1、1马拉开波湖航道拐弯段溢流施工工艺探讨摘要： 耙吸式挖泥船溢流施工是疏浚施工的重要方法之一。溢流时间的控制相当重要，根据实际工况和施工条件的不同选择合理的溢流时间，能有效提高船舶施工效率，加快清淤速率。 Abstract： The effusion construction of trailing suction dredger is one of the important methods of dredging construction. The control of effusion time is quite important. The reasonable effusion tim
2、e should be chosen by the actual conditions and construction conditions. It can effectively improve the efficiency of ship construction and accelerate the dredging rate. 关键词： 耙吸船；疏浚；溢流；施工工艺 Key words： trailing suction hopper；dredge；effusion；construction technology 中图分类号：TV143+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-43
3、11（2016）24-0178-02 0 引言 耙吸挖泥船传统施工工艺中，对于淤泥或淤泥质土，因沉淀效果差，溢流时溢损过大，舱内土方增长缓慢，所以一般认为长时间的溢流没有太大的意义，主要采取抽舱，高浓度进舱、低浓度旁通，满舱即去抛泥2的工艺流程。但耙吸船对泥土除了有装、运、抛的作用外，还有挖掘、搅动、稀释等效果，溢流出去的泥浆更容易顺水流扩散。那么，是否可以通过长时间的溢流，利用水流挟沙的搬运作用，加快清淤呢？本文以马拉开波湖航道拐弯段施工为实例，通过现场分析和试验进行论证。 1 工程概况 马拉开波湖航道位于委内瑞拉西北部的苏利亚州境内，为全天候单向航道。航道全长 94km，由外航道、内航道和
4、其它支航段组成。设计底宽 240-300m，设计深度 12.80m，无边坡设计。工程采取分段施工分段验收的方式。内航道有两个弯头段回淤比较严重，是需要维护的重点区段，标段名称分别为：S17-S21 和 S30-S35。 2 前期施工情况 S17-S21 区段疏浚土主要为淤泥或淤泥质土，质地比较软，稍带有粘性，但粘性很弱，有少量结块，工程上属于 2 级或 3 级疏浚土。考虑到该类土质沉淀效果比较差，根据以往施工经验，船舶在投入 S17-S21 区段施工初期，采用了短时间溢流或者不溢流、满舱即去抛泥的施工方法，挖泥时间控制在 40min 以内，缩短单船运转周期时间，以增加挖泥船次。因土质偏软，施工
5、中未使用高压冲水。 施工一段时间后，根据水深检测图所示，施工效果不太理想。由于该类疏浚土沉淀效果差，装舱效果很一般，装舱系数平均不足 50%。该区段抛泥运距也比较远（约 23km） ，所以日产量只有 3.45 万方，远低于内航道平均 4.20 万方的计划日产量。考虑到该区段相对其它需要维护的区段施工难度要小，亟需改进施工工艺，提高生产效率。 33 施工分析 施工过程中，现场可以观察到在船舶浚挖后的水域，浑浊区范围很大，已延伸至槽外。据此现象猜测，该区段泥土经过挖掘和搅动后，扩散效果应该很好。 该区段水流挟沙能力是否足够，可否利用该区段土质扩散效果好这一特点，来加快清淤呢？如果此方法可行，又如何
6、能够保证扩散后的泥土不会流回施工区或者影响到其它施工区域呢？ 根据最常用的河道水流挟沙力计算公式张瑞瑾公式：X=K（U3/gR）m 式中：U 为平均流速；R 为水力半径；g 为重力加速度； 为床沙平均沉速；K 为包含量纲的系数；m 为指数。 由此可知水流挟沙力同流速的立方成正比，同泥土沉降速度成反比。泥土固体颗粒在水中的自由沉降快慢与颗粒大小有关，根据沉降速度公式 =g（s-）d2/18（式中：s- 为粒水密度差；d 为颗粒直径； 为水的动力粘度） ，说明沉降速度与颗粒直径的平方成正比。 经分析，S17-S21 区段位于湖内部，水流流速不及湖口外和湖口附近区域，一般在 1-2 节之间，但在起风
