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《交通企業(yè)管理雜志》2015年第六期
一、施工特定參數(shù)的影響
1.泥漿排距在某一挖掘范圍內(nèi)，泥漿排距基本上為一定值。排距與絞吸挖泥船產(chǎn)量的關(guān)系十分密切，當(dāng)挖泥船輸送泥漿距離較長時，泥漿在管道內(nèi)的摩擦阻力增大使得泥泵排出壓力增加，泥漿動能轉(zhuǎn)化為壓力能，泥漿輸送過程中的損失能量小于泥泵傳遞的能量，造成泥漿流速降低；當(dāng)泥漿流速小于其臨界流速（淤積流速）時，泥沙沉積在管路下部，使得產(chǎn)量降低，嚴(yán)重時會產(chǎn)生堵管現(xiàn)象甚至造成管路破裂。長管線施工時泥漿體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，否則會出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，如果管線再加長，泥泵管路就因沒有相交工作區(qū)而不能正常工作。當(dāng)挖泥船在短距離施工時，泥漿輸送阻力減小，施工流量會增大，這樣會引起泥泵及其驅(qū)動裝置超負(fù)荷工作運(yùn)行。主要可以采取的措施為：一是增加泥漿體積分?jǐn)?shù)，提高輸送阻力，降低泥漿流量；二是通過減少噴油量降低柴油機(jī)輸出扭矩，降低轉(zhuǎn)速，減少輸送能力；三是加裝擋板、縮口，增大管路阻力；四是選配合適的、較小的葉輪，使其輸出水頭降低。
2.泥管內(nèi)徑當(dāng)泥漿流速和體積分?jǐn)?shù)等情況一定時，隨著泥管內(nèi)徑的增加，管道輸送流量增大，施工產(chǎn)量明顯增大，但泥管流量受到泥泵吸排性能的影響，在挖泥船建造之初就已確定好相應(yīng)的泥泵和吸排泥管內(nèi)徑，實(shí)際施工時泥管內(nèi)徑常為一定值。實(shí)際施工中當(dāng)排距較小時，可能會出現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速已調(diào)至最低轉(zhuǎn)速，同時受絞刀挖掘能力的限制，泥漿體積分?jǐn)?shù)已達(dá)到最大值，但排泥管路仍有剩余水頭，使得泥漿流量過大，造成柴油機(jī)超負(fù)荷工作的現(xiàn)象。此時常常采用在排泥管出口添加一段縮口以增加泥漿輸送阻力，以降低泥漿排量。
3.泥管布設(shè)泥管內(nèi)徑一定時，船上泥管的布置會使泥漿輸送過程中的局部阻力損失。實(shí)際施工時，應(yīng)對排泥管線布置進(jìn)行優(yōu)化，減小泥漿在輸送過程中的阻力，進(jìn)一步降低能耗，提高產(chǎn)量。排泥管線應(yīng)有足夠的自然彎曲長度，需要布設(shè)沉管時應(yīng)選擇在河床平整、沖淤不大的緩流區(qū)。按照泥漿在單位長度管道內(nèi)的阻力損耗計(jì)，1米浮管約相當(dāng)于1.2米岸管，1米沉管約相當(dāng)于1.14米岸管。在可能的情況下，應(yīng)盡量減少浮管和沉管長度，降低泥漿在排泥管內(nèi)的阻力，提高輸送流速和施工產(chǎn)量。
4.泥泵性能絞吸挖泥船泥泵流量越大，吸入性越好，船舶施工產(chǎn)量也就越大。在挖泥船設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)單位就根據(jù)船東所要求的額定產(chǎn)量對泥泵進(jìn)行了選型論證。具體施工時，不考慮設(shè)備磨損等因素，泥泵的性能參數(shù)已確定。
5.絞刀特性絞吸挖泥船絞刀挖掘切削能力的大小直接影響到施工生產(chǎn)率，疏浚土質(zhì)被絞刀頭絞松越多，泥泵吸入的泥漿體積分?jǐn)?shù)越高，施工產(chǎn)量越大。尤其是當(dāng)疏浚土質(zhì)為硬質(zhì)土?xí)r，絞刀的切削性能對施工產(chǎn)量的影響更為明顯。長江航道局所屬絞吸挖泥船“吸揚(yáng)1號”在大連長興島施工時，疏浚土質(zhì)為硬質(zhì)鐵板砂（即第10類土質(zhì)），由于絞刀切削功率不足，無法形成較高體積分?jǐn)?shù)的泥漿，造成實(shí)際施工產(chǎn)量遠(yuǎn)低于松散砂土?xí)r的產(chǎn)量。
