸管还未深深插入土壤层的开始阶段。水须经水管引至吸泥管上。根据以上所述的吸泥方式，吸泥管被制造成下段与上段两部分。管的下段悬挂在上段底端从而使下段总是处于垂直状态。这种吸泥管在水平移动过程中产生的力矩可被抵消至较小值。 图5-7 吸扬式挖泥船工作过程5.2 设计 设计吸扬式挖泥船时，以下设计参数是非常重要的:生产量 吸泥深度 输泥距离 土壤类型 因吸扬式挖泥船只适于挖掘非粘性土壤，土壤类型在决定吸泥管直径及水力输泥管直径和所需泥泵功率时是非常重要的参数。一、生产量与其它挖泥船一样，符合市场需求的在同一疏浚地点可使用的挖泥船的类型决定了生产量。如前所述，吸扬式挖泥船被较多使用于水泥厂和吹填时的吸沙疏浚。在这种情况下，了解每周或每小时的生产量是非常重要的。在荷兰，工会和工人签订的工人合同中规定在有限的范围内每周工作247=168小时，这是规定完全连续操作的时间，但常限制为49=36小时。而有效疏浚时间所花的时间（即36小时/周），因为常在加班时间进行主要的维修工作。使用泥驳装运，检修、待料等的停工期(等待驳船的时间)在36小时工作中所占的比例比在连续工作所占的比例要少，因在一天结束后挖泥船停止工作时可作适当弥补。 例如，在168小时工作周，有效工作时间为0.75168=126小时；在36小时工作周，有效工作时间为0.8636=30.6小时。有效生产比例为 126/30.6=4.1 而不是 168/36=4.7。 对于挖泥船装置设计（包括船体设计）,其每小时的生产量比每周、每月、每天的生产量更重要。在许多情况下，为防止主机超载，甚至连停顿时间也需考虑进去。若生产量已知，则需考虑的参数为泥沙流动率与泥沙浓度。根据： （5-1） 式中，P为生产量，m3/s；Q为泥沙混合物流速，m3/s；Cvd 为泥沙输送浓度，-； n 为孔隙数，-。 预设的平均浓度由河床土壤特性决定（参见疏浚技术）。最大吸泥浓度根据土壤类型和设计者观点而定。 可被输泥管输送的最大平均泥浆浓度由最大颗粒直径与泥管直径的比值和输泥管的长度决定。长的输泥管在疏浚过程中由于输送泥浆密度的变化而浓度上升(Matousek, 1995)。 根据经验，泥沙的最大平均密度为1500 kg/m3 ( Cvd=30)常被使用。根据假设，当生产量已知