簡述常見疏浚難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

韓中華

簡述常見疏浚難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

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一、引言

水下主要疏浚設(shè)備分為抓斗式、吸揚(yáng)式挖泥船等。抓斗式挖泥船是利用配置的泥斗進(jìn)行土方開挖，由泥駁運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)棄土；吸揚(yáng)式挖泥船是利用挖泥船配置斗輪或絞刀頭開挖水下土體，泥泵與排泥管將泥水混合體輸送至排泥場(chǎng)或棄土區(qū)拋填。

二、疏浚技術(shù)難點(diǎn)

1.硬塑土疏浚難點(diǎn)

硬塑土體對(duì)非慣性抓斗來說，施工效率降低的程度不大；而對(duì)于絞吸式、斗輪式及慣性抓斗式挖泥船，開挖及輸送能力明顯不足。依靠管線轉(zhuǎn)送的絞吸式或斗輪式挖泥船施工經(jīng)常出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。

2.異常土體疏浚的難點(diǎn)

無論采用何種施工方法，土質(zhì)的軟硬程度對(duì)施工效率的影響是較大的，尤其是對(duì)鐵錳結(jié)核層的施工。勘探部門往往是在去除鐵錳結(jié)核顆粒后再進(jìn)行土類判別，土類級(jí)別較低。投標(biāo)單位為響應(yīng)標(biāo)書，只能根據(jù)已確定的土類級(jí)別，套用相應(yīng)的定額編制標(biāo)價(jià)。由于鐵錳結(jié)核顆粒堅(jiān)硬，密度高，在輸送過程中出現(xiàn)鐵錳結(jié)核塊顆粒沉積，并以較低的速度沿管底壁滑動(dòng)運(yùn)行，其滑行的速度僅為1.5m/s左右，遠(yuǎn)小于正常狀態(tài)下土塊懸浮或半懸浮狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)速度3.5m/s。一旦管內(nèi)流速稍有變動(dòng)、管線方向變化、開挖時(shí)土體坍塌、開挖速度略快或操作不當(dāng)?shù)龋紩?huì)產(chǎn)生鐵錳結(jié)核顆粒在管內(nèi)堆積，從而造成堵管現(xiàn)象。因此，依靠管線轉(zhuǎn)送的絞吸式或斗輪式挖泥船施工時(shí)，施工效率將嚴(yán)重降低，并導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備嚴(yán)重磨損，輸送能力嚴(yán)重不足。

3.板砂層及中粗砂疏浚的難點(diǎn)

板砂層通常處于海邊附近的內(nèi)陸地區(qū)，砂粒極細(xì)，通常與微量的粘性土顆粒混合沉淀，由于海水電解質(zhì)的作用，促進(jìn)了細(xì)砂與粘土顆粒固結(jié)程度，并形成與砂漿類似的板塊狀體，顆粒結(jié)構(gòu)異常緊密。在輸送運(yùn)動(dòng)過程中，與管路的碰撞、摩擦及水流的沖擊容易破碎，對(duì)管路的磨損程度相當(dāng)于輸送疏浚土類分級(jí)的5類土，其最大的難點(diǎn)是開挖困難；而中粗砂由于顆粒粒徑較大，在輸送過程中出現(xiàn)水砂分層現(xiàn)象，其主要難點(diǎn)是設(shè)備輸送能力不足，設(shè)備異常磨損。

三、施工技術(shù)措施

1.硬塑土疏浚技術(shù)措施

（1）抓斗式挖泥船疏浚

挖深已超出樁泊式（挖掘機(jī)改進(jìn)型）抓斗挖泥船允許最大挖深，或大于絞吸挖泥船最大挖深，干法施工條件不能滿足時(shí)，只能采用慣性抓斗進(jìn)行疏浚。為保證施工效率不至于降低過大，在保證斗重的前提下，改進(jìn)泥斗，使泥斗容積降低四分之一，以增大單位面積的切土能力；改進(jìn)斗齒入土角度由原90°降為80°～85°左右，以提高閉斗力；斗齒由直齒改為圓弧齒，圓弧齒半徑與泥斗半徑相同，以降低閉斗時(shí)土體的擠壓力。

