浅谈耙平器扫浅工艺实验研究

周权

摘    要：耙平器是航道疏浚工程中的重要设备，对于疏浚工作的自动化、效率化有重大意义。该文以长兴岛航道疏浚工程为例，分析了耙平器安装及使用的方案，并结合工程情况，提出了结合图纸更换耙平器种类与曲线航道疏浚的创新工作模式。为今后类似航道疏浚工程提供了学习案例与指导意见，也为耙平器的使用方案与结构设计创新提供了参考价值较高的研究案例，对于我国航道疏浚工程与耙平器扫浅工艺创新进步存在一定的意义。

关键词：航道疏浚;耙平器;工艺创新

1  项目背景

维护性疏浚工程通常特点为疏浚面积大，泥层薄，浅点较为分散。后期扫浅施工繁重，如何高效经济的完成扫浅施工成为工程的重点，相对于耙吸船、抓斗船扫浅，利用耙平器完成扫浅工作具有高效、经济的优点，国内很多工程都运用耙平器进行扫浅施工，积累了较丰富的资料和成果。如何根据工程实际发挥最大功效仍需要进行深入的研究和分析。

为迎接工程状况越来越复杂的挑战，项目部将开展以上辅助设备的优化与改进工作。

2  项目研究的主要内容

2.1  分析土质情况，确定施工难点

本工程基于长兴岛航道维护性疏浚工程研究，由于工程为维护性疏浚，业主单位未提供土质勘探报告，项目部仅根据施工区实际土质采样分析结合施工测图对施工区内土质进行分析。

项目部采用7500m?舱容耙吸船施工期间，发现施工区存在渔网块石等情况，同时，耙吸船在内航道施工期间，航速变化较为明显，施工淤泥土质时耙吸船航速约为3～4节左右，施工至粉细砂等土质时，航速下降至1～2节，且泥泵流速降低，导致施工效果较差。结合测图显示，耙吸船后期施工效果较差，形成了一道道垄沟，对耙吸船施工造成了较大困扰。

2.2  耙平器的种类搜集，及前期相关内容调研工作

项目部前期积极与大连理工大学土木建筑设计研究院以及协作单位耙平器相关专家进行研究讨论，结合相关文献进行研究学习。

按照结构类型和使用途径分别将耙平器主要分为三类型：滚铲型耙平器、切片型耙平器、拖平式耙平器。

2.2.1  滚铲型耙平器

滚铲型耙平器利用拖轮产生的拖曳力，滚铲在泥面上滚动，主要针对砂质土质以及海洋海底垃圾等进行耙平施工，根据土质不同，滚铲型耙平器耙头也分为菱形和圆形。

2.2.2  切片型耙平器

切片型耙平器设计原理参考于绞吸船绞刀。针对粘土性土质，滚铲型耙平器和托平式耙平器针对粘土土质破土效果很差，根据不同粘土类型，切片型耙平器中也分为大切片和小切片。

2.2.3  拖平式耙平器

拖平式耙平器主要针对淤泥等较软土质进行整平，根据施工需要，拖平式耙平器也分为带耙齿和不带齿的类型，根据以往施工经验得知，该类型耙平器的整平效果较好。

2.3  施工技术方案

2.3.1  施工手续准备

项目部为保证工程正常运转，拖轮需办理施工作业许可证。

2.3.2  设备安装

（1）A字架安装。A字架起起吊和下放耙平器的作用。A字架一般连接在甲板安装好的地菱上。

（2）吊索安装。使用42mm的钢丝绳将吊索的一端固定在耙平器上，另一端则通过A字架顶的定滑轮连接在拖轮上。

（3）拖索安装。耙平器的拖索由48mm的钢丝绳，设置在船舶两侧。

（4）边吊索安装。为了防止拖索在自由状态下有一些沉在泥面，航行中不安全，所以需把拖索露出泥面。在船边布置直径20mm的边吊索，接在拖索和锚机上。

2.3.3  定位控制

定位装置则安装在拖轮上。船上有DGPS定位系统，同时还需要安装施工电脑和施工导航软件，目前主流软件有HYPAC系列、中海达系列和南方测绘系列软件。由于项目部和施工船舶普遍采用HYPAC软件，故本次耙平器拖轮采用HYPAC软件。通过将水深文件導入电脑中，可以直观地通过水深图来指导施工。项目部人员安装DGPS接收机，进行GPS校核，保证施工精确度。