二、施工操作參數(shù)的影響
施工操作參數(shù)對施工效率的影響主要包括：排泥管布設(shè)、泥漿流速、泥漿體積分?jǐn)?shù)、橫移速度、絞刀轉(zhuǎn)速、絞刀挖泥厚度、絞刀挖深、臺車進(jìn)關(guān)量以及泥泵轉(zhuǎn)速等。
1.泥漿流速、泥漿體積分?jǐn)?shù)泥漿體積分?jǐn)?shù)和泥漿流速是絞吸挖泥船單位時間產(chǎn)量的主要影響因素，在實(shí)際施工生產(chǎn)過程中適當(dāng)提高泥漿體積分?jǐn)?shù)，單位時間的施工產(chǎn)量會提高。當(dāng)泥泵功率一定時，如果排泥管線路較短，管路存在有剩余水頭，可以適當(dāng)增加泥漿體積分?jǐn)?shù)來提高絞吸船的生產(chǎn)效率；反之，輸泥管線較長且彎曲時，則應(yīng)將泥漿體積分?jǐn)?shù)控制在一定范圍內(nèi)，防止泥漿中含泥量過高而在排泥管中淤積，同時隨時觀察管路中的壓力值，當(dāng)壓力表讀數(shù)呈上升趨勢時，應(yīng)適度減小泥漿體積分?jǐn)?shù)，增大泥漿流速。在施工操作中，如果疏浚土質(zhì)厚度較薄，可以通過增加絞刀橫移速度和臺車進(jìn)關(guān)量以獲得較高的泥漿體積分?jǐn)?shù)。泥漿體積分?jǐn)?shù)的提高受到疏浚土質(zhì)、絞刀性能、泥泵及其驅(qū)動裝置的制約。（1）對于淤泥等易溶性土質(zhì)，泥漿體積分?jǐn)?shù)能夠達(dá)到40%甚至更高，對于粘土和碎石等土質(zhì)，由于其本身不易溶于水中，難以形成較高體積分?jǐn)?shù)的泥漿。（2）不同類型的絞刀，其切削能力不同。對于功率較小的絞刀，當(dāng)切削硬質(zhì)粘土?xí)r，絞刀自身切削能力的不足也限制了泥漿體積分?jǐn)?shù)的提高。（3）泥漿體積分?jǐn)?shù)越高，泥漿流速也越高，對應(yīng)的流量也越高，所需的泥泵及其驅(qū)動裝置的功率也越大。
2.絞刀橫移速度、轉(zhuǎn)速、挖泥厚度、挖深、臺車進(jìn)關(guān)量挖泥操作人員主要根據(jù)以下步驟調(diào)整泥漿體積分?jǐn)?shù)：分層開挖時，具體每一層的挖掘深度一般在某一固定范圍內(nèi)波動；根據(jù)疏浚土質(zhì)特性以及工程實(shí)際確定絞刀挖泥厚度和絞刀轉(zhuǎn)速。不同的疏浚土，最優(yōu)挖泥厚度也不同，如若挖泥太薄，泥漿無法達(dá)到較高體積分?jǐn)?shù)，挖泥過厚，絞車橫移阻力大，也難以達(dá)到較高的泥漿體積分?jǐn)?shù)。實(shí)際施工中應(yīng)根據(jù)具體的土質(zhì)情況確定絞刀挖泥厚度和絞刀轉(zhuǎn)速，當(dāng)疏浚土質(zhì)為粘土等硬質(zhì)土?xí)r，由于其塑形強(qiáng)，不易挖掘，應(yīng)適當(dāng)增加絞刀轉(zhuǎn)速，減小絞刀挖泥厚度，進(jìn)行薄片切削，為防止跑刀現(xiàn)象，應(yīng)采用反刀施工，同時擺動速度也應(yīng)適當(dāng)減小；反之，當(dāng)疏浚土為軟質(zhì)土?xí)r，可以適當(dāng)增加絞刀挖泥厚度，降低絞刀轉(zhuǎn)速。根據(jù)實(shí)際施工情況看，當(dāng)疏浚土質(zhì)為粘土與粉質(zhì)粘土?xí)r，絞刀轉(zhuǎn)速一般控制在30轉(zhuǎn)/分鐘左右，絞刀挖泥厚度約為（0.5～1）倍絞刀直徑；對于淤泥等密實(shí)度較低的土質(zhì)，挖泥厚度能達(dá)到2米，遇到較硬的土質(zhì)時，絞吸挖泥船的挖泥厚度甚至小到0.65米。根據(jù)不同的絞刀挖泥厚度選擇合適的臺車進(jìn)關(guān)量。實(shí)際施工中，挖掘較硬的土質(zhì)時，臺車進(jìn)關(guān)量較小；遇到較軟的疏浚土質(zhì)時，可以適當(dāng)增加臺車的進(jìn)關(guān)量。