（2）吸揚(yáng)式挖泥船疏浚

當(dāng)開挖的深度在樁泊式（挖掘機(jī)改進(jìn)型）抓斗挖泥船允許最大挖深內(nèi)，可采用抓斗挖泥船挖松，然后由絞吸式或斗輪式挖泥船再開挖并輸送至排泥場(chǎng)。當(dāng)不能滿足樁泊式抓斗挖泥船開挖條件時(shí)，在絞吸式或斗輪式挖泥船設(shè)備允許范圍內(nèi)，并經(jīng)過論證的前提下，首先在設(shè)備能力上對(duì)開挖系統(tǒng)進(jìn)行處理或改進(jìn)：采取調(diào)高刀頭操作壓力，以增加絞刀轉(zhuǎn)速，提高切削能力及碎土率；盡可能減小刀頭直徑，更換鋒利的薄型錳質(zhì)刀片，提高單位面積的切土能力；刀片與刀片間間隔加焊錳質(zhì)漸開型鑿型齒（齒長一般不超過200mm，寬50mm，高40mm），加速土體破碎；適當(dāng)提高主機(jī)轉(zhuǎn)速并更換加大直徑泥泵葉輪，以增大泥泵輸出能力；適當(dāng)割除吸口阻障格柵，以降低吸入阻力；其次是盡可能縮短輸送管線長度及降低排泥口高度，管線順直，避免急彎、陡坡或阻流障礙等，以減小揚(yáng)程損失；在管理上應(yīng)加強(qiáng)操作員工的培訓(xùn)，提高操作技能，增強(qiáng)應(yīng)變處理能力，減少堵管現(xiàn)象的發(fā)生幾率。

2.異常土體疏浚技術(shù)措施

對(duì)于鐵錳結(jié)核層的疏浚土類的分級(jí)，由于其特殊的機(jī)理，對(duì)設(shè)備的破壞程度極大，輸送距離降低嚴(yán)重，可采用下述兩種指標(biāo)優(yōu)先方法：一是貫入擊數(shù)優(yōu)先法，二是鐵錳結(jié)核層土體密度優(yōu)先法。板砂層的疏浚土類的分級(jí)，建議采用貫入擊數(shù)優(yōu)先法。

對(duì)異常土體（含鐵錳結(jié)核土層）通用的疏浚方法是采用抓斗式挖泥船開挖，水上運(yùn)至指定位置卸土，再由陸上機(jī)械運(yùn)輸至排泥場(chǎng)堆放。由于施工環(huán)節(jié)增多，成本將成倍增長。如采用絞吸式或斗輪式挖泥船進(jìn)行疏浚，首先能解決堵管現(xiàn)象，其次是能避免異常共振及磨損。

（1）減少堵管的措施

①適當(dāng)提高主機(jī)轉(zhuǎn)速并更換加大直徑泥泵葉輪，以增大泥泵輸出能力。

②及時(shí)處理吸排泥管的泄漏，管線布置順直，減少或避免急彎、陡坡及異徑管的使用，少用膠管，最大限度地降低出泥口高度等。

③采用分層開挖法，首先大面積開挖表層無鐵錳結(jié)核層，以降低土層厚度，避免大體積的坍塌。開挖完成后，再進(jìn)行鐵錳結(jié)核層的開挖，最后進(jìn)行下層土體開挖。

④加強(qiáng)操作員工技能培訓(xùn)，提高操作的平穩(wěn)性。

（2）減少共振頻次的措施

為避免主機(jī)設(shè)備的異常共振，操作時(shí)必須做到均衡吃土，即橫移速度平穩(wěn)，吃土長度不大于絞刀直徑的90%，吃土厚度不大于絞刀直徑的70%。

（3）降低磨損的措施

①減少膠管的使用頻次，避免膠管的過度磨損。膠管一般用于水上排泥鋼管之間的聯(lián)接，也可用于陸上排泥管之間的聯(lián)接，但當(dāng)土質(zhì)較硬或含有硬質(zhì)障礙物時(shí)，由于土塊或障礙物在排泥管內(nèi)的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，與膠管接觸時(shí)，摩擦阻力會(huì)使膠管接觸面產(chǎn)生較大的變形，長此下去，必然會(huì)產(chǎn)生局部膠管磨損嚴(yán)重，從而大大減少膠管的使用壽命。

②加大鋼質(zhì)彎管彎曲半徑。土塊或硬質(zhì)障礙物在直線管路中大部分以滑行運(yùn)動(dòng)，兼有跳躍式運(yùn)動(dòng)。當(dāng)進(jìn)入彎管后，由于離心力的作用，很快脫離原水體的運(yùn)動(dòng)方向，基本以原管路的直線方向沖擊彎管壁，從而造成局部磨損嚴(yán)重。此類土體施工時(shí)，鋼管的彎曲應(yīng)不小于2m。

③經(jīng)常性調(diào)換管線安裝角度。排泥管的使用壽命指在管壁均勻磨損的前提下，輸送3類土以下的土質(zhì)而確定，通常為3600臺(tái)班。當(dāng)土質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)，其壽命降為2800臺(tái)班以下，如果開挖中粗砂或鐵錳結(jié)核層，其壽命僅有1000臺(tái)班左右（泥泵的使用壽命基本與排泥管線壽命相同）。

