耙吸挖泥船在常回淤航道疏浚施工中的运用分析

蔡振邦 广东正方圆工程咨询有限公司

当前城市化进程不断加快，资源开发利用效率提升。水资源和各行业发展与人们生活息息相关，为了提高水资源利用率，疏浚行业获得长远发展，在海洋工程、水利工程中发挥重要作用。在航道疏浚中应用最多的便是耙吸挖泥船，该设备的灵活应用有助于疏浚工程效率提升，促进水资源的高效开发与利用。

1.工程概况

本文以某航道疏浚工程为例，疏浚总长度为14km，宽度120m，运距均值为25km，疏浚总方量为240万立方左右。采用两艘舱容1500m3耙吸挖泥船开展疏浚工程，以溢流施工法进行疏浚。在该项工程中，疏浚位置在河流交叉口处，施工重难点为：一是潮汐变化值较大，水域情况复杂，在施工中可充分发挥海水冲刷的作用，促进工程效率提升；二是航道线路狭窄。该区域河流分布较为密集，大部分水域航道较窄，为工程施工带来不便；三是运输距离较长。为了符合当地环保要求，在疏浚工程中施工现场与抛泥区相距较远，致使施工效率降低。

2.设备结构与原理

耙吸挖泥船可一边航行一边挖泥。在实际施工中，船体航行时拖拽耙头朝着前方移动，重点挖掘水下土层的泥砂。在泥泵抽吸作用下，将泥浆从耙头吸口吸入，经过泥泵排出后输入泥舱之中。待泥舱中装满泥砂后，在航行到抛泥位置，经过底部泥门自行将泥砂卸空，再折返到原地开展挖泥作业。当泥舱未完全装满时，可以继续装载，通过溢流筒溢流，使装舱土方量增加。在实际施工时，还可以通过液压系统对溢流筒的高度进行调整，调整舱内的水位，进而有效控制溢流量。在航道疏浚中，主要采用耙吸挖泥船来实现，该设备的结构包括以下内容。

2.1 耙头

该设备为船体的重要部件，包括吸头、格栅、耙齿、外壳等多项内容。在实际施工时，耙头逐渐切削河流底部的土壤，使结构逐渐松散，整体强度降低，经过吸管吸入到泥泵当中。为了符合多种土壤质地要求，保障最佳切削效果，通常在耙头位置安装液压装置、传感器等设备，使其能够根据土壤性质自由调整切削方式，提高破土效果。

2.2 吸管

该部件在耙头与船体连接处起到纽带作用，利用管道与泥泵相连。根据类型的不同可分为单管、双管两种。为提高施工效率，当前耙吸船大多采用双管配置，为两管总和。在实际施工中，河底地形不够平坦，为使耙头在应用中自由调节幅度，多采用多段式吸管。

2.3 泥泵

该部件的功能在于通过压力差将淤泥抽取上来，再输入到泥舱中存储。在全生命周期中，一些密度与颗粒较大的物质均会沉降到舱底，小密度物质与少部分海水置于泥舱上方。当舱中物质量逐渐增加时，海水与小密度物质便会从舱体上方溢流堰溢出，使舱中只剩下大密度物质，这时便会到指定区域将泥砂卸载出来。

3.在航道疏浚施工的应用方法与效果

3.1 应用方法

根据工程区段不同，可将主航道分为三段，如下图1所示。A航道与后两段相比，工程量相对较大，运输距离较远，且土质较差，以淤泥土为主，沉淀装舱难度较高。如若采用传统施工模式，因淤泥无法快速沉淀，则会制约装舱效率提升，减少每船的装载量，加上运输距离、水深等因素影响，施工效率将低于后续两端。因A段处于河流交叉口，为了提高疏浚效率，通过增加溢流的方式达成目标，其中A段采用耙吸船，B和C段采用绞吸船。