絞刀進(jìn)關(guān)量的確定以不遺漏泥土為原則，一般選取絞刀長度的0.5～1倍，施工時臺車進(jìn)關(guān)量一般為1.5～2.5米左右。調(diào)整絞車的橫移速度以改變泥漿體積分?jǐn)?shù)，施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整橫移絞車速度。為避免絞刀電流過大，當(dāng)遇到粘土、石灰?guī)r等硬質(zhì)土?xí)r應(yīng)適度減小橫移速度；當(dāng)疏浚土質(zhì)為淤泥、泥沙等軟質(zhì)土?xí)r，施工中可以適量增加橫移速度。一般情況下，當(dāng)土質(zhì)為淤泥時，絞刀橫移速度約為15米/分鐘。同時，在實(shí)際操作過程中應(yīng)防止走錨現(xiàn)象，在初次下錨后，應(yīng)施加一定的拉力，根據(jù)土質(zhì)的不同，施加的壓力也不同，通常為液壓絞車額定壓力的30%～70%，初次橫移速度稍慢，以固定橫移錨。
3.泥泵轉(zhuǎn)速在排泥管線長度和縮口確定的情況下，泥泵轉(zhuǎn)速提升，泥漿流量增加，施工產(chǎn)量增加。在挖掘淤泥等易輸送的土質(zhì)時，由于淤泥本身對管道有潤滑作用，為避免泥泵驅(qū)動裝置超負(fù)荷工作，可以適當(dāng)降低泥泵轉(zhuǎn)速；而在挖掘硬質(zhì)土等難輸送的土質(zhì)時，排泥管摩阻較大，流速會有所下降，應(yīng)綜合考慮泥泵驅(qū)動裝置的制約等因素，提高泥泵轉(zhuǎn)速，確保泥漿輸送流速大于臨界流速，防止管路堵管，保證施工的正常穩(wěn)定運(yùn)行。通過以上對絞吸挖泥船施工產(chǎn)量影響因素的分析可知，影響施工產(chǎn)量的因素較多且復(fù)雜，需要協(xié)調(diào)多個參數(shù)，提高施工效率的方法可歸結(jié)為以下幾方面：（1）適宜的泥漿體積分?jǐn)?shù)和泥漿流速。綜合考慮絞刀對疏浚土質(zhì)的切削能力、泥泵性能、泥泵驅(qū)動機(jī)裝置以及施工現(xiàn)場排泥管線的布置等情況，選擇合適的泥漿體積分?jǐn)?shù)和泥漿流速。（2）合適的絞刀橫移速度、絞刀轉(zhuǎn)速、挖泥厚度和臺車進(jìn)關(guān)量。實(shí)際施工中，應(yīng)根據(jù)疏浚土質(zhì)、挖深等參數(shù)確定絞刀挖泥厚度和轉(zhuǎn)速，并選擇合適的臺車進(jìn)關(guān)量，根據(jù)橫移過程中疏浚土質(zhì)厚度等的變化調(diào)整絞刀橫移速度。（3）熟練的操作。在施工過程中，挖泥操作是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵一環(huán)，操作員應(yīng)綜合考慮船上相關(guān)設(shè)備的實(shí)際性能，減少備故障。設(shè)備故障除少數(shù)屬偶然出現(xiàn)外，多數(shù)問題均不單獨(dú)出現(xiàn)，伴隨著一些前兆，及時發(fā)現(xiàn)這些前兆并分析其中的原因而后采取措施進(jìn)行處理，這樣可避免設(shè)備故障的發(fā)生，提高絞吸船的有效施工時間，從而提高施工效率。
三、結(jié)論
絞吸挖泥船施工過程中可通過相關(guān)分析進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，提高施工產(chǎn)量，降低能耗。但由于其影響因素較多且相互關(guān)聯(lián)，包括疏浚土質(zhì)、船舶本身設(shè)備配置、挖泥操作以及施工項(xiàng)目的具體情況等，在實(shí)際施工過程中，應(yīng)綜合考慮絞刀、土質(zhì)、泥泵、泥泵驅(qū)動裝置、管路等具體情況，通過參數(shù)的綜合調(diào)整使泥漿體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在較高值，同時保證泥漿流速也與之相適宜，以提高絞吸挖泥船的施工效率。
作者：楊文 鄧勇 劉建偉 羅承軍 孫濤 王敏 單位：武漢理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院；長江宜昌航道工程局