简述常见疏浚难点及应对措施

韩中华

简述常见疏浚难点及应对措施

韩中华

一、引言

水下主要疏浚设备分为抓斗式、吸扬式挖泥船等。抓斗式挖泥船是利用配置的泥斗进行土方开挖，由泥驳运输实现弃土；吸扬式挖泥船是利用挖泥船配置斗轮或绞刀头开挖水下土体，泥泵与排泥管将泥水混合体输送至排泥场或弃土区抛填。

二、疏浚技术难点

1.硬塑土疏浚难点

硬塑土体对非惯性抓斗来说，施工效率降低的程度不大；而对于绞吸式、斗轮式及惯性抓斗式挖泥船，开挖及输送能力明显不足。依靠管线转送的绞吸式或斗轮式挖泥船施工经常出现堵管现象。

2.异常土体疏浚的难点

无论采用何种施工方法，土质的软硬程度对施工效率的影响是较大的，尤其是对铁锰结核层的施工。勘探部门往往是在去除铁锰结核颗粒后再进行土类判别，土类级别较低。投标单位为响应标书，只能根据已确定的土类级别，套用相应的定额编制标价。由于铁锰结核颗粒坚硬，密度高，在输送过程中出现铁锰结核块颗粒沉积，并以较低的速度沿管底壁滑动运行，其滑行的速度仅为1.5m/s左右，远小于正常状态下土块悬浮或半悬浮状态下的运动速度3.5m/s。一旦管内流速稍有变动、管线方向变化、开挖时土体坍塌、开挖速度略快或操作不当等，都会产生铁锰结核颗粒在管内堆积，从而造成堵管现象。因此，依靠管线转送的绞吸式或斗轮式挖泥船施工时，施工效率将严重降低，并导致机械设备严重磨损，输送能力严重不足。

3.板砂层及中粗砂疏浚的难点

板砂层通常处于海边附近的内陆地区，砂粒极细，通常与微量的粘性土颗粒混合沉淀，由于海水电解质的作用，促进了细砂与粘土颗粒固结程度，并形成与砂浆类似的板块状体，颗粒结构异常紧密。在输送运动过程中，与管路的碰撞、摩擦及水流的冲击容易破碎，对管路的磨损程度相当于输送疏浚土类分级的5类土，其最大的难点是开挖困难；而中粗砂由于颗粒粒径较大，在输送过程中出现水砂分层现象，其主要难点是设备输送能力不足，设备异常磨损。

三、施工技术措施

1.硬塑土疏浚技术措施

（1）抓斗式挖泥船疏浚

挖深已超出桩泊式（挖掘机改进型）抓斗挖泥船允许最大挖深，或大于绞吸挖泥船最大挖深，干法施工条件不能满足时，只能采用惯性抓斗进行疏浚。为保证施工效率不至于降低过大，在保证斗重的前提下，改进泥斗，使泥斗容积降低四分之一，以增大单位面积的切土能力；改进斗齿入土角度由原90°降为80°～85°左右，以提高闭斗力；斗齿由直齿改为圆弧齿，圆弧齿半径与泥斗半径相同，以降低闭斗时土体的挤压力。

（2）吸扬式挖泥船疏浚

当开挖的深度在桩泊式（挖掘机改进型）抓斗挖泥船允许最大挖深内，可采用抓斗挖泥船挖松，然后由绞吸式或斗轮式挖泥船再开挖并输送至排泥场。当不能满足桩泊式抓斗挖泥船开挖条件时，在绞吸式或斗轮式挖泥船设备允许范围内，并经过论证的前提下，首先在设备能力上对开挖系统进行处理或改进：采取调高刀头操作压力，以增加绞刀转速，提高切削能力及碎土率；尽可能减小刀头直径，更换锋利的薄型锰质刀片，提高单位面积的切土能力；刀片与刀片间间隔加焊锰质渐开型凿型齿（齿长一般不超过200mm，宽50mm，高40mm），加速土体破碎；适当提高主机转速并更换加大直径泥泵叶轮，以增大泥泵输出能力；适当割除吸口阻障格栅，以降低吸入阻力；其次是尽可能缩短输送管线长度及降低排泥口高度，管线顺直，避免急弯、陡坡或阻流障碍等，以减小扬程损失；在管理上应加强操作员工的培训，提高操作技能，增强应变处理能力，减少堵管现象的发生几率。

2.异常土体疏浚技术措施

对于铁锰结核层的疏浚土类的分级，由于其特殊的机理，对设备的破坏程度极大，输送距离降低严重，可采用下述两种指标优先方法：一是贯入击数优先法，二是铁锰结核层土体密度优先法。板砂层的疏浚土类的分级，建议采用贯入击数优先法。

对异常土体（含铁锰结核土层）通用的疏浚方法是采用抓斗式挖泥船开挖，水上运至指定位置卸土，再由陆上机械运输至排泥场堆放。由于施工环节增多，成本将成倍增长。如采用绞吸式或斗轮式挖泥船进行疏浚，首先能解决堵管现象，其次是能避免异常共振及磨损。

