奥里诺科工程施工控制及量舱效率的提高

凌 杰 白 军

一、引言

奥里诺科航道疏浚维护工程是中交集团疏浚行业的一项重要工程，也是上海航道局拓展海外市场、将疏浚市场国际化中不可或缺的一部分。施工效率将直接影响企业的效益，为提高自航耙吸式挖泥船的施工效率，首先需对各个相关挖泥参数进行最佳控制，同时施工工艺和设备状态也至关重要。本文将针对奥里诺科航道疏浚工程分析自航耙吸挖泥船的施工控制和提高量舱效率的措施，以期为同类船舶施工作业提供参考。

图1 奥里诺科外航道示意图

二、工程概况

（一）航道尺度

奥里诺科航道疏浚工程分为外航道和内航道，图1为该航道外航道示意图，航道全长196海里，为单向航道，其中外航道全长42海里，范围0.0～42.0海里，设计底宽122米，疏浚维护深度-13.4米，内航道全长154海里，范围42.0～196.0海里，内航道需要疏浚的区段有12个，设计底宽91米到200米不等，除了Curiapo段维护疏浚深度为-13.4米，其余区段维护疏浚深度均为-10.4米。

（二）水文环境及土质情况

1. 内航道

内航道主要为单向径流，流速2.5～3.0节，航道狭长，施工区域分散，浅滩，弯道多，流向复杂多变。每年存在雨季和旱季，一年内水位变化很大，4月至8月流量增加，9月至翌年3月流量减少，月水位最高，部分施工区段可达10.9米，3月水位最低，部分施工区段只有1.4米。内航道土质多为近期沉淀的物质，主要有暗色粉沙、带有少量淤泥的黄色细沙、中沙。

2. 外航道

外航道呈半日潮，最大潮差1.98米，水流为往复流，一般流速2.5节，最大达到3.5节。偶尔出现海雾或薄雾，一般不会影响航行和施工，在口门处会出现适度的浪，来自东北方，最高时达3.05米，一般出现在12月，并低于4%，1月至4月，浪高在0.6～0.9米，浪向为西南，风向主要为东-东北风，风速4.2～5.6米/秒。外航道土质上层主要以浮泥、淤泥为主，河床底质为含松散钙质物的黏质粉土、粉沙。

三、施工工艺

“新海牛”轮是一艘万方自航耙吸式挖泥船，舱容10 508立方米，双机、双桨带导流罩带球鼻首，图2所示为该轮船貌。该轮可在无限航区航行，沿海航区作业，当以“作业吃水”航行作业时，船舶满足距岸20海里以内航行施工，同时满足船级社规定的最大风速13.8米/秒、有义波高2.0米的条件下航行施工。主要用于长江口疏浚工程，并兼顾国内外类似工况条件的航道疏浚，载泥量约13 775吨，双耙最大挖深为32米。

图2 万方自航耙吸式挖泥船“新海牛”轮

（一）施工流程

我轮主要采用装舱溢流施工的方法，即针对泥土主要采取挖、运、抛的方式，达到均匀增深的目的[1]，图3为其具体施工流程。

图3 施工流程示意图

（二）挖泥控制

1. 挖泥船速的控制

奥里诺科河内航道土质以细沙、中细沙为主，且施工区段比较分散、狭长。考虑到单船次的施工时间、施工趟数、轨迹线要求及流压等工况，船速过快可能会导致降低装舱效果，反而影响了土方装载量。船速过慢导致施工时间较长，挖泥效率降低，且易超挖超深，影响平整度。经多天多船次的施工摸索总结，内航道挖泥船速控制在1.0～3.0节，其施工要求都能满足，且单船土方量较高，施工效果较好。

外航道存在许多黏土与细沙的混合絮状物，土密度在1.3～1.7吨/立方米范围内变化，会形成静止悬浮层，给船舶航行带来困难。外航道以每1.7海里为一施工小段，受装舱溢流时间必须在30～35分钟间的限制，船速必须控制在2.8～4.0节内，表1所示为各段施工最佳挖泥船速。

表1 “新海牛”轮各段施工最佳挖泥船速 kn

2. 泥泵转速

我轮泥泵为无极调速泥泵，正常运转下转速为178转/分，泥泵吸入真空最高可达0.8巴。外航道泥浆浓度计显示最高可达1.32吨/立方米，且较为稳定，取样实测浓度基本维持在1.45～1.5吨/立方米，内航道浓度在1.25吨/立方米左右。

3. 波浪补偿器压力

内航道由于土质以沙为主，河床较为坚硬，故左右耙头补偿器压力先充至26巴，后在施工中慢慢摸索，最后将压力调到了28巴，施工效果好。外航道土质以浮泥、淤泥为主，依据以往施工经验，将耙头补偿器压力增到了32～33巴，波浪补偿器行程较灵敏且不易闷泵，泥浆浓度较之前有所增加，施工安全得到更大程度的保障。

4. 耙唇对地角度

在操耙时，及时调节主动耙头对地角度，有效控制流量、流速、吸入真空，确保内、外航道泥浆浓度分别在1.22吨/立方米和1.3吨/立方米以上，流量在4～5吨/立方米，使得施工产量最高。

四、外航道施工时提高量舱措施

装舱溢流即针对泥土进行“挖-运-抛”的操作。外航道施工时，要求每5海里为一土方计量段，每1.7海里为一施工小区段，由于施工长度的限制，装舱溢流时间必须控制在30～35分钟以内，想要提高单船土方量，就必须在有限的时间里尽量多装土方，以此达到提高施工效率的目的。

