絞吸式挖泥船施工堵管分析

孫文星，趙金煥，肖建法，李樹平，王 洋

（華北水利水電工程集團有限公司，天津 300170）

1 工程背景

工程1：臨港圍海造陸工程3期13區(qū)吹填工程位于天津臨港工業(yè)區(qū)3期工程南邊線以北，11、12區(qū)以南，B26路延長線以西的區(qū)域。面積為146.3萬m2。根據(jù)該區(qū)于2009年6月9日測量的結(jié)果，按10%折算浮泥后，原始平均底高程為-1.2 m。按照吹填設計高程5.5 m計算，凈吹填工程量約980萬m3。

取土區(qū)位于臨港1#港池，總開挖面積約200萬m2，現(xiàn)狀平均高程為-15 m，開挖至-20 m時方量約1 000萬m3。挖泥船管線路由位置與正在施工中的12區(qū)吹填相同，出泥口在13區(qū)內(nèi)。

由取土區(qū)至吹填區(qū)（3期13區(qū)）的加權(quán)平均排距為8 200 m，其中岸管6 300 m、潛管1 200 m、浮管700 m。

根據(jù)臨港地勘資料，本工程在-15～-20 m之間的土質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土，其平均標貫擊數(shù)為26，按照疏浚巖土工程特性和分級表A.2中的分類特性屬于6類土質(zhì)。

工程2：唐山灣國際旅游島位于河北省唐山市東南沿海，西鄰曹妃甸濱海新城，東接京唐港港區(qū)，北面到海濱大道，南至濱海，為京津唐秦四市所環(huán)抱。為加快唐山灣三島旅游區(qū)開發(fā)進度，業(yè)主決定實施唐山灣三島旅游區(qū)內(nèi)海生態(tài)清淤工程2標段。唐山灣三島旅游區(qū)內(nèi)海生態(tài)清淤工程2標段包括大清河河口西側(cè)內(nèi)海清淤、菩提島造地、月島造地和大清河西側(cè)陸域造地。

試驗區(qū)：業(yè)主現(xiàn)階段確定的實施范圍為試驗區(qū)吹填區(qū)。試驗區(qū)位于菩提島北部，呈不規(guī)則三角形，吹填面積約1.18 km2，東西向最大寬度為1.44 km、南北向最大長度為1.73 km。

該工程主要內(nèi)容為圍堰工程與吹填工程。圍堰總長為5 081 m，其中外側(cè)加固圍堰為2 824 m、內(nèi)側(cè)加固圍堰為2 257 m。

吹填工程圍區(qū)面積約1.18 km2，吹填交工驗收標高為3.50 m（國家85高程），總方量為510.15萬m3。

高爾夫球場造地：業(yè)主現(xiàn)階段確定的實施范圍為規(guī)劃高爾夫球場區(qū)吹填區(qū)。高爾夫球場區(qū)吹填區(qū)位于菩提島西部，東西向最大寬度為0.72 km、南北向最大長度為2.15 km，吹填面積約1.45 km2。

該工程主要內(nèi)容為圍堤工程與吹填工程。北側(cè)堤長為3 038 m，隔堤長為723 m，擋埝長為1 546 m。

吹填工程圍區(qū)面積約1.45 km2，吹填交工驗收標高為3.50 m（國家85高程），總方量為576.68萬m3。

取土區(qū)的土質(zhì)為細粉砂，是原地方的蛤灘，土質(zhì)內(nèi)含有很多蛤蜊皮。

2 施工時存在的問題及原因分析

挖泥船施工時出現(xiàn)排泥管堵管事故。

上述工程的作業(yè)船舶為絞吸式挖泥船，是國際上疏浚船舶中應用最多的一種挖泥船，適用于河道疏浚、吹填造陸工程。其特點就是將水下土的挖掘、運輸、排出工序一次性完成，并且是連續(xù)作業(yè)。

絞吸式挖泥船運送土方的過程為：絞吸式挖泥船由絞刀切削水下的土，使水下的土變松軟，通過泥泵的真空，由絞刀下方的吸口吸水時帶入泥泵，然后經(jīng)過泥泵的離心力打入挖泥船的排泥管中，最后由排泥管運送至指定的排泥場中。在這一過程中流動的物體是水，泥土以水為載體，經(jīng)過絞刀絞松后被水帶入泥泵，再由泥泵加壓，通過排泥管打入排泥場。

在工程1中施工的挖泥船開挖的土質(zhì)為粉質(zhì)黏土，絞刀切削下來的土為塊狀，也能吸入泥泵中，被泥泵加壓打入排泥管，由泥漿帶動著向前運動，因此增加了排泥管的摩擦力，進而它的運動速度會略小于泥漿流速。如果排泥管線路不是水平的，則容易出現(xiàn)堵管事故。當泥塊沿著管線向下運動時，泥塊速度會有所增加。當泥塊再沿著管線向上運動時，會有一個減速過程，所以當?shù)?個泥塊減速后沿著管線向上運動時，后面第2個泥塊很快就會追上來離第1個泥塊很近，還有可能滾到一起變成1個大一些的泥塊，這樣運動速度就變得更慢，后面的小泥塊連續(xù)不斷地在減速區(qū)匯集過來。如果離開減速區(qū)（管線爬坡段）的泥塊小于進入減速區(qū)的泥塊時，就會發(fā)生堵管事故，如圖1所示。

圖1 管線堵管分析

在工程2中施工的挖泥船開挖的是蛤灘，挖泥船從吸泥口把蛤皮和牡蠣殼吸入排泥管線中。由于貝殼與排泥管的摩擦阻力，因此貝殼在排泥管中的運動速度略小于泥漿的速度，從而也會出現(xiàn)堵管事故。

3 如何預防處理挖泥船堵管事故

（1）實際工程中，管線架設應當選擇盡量水平的路線，使管線減少上下起伏，若實際條件沒有水平路線，在起伏大的位置應增加膠管的數(shù)量，即使出現(xiàn)了堵管事故，在膠管位置的管線也容易拆開處理。

（2）挖泥船施工前要對開挖區(qū)的地質(zhì)報告進行分析，選擇適宜開挖該土質(zhì)的絞刀頭。挖泥船施工開始時要進行試生產(chǎn)，對挖泥船的流速、排壓，泥泵真空、主機負荷等數(shù)據(jù)進行搜集分析，最后設定最大排壓值和最小流速值，當排壓超過最大值時就提起絞刀打清水，待排壓正常后再進行施工。

（3）一般絞吸式挖泥船在施工時，如果排泥管流動的泥漿中有泥塊就容易發(fā)生堵管事故，所以可以在泥泵的葉輪上焊一些鋼片，泥泵在運轉(zhuǎn)時加焊的鋼片將泥泵中的泥塊打碎，使泥漿充分拌合。沒有了泥塊，只要保證排泥管的流速不小于開始設定的最小值，就不會發(fā)生堵管事故。

（4）在工程2中，挖區(qū)內(nèi)有蛤蜊皮，預防堵管事故的辦法只能是合理安排開挖區(qū)和吹填區(qū)的位置，將蛤蜊皮多的取土區(qū)排到離開挖區(qū)最近的吹填區(qū)，使排泥管線盡量短，這樣保證排泥管內(nèi)的流速較大，才不容易堵管。若在施工時排壓急劇上升，應提絞刀頭打清水使排壓降至正常再繼續(xù)施工。

4 結(jié)語

在今后的工作中，對于類似的工程要吸取實踐經(jīng)驗和教訓。根據(jù)不同的施工條件，采取多種不同的措施，降低堵管發(fā)生的概率，以達到更好的施工效果。