7、时段（每天下午 02：00 至明晨07：00 左右） ，湖面会起浪，能够增强水流挟沙能力，表层流速能达到 2节以上。该区段土质为淤泥或淤泥质土，土粒特别细腻，含水量高，力学上表现强度特别低，质地很软，经过耙吸，部分甚至已呈半流态。水流挟沙能力已足够。 S17-S21 区段的水流流向同航道方向应该存在一个比较大的夹角。观4察该区段浚前水深测图（见图 1） ，回淤主要集中在东半槽，西半槽水深相对较好，说明泥沙在水流力横向分量（即东西方向，航道基本上是南北走向的）带动下进行冲淤。船舶施工过程中，通过观察流向、流压角等变化，也能证实这一点。 4 工艺改进 根据上述分析，我们对船舶施工工艺进行了改进，主
8、要措施为： 延长溢流时间，单船挖泥时间由原来的 30-40min，大幅延长至90-100min。布线方式也进行了调整，由原来只对施工区浚挖一个或两个单趟，改为浚挖几个来回。 对一些施工参数进行调整，以加大对泥层的搅动力度：提高挖泥航速，由原先 2 节左右提高到 3 节以上；施工中开启高压冲水，尽量提高高压冲水泵转速，一般调节到 1100 r/min；适当调低波浪补偿器压力；及时更换磨损过多的耙齿等。 为减少对施工区的影响，船舶上线时，根据当时水流方向选择浚挖区域：当水流流向大致是自西向东向时，选择施工东半槽区域；反之，则施工西半槽区域。确保水流挟带泥沙运动至航槽外。 为了增强扩散及装舱效果，船
9、舶在完成一个施工单趟准备调头前，选择于非施工区水深较好的区域降低溢流井高度，排出泥舱上层密度较低的泥浆水，让其顺水流冲走，调完头后再提升溢流井高度，上线后继续装舱。这样做首先是可以利用船舶将泥沙搬运至水深较好的区域（说明水流冲刷效果较理想）进行扩散；其次，排出泥舱上层低密度的泥浆水后再行装舱，可以增强后续装舱效果；再次，船舶减载后调头，可以缩短船舶调头时5间，提高时间利用率。放溢流井操作时，同样需要注意水流流向，保证其流向非施工区域，并且要尽量顺水流动作，以提高扩散效果。 5 改进后施工情况 施工工艺改进后，清淤效率提升非常明显。根据水深检测图显示，日产量已提高到 4.50 万方，生产效率提升
10、了约 30%。按照此效率计算，单区段成功节省了超过 4 天的工期。 前后施工数据比较详见表 1。 从施工质量上来看，溢流对非施工区域影响也很小。根据施工前后水深测图对比（见图 2） ，非施工区域水深变化基本在正负 0.1m 之间，变化幅度不大。 为了确保施工质量控制目标的实现，我们在完成该区段施工后，及时安排船舶针对航槽内非施工区域扫浅施工几船次，实际扫浅时间比原计划多出 0.5 天。竣工图纸提交时，业主对我方施工结果很满意。 6 后续应用 该工艺在后续针对 S30-S35 区段的施工中也得到了很好的应用。S30-S35 区段土质以淤泥、软泥为主，土层中含有油气，土体表层几成流态。因该区段土质
11、更软，溢流扩散效果也更好，平均日产量达到 6 万方以上。整个项目实施期间（包括主合同和 1 号补充协议） ，对上述两个区段各疏浚两次，如此算来，已成功节省了超过两周的工期，获得了相当不错的经济效益。 7 结论 通过上文所述的生产实际成果证明，在疏浚土质偏软，水流流向理6想，挟沙能力足够强，且采用测图下方计量等工程条件下，是可以通过延长挖泥时间（主要指溢流时间） ，使泥土经过挖掘、搅动、稀释后溢出，利用水流的搬运作用，达到加快清淤的目的。值得注意的是，对于合同中对溢流工艺有严格限制或者环保要求较高的疏浚项目，该方法是不适用的。 参考文献： 1JTS 2072012，疏浚与吹填工程施工规范S. 2张瑞瑾.河流泥沙动力学M.北京：中国水利水电出版社，2002. 3王玲玲，等.水流挟沙力计算公式比较分析J.陕西：水资源与水工程学报，2008（4）：33-35. 4钱德玲.土力学M.北京：中国建筑工业出版社，2009.