（1）减少堵管的措施

①适当提高主机转速并更换加大直径泥泵叶轮，以增大泥泵输出能力。

②及时处理吸排泥管的泄漏，管线布置顺直，减少或避免急弯、陡坡及异径管的使用，少用胶管，最大限度地降低出泥口高度等。

③采用分层开挖法，首先大面积开挖表层无铁锰结核层，以降低土层厚度，避免大体积的坍塌。开挖完成后，再进行铁锰结核层的开挖，最后进行下层土体开挖。

④加强操作员工技能培训，提高操作的平稳性。

（2）减少共振频次的措施

为避免主机设备的异常共振，操作时必须做到均衡吃土，即横移速度平稳，吃土长度不大于绞刀直径的90%，吃土厚度不大于绞刀直径的70%。

（3）降低磨损的措施

①减少胶管的使用频次，避免胶管的过度磨损。胶管一般用于水上排泥钢管之间的联接，也可用于陆上排泥管之间的联接，但当土质较硬或含有硬质障碍物时，由于土块或障碍物在排泥管内的滑动运动，与胶管接触时，摩擦阻力会使胶管接触面产生较大的变形，长此下去，必然会产生局部胶管磨损严重，从而大大减少胶管的使用寿命。

②加大钢质弯管弯曲半径。土块或硬质障碍物在直线管路中大部分以滑行运动，兼有跳跃式运动。当进入弯管后，由于离心力的作用，很快脱离原水体的运动方向，基本以原管路的直线方向冲击弯管壁，从而造成局部磨损严重。此类土体施工时，钢管的弯曲应不小于2m。

③经常性调换管线安装角度。排泥管的使用寿命指在管壁均匀磨损的前提下，输送3类土以下的土质而确定，通常为3600台班。当土质坚硬时，其寿命降为2800台班以下，如果开挖中粗砂或铁锰结核层，其寿命仅有1000台班左右（泥泵的使用寿命基本与排泥管线寿命相同）。

在开挖松软的低于3类土以下时，土块的易变形性、易破碎性，有效降低了大直径土块的含率，提高了管内运动液体的稠度与密度，保证原本密度较低的土块在运动过程中下沉速度缓慢，使破碎的成球状小土块处于半悬浮或跳跃运动状态，从而大大减小土块动能及与管壁碰撞的几率，降低了排泥管的磨损程度。因此，疏浚3类土以下的土体，管线布置一次，可维持到工程结束。

当开挖硬质土体或硬质物时，土块及硬质物密度较高，不易破碎且棱角分明，管内液体稠度与密度几乎与水体相同，块状物体在运动过程中，具有较高的动能，沿管底壁滑行，常以棱角与管壁碰撞或摩擦。据统计，排泥管输送硬质土磨损程度约为1/40000（mm/m3），输送硬质物体或中粗砂1/10000（mm/m3），因此，当输送硬质土约12万～18万m3，硬质物、中粗砂约3万～4万m3时，排泥管必须拆解，并根据管路的磨损程度，使排泥管旋转90°重新安装，以保证磨损程度均匀性，确保排泥管路达到合理的使用寿命。

④杜绝吸排系统泄漏，避免异常磨损。吸泥管泄漏可造成吸入能力降低，使绞刀对未吸入的土体再次开挖，从而加剧绞刀的磨损程度。此外，由于吸管内泥浆浓度过低，流速缓慢，更有利于硬质土或硬物质的沉淀，从而加剧吸排泥管磨损。对此，在施工过程中可通过听排泥管内否有掺气声音，看操作仪表的变化情况，判断吸管泄漏的可能性，并经常性检查吸泥管的使用情况，及时维修或更换吸泥管线，以杜绝吸泥管泄漏现象的产生。

泥泵泄漏使输送能力降低，增加了硬质土或硬物质的沉淀几率，加剧了硬质土或硬物质与管壁的碰撞或摩擦。

排泥管泄漏最严重的后果是堵管频发，泄漏点或孔的磨损特别严重。当疏浚此类土时，排泥泥管安装完成后必须进行清水试验，确保管线闭气效果。

⑤遵循“输送管线最短”原则，避免不必要的管线磨损。输送管线最短是扬程损失最小的标志，不但能充分发挥设备的输送能力，而且管线磨损损耗最少。

水上排泥管线易受胶管的柔软性及水面波动影响，导致输送时管内水流流向不稳定，胶管摩擦阻力较大等。因此在条件许可的前提下，应尽可能少用。水上管线布置应力求平顺，与陆上管线联接处必须对水上管线进行方向固定平顺过渡。施工过程中，要及时对管线进行调整，根据需要随时添减管线。

陆上管线布置顺直，尽可能少用弯管，避免急弯管及胶管的使用；遇陡坡控制爬坡坡度不得大于30°；出泥口应根据吹填进度逐步提高出泥口高度。

3.板砂层及中粗砂疏浚技术措施

板砂层导致绞刀开挖困难，建议采用贯入击数优先法确定土类级别。其疏浚施工技术措施可参照硬塑土技术措施的相关内容。此类土体在输送过程中，产生堵管的机率较小；但吸排系统泄漏将会对输送设备造成严重冲蚀磨损，其磨损程度比中粗砂略小。

中粗砂与铁锰结核颗粒相比，密度与硬度基本相近，中粗砂粒径较小。在输送过程中，虽然中粗砂极少产生机械设备共振现象，虽然对吸排系统的磨损机理各有不同，但对输送管路产生的磨损程度基本相同■

（作者单位：江苏省水利建设工程有限公司225002）