絞吸船泥泵特性曲線在吹填施工部署中的應(yīng)用

馬定強(qiáng)+謝萍+李剛

摘 要：泥泵工作時(shí)各參數(shù)間的變化情況可用泥泵特性曲線表示，通過該曲線可測(cè)算絞吸船吹填施工的生產(chǎn)效率、最大吹距，對(duì)吹填施工船舶、管線部署具有重要指導(dǎo)意義。本文結(jié)合具體實(shí)例，介紹了該推算過程。

關(guān)鍵詞：泥泵 吹填施工

1.概述

吹填施工是綜合利用疏浚土、圍海造地的重要手段，其通過挖泥船將開挖的疏浚土吹卸至指定泥塘或岸上洼地實(shí)施。絞吸船則是吹填施工部署中最常用的船型之一，其能夠?qū)⑼诰颉⑤斔汀⑴懦龊吞幚砟酀{等疏浚工序一次完成，并能適應(yīng)黏性土、砂礫土等不同挖泥工況，在吹填造地工程中具有其他挖泥船所不能比擬的巨大優(yōu)越性。絞吸船進(jìn)行挖泥吹填施工的工作原理是：在橋梁重量的作用下，在橫移絞車的拉動(dòng)下，絞刀自轉(zhuǎn)在水下切削破土，隨后泥泵運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓力差，被切削的泥水混合物在大氣壓的作用下進(jìn)入泥泵，再經(jīng)過排泥管線輸送至指定區(qū)域。整個(gè)吹填過程，吸泥、排泥均通過泥泵完成，可見，泥泵運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否，直接關(guān)系著挖泥吹填施工的效率。

泥泵的性能參數(shù)可用于描述泥泵的工作情況，包括揚(yáng)程（壓頭、水頭）、流量（流速）、轉(zhuǎn)速、功率等。泥泵工作時(shí)，這些參數(shù)間的變化關(guān)系可繪在直角坐標(biāo)系中，用不同類型的曲線表示，是為泥泵特性曲線。Q-H曲線是其中最常用的一種，其以流量Q作為自變量，揚(yáng)程H作為因變量，點(diǎn)繪制直角坐標(biāo)圖上后形狀上凸。利用該曲線，不僅能了解泥泵的性能，而且還能較為準(zhǔn)確地測(cè)算出不同工況下絞吸船的生產(chǎn)效率、排泥距離，對(duì)挖泥船舶的吹填施工部署工作大有裨益。

2.在船舶調(diào)遣及部署中的應(yīng)用

現(xiàn)今吹填工程趨于大型化，具有工期緊、工程量大、設(shè)備折舊成本高的普遍性特征，因而大型船舶設(shè)備資源的配置是工程進(jìn)度與成本控制的重點(diǎn)，船舶資源的高效部署直接影響工程效益的創(chuàng)造。根據(jù)泥泵特性曲線可測(cè)算絞吸船挖泥的生產(chǎn)效率，從而可根據(jù)工程量、節(jié)點(diǎn)工期的要求，充分有效地調(diào)動(dòng)和整合船舶資源。

泥泵揚(yáng)程指的是泥泵運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的將液體吸入和排出的能量，實(shí)質(zhì)就是其傳遞給液體的“潛在勢(shì)能”，現(xiàn)場(chǎng)這種潛在勢(shì)能可分為兩大部分——吸泥與排泥，可分別用真空和排壓表示，計(jì)算公式如下：

式（1）中，H為總揚(yáng)程（m）；

P真為真空度（Pa）；

P壓為排壓（Pa）；

h為修正高度（m），與壓力表與真空表間的高差有關(guān)；

γ為液流比重。

絞吸船在不同工況中施工，可通過儀表測(cè)出泥漿比重，然后根據(jù)真空表和壓力表讀數(shù)得出真空度和排壓，即可通過上式求得揚(yáng)程。利用揚(yáng)程-流量泥泵特性曲線，可查得相應(yīng)揚(yáng)程下的流量，便可得出絞吸船挖泥的生產(chǎn)效率。

在確定絞吸船生產(chǎn)效率后，我們可通過預(yù)估船舶的時(shí)間利用率，得出船舶施工的月產(chǎn)量，進(jìn)而得出完成整個(gè)吹填工程所需的時(shí)間，為施工船舶的調(diào)遣、船機(jī)設(shè)備、后勤補(bǔ)給提供決策依據(jù)。

3.在管線布置中的應(yīng)用

排泥管線作為泥漿輸送通道，在吹填施工中具有連接取土區(qū)與吹填區(qū)的橋梁紐帶作用。

根據(jù)泥泵特性曲線測(cè)算絞吸船在不同土質(zhì)下的吹距，可為施工中管線設(shè)備的部署提供指導(dǎo)。

泥泵驅(qū)動(dòng)泥漿吸入排出的過程可視為泥漿在排泥管線中克服阻力做功的過程，該過程中水頭的損失可按其性質(zhì)分為沿程摩阻損失與局部水頭損失，見下式：

式（2）中，H為泥泵總水頭（m）；

式（3）中，L為吸入及排出管線總長(zhǎng)（m）；

d為管道直徑（m）；

v為管中平均流速（m/s）；

g為重力加速度（9.8m2/s）；

λ為沿程阻力系數(shù)（0.02～0.025），取值與管徑有關(guān)。

實(shí)際運(yùn)用中由于管線組合多采用橡膠接頭，水頭損失較大，常取1.3～1.75倍Hf作為沿程水頭損失取值。而局部水頭損失Hj則取沿程摩阻水頭損失的10～20%，管線越長(zhǎng)，局部損失越小。

4.工程實(shí)例

某吹填工程絞吸船進(jìn)場(chǎng)后開挖取土區(qū)，通過管線直吹至圍堰內(nèi)側(cè)，開工后試挖測(cè)得泥漿比重為1.14，真空表讀數(shù)為1.55×104Pa，壓力表讀數(shù)為99.5×104Pa，修正高度為2m，根據(jù)式1可得泥泵排泥揚(yáng)程H泥=105.11m，排水揚(yáng)程H水=H泥/1.14=92.2m。通過查找該絞吸船的泥泵特性曲線（如圖1），可知當(dāng)H=92.2m時(shí)，Q=13750m3/h。

地質(zhì)勘探結(jié)果顯示水下原狀土密度為1.6t/m3，則含泥量，

從而，該絞吸船生產(chǎn)效率W=Q·P=13750×0.17=2272m3/h。

已知該船月均時(shí)間利用率為60%，有效岸上堆積率為85%，設(shè)計(jì)陸域形成工程量為860萬m3，則根據(jù)該船生產(chǎn)效率，可測(cè)算出單獨(dú)由該船完成本吹填工程所需的時(shí)間為10.3個(gè)月。

該絞吸船開挖土質(zhì)為中細(xì)砂，排泥管徑700mm，管頭中心與水面高差為3m，則可根據(jù)式3計(jì)算該船吹填的最遠(yuǎn)排泥距離。具體過程為：根據(jù)，

5.結(jié)語

現(xiàn)今吹填工程施工的船舶、管線設(shè)備呈現(xiàn)大型化、數(shù)量多、調(diào)運(yùn)距離遠(yuǎn)、調(diào)遣難度大等特點(diǎn)，根據(jù)泥泵特性試驗(yàn)得出的泥泵特性曲線，可測(cè)算船舶在不同工況下施工的生產(chǎn)效率、最大吹距，對(duì)施工部署中船舶調(diào)配、管線部署具有重要指導(dǎo)意義，能為設(shè)備資源的合理配置提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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