（一）原装舱工艺及存在的问题

初期采用的是比较传统的装舱方法，即在进舱前直接将左、右溢流筒升至最高限位，由于外航道土质以浮泥、淤泥带块为主，前、后进舱闸阀开启后几乎不进行调节。这种方式的装舱效果较差（浮泥，淤泥满舱后沉淀效果差），即使适当增加溢流时间，也是一样的效果。

奥里诺科工程不同于其他工程，它需要进行量舱工作，量舱的好坏直接影响到了最终土方量。由于船舶抽舱时无法将泥舱内的水全部抽净，且在挖泥的过程中，闸阀冲洗水也会流入泥舱，边线施工偶尔还会出现一定程度的压耙、闷泵现象，这时就不得不拎耙，使得一部分低浓度泥浆甚至清水被打进泥舱。满舱后，由于泥舱上部横梁的阻挡作用，低浓度泥浆以及从泥舱底部翻滚上来的水就被挡在横梁与横梁之间，无法通过溢流井溢流出去，如图4所示。进而导致量舱时，各个量舱孔量出来的数据差异大，平均下来计算出的土方量未能达到预定目标，挖泥效率不理想。

图4 横梁阻挡后上层低浓度泥浆无法溢流

（二）探索如何提高量舱效果

面对量舱效果不好的问题，主要从控制减少清水注入量和装舱工艺两个方面进行了整改，但船舶上大型设备重量的分布，淡水舱、燃油舱的库存影响着船舶倾斜度，同样对量舱存在一定的影响，在这些方面都应引起注意，满载量舱前尽量将船舶保持在平吃水状态。

1. 控制闸阀冲洗水进入舱内

当施工中出现压耙、闷泵现象时，为了保证施工及设备安全，不得不选择拎耙，所以这部分低浓度泥浆或清水进入舱内是无法避免的。只有在施工的30～35分钟之内，严格控制闸阀冲洗水的排入，尽量减少清水的注入量，才能较好地保证舱内浓

图5 闸阀冲洗水改造工程

2. 装舱工艺的改进

在对闸阀冲洗水进行改造后，对装舱时的一些操作也进行了改善，即对溢流井和前后进舱闸阀进行有效实时调节。

首先，船舶在抽完舱后进舱前，将溢流井放至1.5～12.0米（低于横梁0.5～1.0米）位置，将甲板克令吊置于船首，以增加船首吃水。

然后，打开所有进舱闸阀开始装舱，待舱内开始溢流时，观察船舶首吃水情况。如果首吃水大于尾吃水，可关闭前进舱闸阀，通过后进舱闸阀泥浆的冲击作用，将泥舱尾部低浓度的泥浆顺流慢慢地排至溢流井处，开始初步溢流；若首吃水小于尾吃水，可适当增加溢流井高度，只要溢流井高度低于横梁即可，或可通过调节前、后进舱闸阀，利用不均匀的装载量来达到首吃水大于尾吃水的目的。

最后，当初步溢流3～5分钟后，升高溢流井至低于横梁0.1～0.2米位置，进行第二次溢流。1～3分钟后，将溢流井升至最高限位，待满舱后进行最后的溢流，溢流时间在2～4分钟。

图6 三次溢流后上层泥浆浓度效果图

虽然溢流总共分了三次，但总的挖泥时间仍能控制在30～35分钟内。可以明显看出，较之前只在最高溢流井位置溢流一次浓度有了很大的提高，舱内低浓度泥浆几乎全部排出，量舱效果达到最佳，图6为三次溢流后上层泥浆浓度情况。度。虽然在短暂的施工时间里，闸阀冲洗水进入泥舱的量不是很大，但对上层泥样还是有一定的稀释作用，影响量舱。所以，我船对闸阀冲洗水管路进行了改造，将所有泥舱上部闸阀冲洗水通过新接管路直接流入左溢流井排出舷外，不再进入泥舱。图5所示为闸阀冲洗水改造工程。

3. 整改前、后效果分析

完成闸阀冲洗水改造并开始实行装舱时三次溢流法施工工艺后，整改前30天与整改后30天内的日相关施工数据如表2所示。

将整改前30天与整改后30天内的日相关施工数据对比分析后，得出如图7所示的整改前后每日挖泥效率对比图。从表2和图7中可以明显看出，整改后，每日的单船土方量大有增加，这说明量舱效果较之前好，施工效率得到有效提高。计算得出，整改前一个月的挖泥效率为18 498立方米/小时，整改后一个月的挖泥效率为19 534立方米/小时，提高了5.6%。

表2 整改前、后有关土方量统计

五、结论

根据奥里诺科航道疏浚工程的具体特征，从挖泥船速控制、泥泵转速、波浪补偿器压力和耙唇对地角度四个方面分析了施工过程中不同参数的控制，并针对以往装舱工艺中存在量舱效果较差的实际问题，通过闸阀冲洗水改造和装舱三次溢流法提高了量舱效率。可见，只有在实践中不断探索，总结经验，才能找到最佳的施工方法，将施工效率最大化。

[1]周福田,张贤明.水运工程施工(港口航道与海岸工程专业)[M].北京:人民交通出版社,2004:69-79．

图7 整改前后挖泥效率对比图