2.3.4  深度校准

关于拖索长度可按照勾股定理求之。

2.4  分析总结工作

项目部第一次选择采用拖平式耙平器进行扫浅施工，由于未考虑到垄沟形成主要是由于土质因素造成的。故采用拖平式耙平器进行施工期间，进行测量后，结合测图分析发现扫浅施工效果不理想。项目部通过去分析土质发现，施工区内主要土质为淤泥、淤泥质粘土、粉细砂、中砂等土质。由于土质复杂，耙吸船施工效率随土质变化较为明显，施工上层淤泥土质时，耙吸船施工生产率较高，航速和泥泵泥浆浓度及流速都较高，随着土质的变化，施工至粘土及砂土时，耙吸船航速明显降低，生产率也随之降低，施工难度逐渐增大。

此时，项目部安排耙平器配合耙吸船进行施工，考虑到施工区内施工重点难点在于细砂和中粗砂的影响较大，由于细砂和中粗砂易固结，耙吸船破土效果较差，为进一步提高耙吸船施工效率，项目部选用滚铲式耙平器配合耙吸船施工，对比发现施工效率明显提升，耙吸船生产率也得到了部分提升。

3  项目取得的主要成果及创新点

本项目通过不同土质下耙平器种类为插入点，结合工程特点，总结出一套可行效果良好的施工方案。项目取得的主要成果及创新点如下。

3.1  研究施工土质，更换耙平器类型

工程实际施工过程中，分析出耙吸船施工后形成垄沟的主要原因，排除了因为布线不均等原因外，主要为土质因素影响造成垄沟的形成，项目部通过土质采样，发现垄沟区域土质主要为粉细砂和中砂等固结的土质，项目部及时更换耙平器类型，使用滚铲型耙平器进行施工，破土效果良好，有效地施工垄沟区域，配合耙吸船施工期间，耙吸船施工效率也得到了进一步提升。

3.2  采用S型曲线进行布线

由于本工程航道为320m宽，耙吸船施工方向基本是沿航道轴线方向施工，垄沟方向大体上显示为沿着航道轴线方向。如拖轮携带耙平器施工继续沿着航道轴线方向施工，则破土效果不理想。想要最大化利用耙平器破土效果，则是垂直于航道轴线施工，由于航道宽度仅为320m，拖轮航速为4节的话，约2分钟就需要调头一次，影响施工时利率，且频繁穿越航道，存在安全隐患威胁。最终，项目采用与轴线成S型曲线的布线方式，既保证了破土效果，也提高了耙平器施工效率，同时也有利于拖轮对进出港船舶的避让。

4  应用前景

随着疏浚设备及工程的复杂化，一些挖泥船辅助设备对疏浚船舶的生产率影响越来越大。通过对耙平器应用的研究，为以后类似工程提供可靠的施工工艺和操作要点。对疏浚项目中扫浅施工投入设备多、时间长等问题给出了新的解决办法。提高工程扫浅施工中的生产效率，保障了工程顺利验收，有效降低了企业施工成本，创造了巨大的经济效益。根据工程实际情况，及时总结和推广耙平器在施工扫浅中的应用，对疏浚行业和企业未来发展有很大帮助。

5  存在问题、建议及下一步研究工作设想

（1）耙平器下放深度单仅靠人工观察吊索钢丝绳上的标记作为判断，存在一定人为误差。且新的钢丝绳在使用一定的时间后会产生不同程度的变形，这就要求对长度重新进行标记。建议安装深度指示仪，可以对下方深度进行更精确的把控。

（2）若施工区存在涌浪或者泥面高差较大时，耙平器会随着上下抖动，对吊索产生一定的顿挫力，对吊索钢丝绳有所损坏。如果参考耙吸船一样安装波浪补偿设备，则可以保护吊索钢丝绳，同时提高施工作业中的抗风浪能力。

6  结论

长兴岛航道疏浚工程中，由于业主前期信息提供的不充足与施工调查的忽视，受不良土质干扰，施工進程受到了较大的影响。虽然，项目组成员在施工过程中临时决定了耙平器种类的更换，保证航道疏浚项目顺利完成。但在该项目中也体现出了多种问题，如现代航道疏浚环境的不断复杂导致现有耙平器结构及使用方案都需要进行创新。笔者就耙平器吊索结构提出了深度指示仪与波浪补偿设备添加的建议，为耙平器扫浅工艺与航道疏浚工程的创新发展做出了一定贡献。

参考文献：

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