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《交通企業管理雜志》2015年第六期

一、施工特定參數的影響

1.泥漿排距在某一挖掘范圍內，泥漿排距基本上為一定值。排距與絞吸挖泥船產量的關系十分密切，當挖泥船輸送泥漿距離較長時，泥漿在管道內的摩擦阻力增大使得泥泵排出壓力增加，泥漿動能轉化為壓力能，泥漿輸送過程中的損失能量小于泥泵傳遞的能量，造成泥漿流速降低；當泥漿流速小于其臨界流速（淤積流速）時，泥沙沉積在管路下部，使得產量降低，嚴重時會產生堵管現象甚至造成管路破裂。長管線施工時泥漿體積分數應控制在一定范圍內，否則會出現堵管現象，如果管線再加長，泥泵管路就因沒有相交工作區而不能正常工作。當挖泥船在短距離施工時，泥漿輸送阻力減小，施工流量會增大，這樣會引起泥泵及其驅動裝置超負荷工作運行。主要可以采取的措施為：一是增加泥漿體積分數，提高輸送阻力，降低泥漿流量；二是通過減少噴油量降低柴油機輸出扭矩，降低轉速，減少輸送能力；三是加裝擋板、縮口，增大管路阻力；四是選配合適的、較小的葉輪，使其輸出水頭降低。

2.泥管內徑當泥漿流速和體積分數等情況一定時，隨著泥管內徑的增加，管道輸送流量增大，施工產量明顯增大，但泥管流量受到泥泵吸排性能的影響，在挖泥船建造之初就已確定好相應的泥泵和吸排泥管內徑，實際施工時泥管內徑常為一定值。實際施工中當排距較小時，可能會出現柴油機轉速已調至最低轉速，同時受絞刀挖掘能力的限制，泥漿體積分數已達到最大值，但排泥管路仍有剩余水頭，使得泥漿流量過大，造成柴油機超負荷工作的現象。此時常常采用在排泥管出口添加一段縮口以增加泥漿輸送阻力，以降低泥漿排量。

3.泥管布設泥管內徑一定時，船上泥管的布置會使泥漿輸送過程中的局部阻力損失。實際施工時，應對排泥管線布置進行優化，減小泥漿在輸送過程中的阻力，進一步降低能耗，提高產量。排泥管線應有足夠的自然彎曲長度，需要布設沉管時應選擇在河床平整、沖淤不大的緩流區。按照泥漿在單位長度管道內的阻力損耗計，1米浮管約相當于1.2米岸管，1米沉管約相當于1.14米岸管。在可能的情況下，應盡量減少浮管和沉管長度，降低泥漿在排泥管內的阻力，提高輸送流速和施工產量。

4.泥泵性能絞吸挖泥船泥泵流量越大，吸入性越好，船舶施工產量也就越大。在挖泥船設計之初，設計單位就根據船東所要求的額定產量對泥泵進行了選型論證。具體施工時，不考慮設備磨損等因素，泥泵的性能參數已確定。

5.絞刀特性絞吸挖泥船絞刀挖掘切削能力的大小直接影響到施工生產率，疏浚土質被絞刀頭絞松越多，泥泵吸入的泥漿體積分數越高，施工產量越大。尤其是當疏浚土質為硬質土時，絞刀的切削性能對施工產量的影響更為明顯。長江航道局所屬絞吸挖泥船“吸揚1號”在大連長興島施工時，疏浚土質為硬質鐵板砂（即第10類土質），由于絞刀切削功率不足，無法形成較高體積分數的泥漿，造成實際施工產量遠低于松散砂土時的產量。

二、施工操作參數的影響

施工操作參數對施工效率的影響主要包括：排泥管布設、泥漿流速、泥漿體積分數、橫移速度、絞刀轉速、絞刀挖泥厚度、絞刀挖深、臺車進關量以及泥泵轉速等。

1.泥漿流速、泥漿體積分數泥漿體積分數和泥漿流速是絞吸挖泥船單位時間產量的主要影響因素，在實際施工生產過程中適當提高泥漿體積分數，單位時間的施工產量會提高。當泥泵功率一定時，如果排泥管線路較短，管路存在有剩余水頭，可以適當增加泥漿體積分數來提高絞吸船的生產效率；反之，輸泥管線較長且彎曲時，則應將泥漿體積分數控制在一定范圍內，防止泥漿中含泥量過高而在排泥管中淤積，同時隨時觀察管路中的壓力值，當壓力表讀數呈上升趨勢時，應適度減小泥漿體積分數，增大泥漿流速。在施工操作中，如果疏浚土質厚度較薄，可以通過增加絞刀橫移速度和臺車進關量以獲得較高的泥漿體積分數。泥漿體積分數的提高受到疏浚土質、絞刀性能、泥泵及其驅動裝置的制約。（1）對于淤泥等易溶性土質，泥漿體積分數能夠達到40%甚至更高，對于粘土和碎石等土質，由于其本身不易溶于水中，難以形成較高體積分數的泥漿。（2）不同類型的絞刀，其切削能力不同。對于功率較小的絞刀，當切削硬質粘土時，絞刀自身切削能力的不足也限制了泥漿體積分數的提高。（3）泥漿體積分數越高，泥漿流速也越高，對應的流量也越高，所需的泥泵及其驅動裝置的功率也越大。