对于不同航段来说，挖泥船中的舱容量为1500m3，具体参数如下：A段运输距离均值为35km，以淤泥质土为主，水深为-6—-8m之间，挖槽长度为3.5km，工程量约为120万立方；B段运输距离均值为30km，上层为淤泥，下层为细粉砂，水深为-8—-10m之间，挖槽长度为4km，工程量约为60万立方；C段运输距离均值为25km，以中砂为主，水深为-9—-11m之间，挖槽长度为5km，工程量约为70万立方。为了提高耙吸船应用效果，主要采取以下应用措施。

3.1.1 装舱时间选择

该项因素对单船周期与泥舱装载土方量具有直接影响。在该工程中采用的4500m3的耙吸船，只需15分钟即可全部装满。但舱中混入的泥浆密度较低，土颗粒需要一定的沉淀时间。当泥舱装满后，仍可继续泵吸泥浆进舱，使舱内部上层小密度的浑水溢流循环出舱，当载重量达到最高值时，便要停止装舱，此时便是最佳时间。在该项目中，因施工运输距离较远，土质情况不同，可采用试挖法得出最佳装舱时间。对三段各试挖3段，A段最佳时间为33分钟，B段为32分钟，C段为30分钟。

3.1.2 乘潮施工

根据上图可知，在A段位置为河流交叉口，可根据该流域的潮汐规律，在实际工程中将其当作船的溢流区，在区域施工中通过降低溢流堰高度，将小密度的物质排出，延长施工时间。据调查，该区域的潮汐变化与水流方向相同。在涨潮时，水流从南侧向北侧流动；待落潮时，水流朝着西南方向流动。在该工程中可通过总结潮流涨落规律，凭借潮流动力使乘潮施工频率增加。项目组可派遣人员记录潮流特征，总结规律，并以此为依据合理安排施工地点与时间，才可取得更加理想的乘潮效果。

3.1.3 降低船舶阻力

图1 案例工程简图

该指标可促进施工能效显著提升，以摩擦力为主要因素。根据大量数据表明，摩擦力在总阻力中占比70%，在低速状态下比重更高。船体粗糙度每天提高50mμ左右；当该项指标不超过20时，粗糙度每增加10mμ，燃料消耗量便会提高1%；当粗糙度超过230mμ时，同样会使燃料增加。可见，油耗与表面光滑度具有直接联系。在该项目中水深在-6—-11m之间，船体外表吸附着海生物，影响船只使用。对此，应定期对船只外壳进行清理，通过喷涂减阻涂层等方式，避免海生物吸附，促进船舶效能提升。

3.2 应用成效

在疏浚工程完毕后，施工结果达到预期目标，主要为：A段的运距均值为35km，工期为162d，实际工程量为121万立方，每船施工量均值为1083.3立方，单位时间产量为7469立方/d。B段的运距均值为30km，工期为75d，实际工程量为592万立方，每船施工量均值为949.5立方，单位时间产量为7467立方/d。C段的运距均值为25km，工期为95d，实际工程量为79万立方，每船施工量均值为1006.4立方，单位时间产量为8315立方/d。从上述结果可知，尽管耙吸船的施工区中土质、运输距离存在劣势，但船只平均施工量超过绞吸挖泥船，每天单位产量与B段较为相近。由此可见，采用先进的施工工艺可使耙吸船的疏浚效果达到最佳状态。根据疏浚工程研究可知，因耙吸船具有较强的灵活性、施工效率较高，可将其应用于复杂水域、劣质土质的作业中，根据工程实际选择相应工艺和船型，对提高整体疏浚工程效率来说具有重要意义。

4.结论

综上所述，在航道疏浚工程中，耙吸挖泥船作为主要设备，在施工中受工地情况、船机状态、施工工艺等多项因素影响。对此，应结合当地工程特点深入分析，通过合理选择装舱时间，总结潮流涨落规律，凭借潮流动力使乘潮施工频率增加，定期对船只外壳进行清理，喷涂减阻涂层降低船舶阻力等方式，促进挖泥船效能提升，为后续疏浚施工积累更多经验，实现降本增效目标。