在開挖松軟的低于3類土以下時(shí)，土塊的易變形性、易破碎性，有效降低了大直徑土塊的含率，提高了管內(nèi)運(yùn)動(dòng)液體的稠度與密度，保證原本密度較低的土塊在運(yùn)動(dòng)過程中下沉速度緩慢，使破碎的成球狀小土塊處于半懸浮或跳躍運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而大大減小土塊動(dòng)能及與管壁碰撞的幾率，降低了排泥管的磨損程度。因此，疏浚3類土以下的土體，管線布置一次，可維持到工程結(jié)束。

當(dāng)開挖硬質(zhì)土體或硬質(zhì)物時(shí)，土塊及硬質(zhì)物密度較高，不易破碎且棱角分明，管內(nèi)液體稠度與密度幾乎與水體相同，塊狀物體在運(yùn)動(dòng)過程中，具有較高的動(dòng)能，沿管底壁滑行，常以棱角與管壁碰撞或摩擦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，排泥管輸送硬質(zhì)土磨損程度約為1/40000（mm/m3），輸送硬質(zhì)物體或中粗砂1/10000（mm/m3），因此，當(dāng)輸送硬質(zhì)土約12萬～18萬m3，硬質(zhì)物、中粗砂約3萬～4萬m3時(shí)，排泥管必須拆解，并根據(jù)管路的磨損程度，使排泥管旋轉(zhuǎn)90°重新安裝，以保證磨損程度均勻性，確保排泥管路達(dá)到合理的使用壽命。

④杜絕吸排系統(tǒng)泄漏，避免異常磨損。吸泥管泄漏可造成吸入能力降低，使絞刀對(duì)未吸入的土體再次開挖，從而加劇絞刀的磨損程度。此外，由于吸管內(nèi)泥漿濃度過低，流速緩慢，更有利于硬質(zhì)土或硬物質(zhì)的沉淀，從而加劇吸排泥管磨損。對(duì)此，在施工過程中可通過聽排泥管內(nèi)否有摻氣聲音，看操作儀表的變化情況，判斷吸管泄漏的可能性，并經(jīng)常性檢查吸泥管的使用情況，及時(shí)維修或更換吸泥管線，以杜絕吸泥管泄漏現(xiàn)象的產(chǎn)生。

泥泵泄漏使輸送能力降低，增加了硬質(zhì)土或硬物質(zhì)的沉淀幾率，加劇了硬質(zhì)土或硬物質(zhì)與管壁的碰撞或摩擦。

排泥管泄漏最嚴(yán)重的后果是堵管頻發(fā)，泄漏點(diǎn)或孔的磨損特別嚴(yán)重。當(dāng)疏浚此類土?xí)r，排泥泥管安裝完成后必須進(jìn)行清水試驗(yàn)，確保管線閉氣效果。

⑤遵循“輸送管線最短”原則，避免不必要的管線磨損。輸送管線最短是揚(yáng)程損失最小的標(biāo)志，不但能充分發(fā)揮設(shè)備的輸送能力，而且管線磨損損耗最少。

水上排泥管線易受膠管的柔軟性及水面波動(dòng)影響，導(dǎo)致輸送時(shí)管內(nèi)水流流向不穩(wěn)定，膠管摩擦阻力較大等。因此在條件許可的前提下，應(yīng)盡可能少用。水上管線布置應(yīng)力求平順，與陸上管線聯(lián)接處必須對(duì)水上管線進(jìn)行方向固定平順過渡。施工過程中，要及時(shí)對(duì)管線進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)需要隨時(shí)添減管線。

陸上管線布置順直，盡可能少用彎管，避免急彎管及膠管的使用；遇陡坡控制爬坡坡度不得大于30°；出泥口應(yīng)根據(jù)吹填進(jìn)度逐步提高出泥口高度。

3.板砂層及中粗砂疏浚技術(shù)措施

板砂層導(dǎo)致絞刀開挖困難，建議采用貫入擊數(shù)優(yōu)先法確定土類級(jí)別。其疏浚施工技術(shù)措施可參照硬塑土技術(shù)措施的相關(guān)內(nèi)容。此類土體在輸送過程中，產(chǎn)生堵管的機(jī)率較小；但吸排系統(tǒng)泄漏將會(huì)對(duì)輸送設(shè)備造成嚴(yán)重沖蝕磨損，其磨損程度比中粗砂略小。

中粗砂與鐵錳結(jié)核顆粒相比，密度與硬度基本相近，中粗砂粒徑較小。在輸送過程中，雖然中粗砂極少產(chǎn)生機(jī)械設(shè)備共振現(xiàn)象，雖然對(duì)吸排系統(tǒng)的磨損機(jī)理各有不同，但對(duì)輸送管路產(chǎn)生的磨損程度基本相同■

（作者單位：江蘇省水利建設(shè)工程有限公司225002）