2.絞刀橫移速度、轉速、挖泥厚度、挖深、臺車進關量挖泥操作人員主要根據以下步驟調整泥漿體積分數：分層開挖時，具體每一層的挖掘深度一般在某一固定范圍內波動；根據疏浚土質特性以及工程實際確定絞刀挖泥厚度和絞刀轉速。不同的疏浚土，最優挖泥厚度也不同，如若挖泥太薄，泥漿無法達到較高體積分數，挖泥過厚，絞車橫移阻力大，也難以達到較高的泥漿體積分數。實際施工中應根據具體的土質情況確定絞刀挖泥厚度和絞刀轉速，當疏浚土質為粘土等硬質土時，由于其塑形強，不易挖掘，應適當增加絞刀轉速，減小絞刀挖泥厚度，進行薄片切削，為防止跑刀現象，應采用反刀施工，同時擺動速度也應適當減小；反之，當疏浚土為軟質土時，可以適當增加絞刀挖泥厚度，降低絞刀轉速。根據實際施工情況看，當疏浚土質為粘土與粉質粘土時，絞刀轉速一般控制在30轉/分鐘左右，絞刀挖泥厚度約為（0.5～1）倍絞刀直徑；對于淤泥等密實度較低的土質，挖泥厚度能達到2米，遇到較硬的土質時，絞吸挖泥船的挖泥厚度甚至小到0.65米。根據不同的絞刀挖泥厚度選擇合適的臺車進關量。實際施工中，挖掘較硬的土質時，臺車進關量較小；遇到較軟的疏浚土質時，可以適當增加臺車的進關量。絞刀進關量的確定以不遺漏泥土為原則，一般選取絞刀長度的0.5～1倍，施工時臺車進關量一般為1.5～2.5米左右。調整絞車的橫移速度以改變泥漿體積分數，施工中應根據實際情況調整橫移絞車速度。為避免絞刀電流過大，當遇到粘土、石灰巖等硬質土時應適度減小橫移速度；當疏浚土質為淤泥、泥沙等軟質土時，施工中可以適量增加橫移速度。一般情況下，當土質為淤泥時，絞刀橫移速度約為15米/分鐘。同時，在實際操作過程中應防止走錨現象，在初次下錨后，應施加一定的拉力，根據土質的不同，施加的壓力也不同，通常為液壓絞車額定壓力的30%～70%，初次橫移速度稍慢，以固定橫移錨。

3.泥泵轉速在排泥管線長度和縮口確定的情況下，泥泵轉速提升，泥漿流量增加，施工產量增加。在挖掘淤泥等易輸送的土質時，由于淤泥本身對管道有潤滑作用，為避免泥泵驅動裝置超負荷工作，可以適當降低泥泵轉速；而在挖掘硬質土等難輸送的土質時，排泥管摩阻較大，流速會有所下降，應綜合考慮泥泵驅動裝置的制約等因素，提高泥泵轉速，確保泥漿輸送流速大于臨界流速，防止管路堵管，保證施工的正常穩定運行。通過以上對絞吸挖泥船施工產量影響因素的分析可知，影響施工產量的因素較多且復雜，需要協調多個參數，提高施工效率的方法可歸結為以下幾方面：（1）適宜的泥漿體積分數和泥漿流速。綜合考慮絞刀對疏浚土質的切削能力、泥泵性能、泥泵驅動機裝置以及施工現場排泥管線的布置等情況，選擇合適的泥漿體積分數和泥漿流速。（2）合適的絞刀橫移速度、絞刀轉速、挖泥厚度和臺車進關量。實際施工中，應根據疏浚土質、挖深等參數確定絞刀挖泥厚度和轉速，并選擇合適的臺車進關量，根據橫移過程中疏浚土質厚度等的變化調整絞刀橫移速度。（3）熟練的操作。在施工過程中，挖泥操作是提高生產效率的關鍵一環，操作員應綜合考慮船上相關設備的實際性能，減少備故障。設備故障除少數屬偶然出現外，多數問題均不單獨出現，伴隨著一些前兆，及時發現這些前兆并分析其中的原因而后采取措施進行處理，這樣可避免設備故障的發生，提高絞吸船的有效施工時間，從而提高施工效率。

三、結論

絞吸挖泥船施工過程中可通過相關分析進行參數調整，提高施工產量，降低能耗。但由于其影響因素較多且相互關聯，包括疏浚土質、船舶本身設備配置、挖泥操作以及施工項目的具體情況等，在實際施工過程中，應綜合考慮絞刀、土質、泥泵、泥泵驅動裝置、管路等具體情況，通過參數的綜合調整使泥漿體積分數穩定在較高值，同時保證泥漿流速也與之相適宜，以提高絞吸挖泥船的施工效率。

作者：楊文 鄧勇 劉建偉 羅承軍 孫濤 王敏 單位：武漢理工大學能源與動力工程學院；長江宜昌航道工程局