淺談疏浚船舶施工效率的影響因素

張禮

中交廣州航道局有限公司 廣東廣州 510000

1 疏浚船舶工作原理

在施工過程中，耙吸船主要利用船載耙吸船疏浚系統(tǒng)、DGPS定位系統(tǒng)，以對導(dǎo)航在航道內(nèi)的挖掘施工進(jìn)行精確確定。當(dāng)艙內(nèi)泥漿的濃度基本穩(wěn)定以后，裝艙溢流便開始起耙，進(jìn)行全速航行，一直到達(dá)拋泥區(qū)域，然后在指定區(qū)域拋送疏浚土，在所有拋泥全部拋完以后，便立即返航，然后耙吸船會重新返回施工段進(jìn)行施工，周而復(fù)始，直到耙吸船施工區(qū)域滿足設(shè)計(jì)要求為止[1]。

2 影響因素分析

2.1 砂石的底質(zhì)

以某新型工程船在某工程施工為例，該船艙容為10000m3，單位裝艙量約1000m3（h·船次），而單位裝艙量需達(dá)到2000m3（h·船次）才能滿足施工任務(wù)要求。導(dǎo)致效率降低的直接原因是工程特殊的底質(zhì)。在深海工程中，施工的區(qū)域一般會遇到砂石盤，這些砂石大小不一、形狀不規(guī)則，最大砂石粒徑約0.6m，大部分分布在0.35-0.40m。砂石不是致密的石料，使用高壓水對砂石產(chǎn)生破碎作用，只能通過耙頭的重力和耙齒破開少量的石塊。

2.2 耙頭的構(gòu)造

泥泵、耙頭是耙吸式挖泥船的重要設(shè)備，其中，挖泥船取砂裝艙的效率，在極大程度上深受耙頭格柵尺寸、耙頭類型的影響。要想吸取泥泵，同時(shí)能夠順利通過三通管件、閘閥、泥管，耙頭格柵尺寸應(yīng)比砂石石外形尺寸要大。耙頭格柵由多個(gè)長方形共同構(gòu)成，其中每個(gè)長方形的尺寸大小為0.23m×0.25m。由于格柵間隔尺寸比較小，格柵被許多石塊堵住，使得耙頭的通流面積大大減小，導(dǎo)致泥泵無法吸收充足的水分，最終促使高真空的產(chǎn)生，大大降低了泥泵的取砂效率。在后期運(yùn)行過程中，泥泵在大多數(shù)時(shí)間中會減小，在少部分時(shí)間中會提高泥泵流速。通過對其他施工現(xiàn)場中耙吸式挖泥船耙頭的改造成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)、對不同部門的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析后，將耙頭活動罩的前排格柵予以割除，同時(shí)將后排的格柵予以增大。通過深入分析施工數(shù)據(jù)，在對泥沙挖取15min以后，泥泵流速由9.4m/s降低至3.4m/s，不過并未過多降低泥泵真空吸入量，在泥泵運(yùn)行3min時(shí)，泥泵出現(xiàn)最大真空度-9.2kPa.其中，泥泵吸入真空壓力在運(yùn)行15min的后半段中為35kPa。不過在進(jìn)行運(yùn)行過程中，泥泵吸口處的壓力大于0，嚴(yán)重影響了對石塊、泥沙進(jìn)行挖取的所需的泵吸力的形成，因?yàn)槟啾昧魉?、砂水混合物濃度均過小，嚴(yán)重降低了泥泵對泥沙的挖取效率。只有對擋板入土的深度進(jìn)行減小，有效修改耙頭的其他部位，才能夠?qū)Π引X入土深度不造成影響。例如，割平耙頭兩側(cè)的擋板，增長安裝在耙頭處的珊瑚切割器，以便對珊瑚進(jìn)行切割。不過，以上改造有助于施工效率的提升[2]。

2.3 泥泵的性能

拆解船舶的泥泵，對葉輪磨損情況進(jìn)行測定后，不難發(fā)現(xiàn)，葉輪出現(xiàn)一定程度的磨損，前襯板與后襯板尚未出現(xiàn)顯著的磨損，和新葉輪厚度相比，舊葉輪厚度減少約6mm，前后襯板厚度約減少0-0.5mm，泥泵原來的后襯板間隙為4mm，前襯板間隙為6mm。

葉輪是泥泵的核心，針對泥泵施工效率，其主要影響因素包括葉輪葉片的轉(zhuǎn)速、尺寸大小、數(shù)量、曲線方式等，對泥泵的能力、作用起到?jīng)Q定性作用。通過對施工現(xiàn)場中3艘船舶的泥泵進(jìn)行比較后，不難發(fā)現(xiàn)，這3艘船舶泥泵每船次裝艙土方量、施工效果比較結(jié)果為900WN＜ZB200-1000A＜1000WN。實(shí)際上，如果耙吸挖泥船安裝不同型號的泥泵，則其泥泵葉輪具有不同大小的流道截面面積，造成不同船舶具有不同尺寸大小的耙頭格柵孔。對于900WN葉輪葉片之間的最小流道寬度為230-255mm，但是石塊尺寸范圍為300-450mm，因而900WN泥泵的耙頭格柵、葉輪極易被挖取的石頭、泥沙所片住。

在將泥泵吸口短管導(dǎo)門打開時(shí)，盡管在葉輪上并未發(fā)現(xiàn)片住石塊，不過在泥泵運(yùn)行時(shí)，砂石便會在葉片之間的流道被片住，在泥泵停止轉(zhuǎn)動時(shí)，泥泵上部便會倒灌約12m的水流，使得這些石塊被沖到耙臂彎管處或者吸口閘閥的周邊。通過對相同海域中出現(xiàn)同種問題的絞吸式挖泥船進(jìn)行參照，在絞吸船水下泥泵對5葉片的葉輪進(jìn)行使用時(shí)，在石頭被葉輪吸口處片住以后，將會快速降低泥泵的流速，通過換用3葉片的葉輪，能夠有效改善運(yùn)行情況，能夠有效提高施工效率。由此可推斷出，泥泵葉輪吸口最小通流面積處極易將石塊片住，在石塊被葉輪片住以后，葉輪的流量隨著石塊堆積量的不斷增加而不斷下降。如果選用的是4片葉子的泥泵葉輪，在將1個(gè)吸腔通道封堵以后，便會造成泥泵最大流量的1/4的減少[3]。

3 結(jié)語

（1）針對泥泵性能對施工效率的影響，通過對其進(jìn)行深入研究后，不難發(fā)現(xiàn)，在施工過程中，泥泵葉輪極易片住石塊，嚴(yán)重降低泥泵的施工效率。

（2）對耙頭格柵進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，當(dāng)泥泵片住直徑比較大的石塊時(shí)，便會對船舶施工效率造成嚴(yán)重影響，因此在對耙頭格柵進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，還應(yīng)對泥泵泵殼、不同葉輪之間的最小流道寬度進(jìn)行增大，對葉輪葉片數(shù)量進(jìn)行減少，增大通流面積，有效改善葉輪的堵塞情況，這樣才能夠有效提高船舶的施工效率[4]。