航道工程疏浚方法對比分析

殷浩翔 廣州港建設(shè)工程有限公司

1.引言

由于時間的推移，水利航道淤泥堆積現(xiàn)象會逐漸的嚴重，為了保證航道正常通航，為航道中水上作業(yè)工程提供良好的作業(yè)環(huán)境，水利部門需要定期或不定期對航道進行疏浚，以防影響其他的水上作業(yè)。在航道疏浚中，需要多種作業(yè)設(shè)備，例如挖泥船，其也是航道疏浚過程中最重要的設(shè)備。挖泥船主要作用就是進行挖出航道中沉積的淤泥，減少淤泥對航道的影響，給過往船舶提供一個順暢的通行條件。挖泥船的作業(yè)方式包括如下幾種：斗輪式、抓斗式、鏈斗式、鏟斗式以及耙吸式和絞吸式，本論文重點介紹后兩種作業(yè)方式。

2.工作原理對比分析

2.1 絞吸式挖泥船

挖泥船在對航道淤泥進行清理時，使用最多的作業(yè)方式就是絞吸式。其工作原理闡述如下：在挖泥船吸水管前端設(shè)置旋轉(zhuǎn)鉸刀，利用其攪動河底淤泥，同時對河底淤泥進行切割，之后將泥沙淤泥通過吸泥管運輸?shù)接倌喽逊e場。這種作業(yè)方式的優(yōu)勢為可以連續(xù)作業(yè)，挖泥、運泥以及卸泥可以一體化完成，這些環(huán)節(jié)可以依次推進，因此其工作效率較高，且能夠降低花費。在水下淤泥疏浚時，通常使用該方法。

2.2 耙吸式挖泥船

采用粑吸式作業(yè)方式的挖泥船，通常在船體尾部或者船體兩舷處放置粑頭，航道淤泥就會通過粑頭吸入船體。這種作業(yè)方式優(yōu)勢在于其具有較高的抗風(fēng)浪能力，工作效率高，在處理淤泥時不會對船體的航行產(chǎn)生影響，因此主要應(yīng)用于沿海港口等。

2.3 鏈斗式挖泥船

采用鏈斗式作業(yè)方式的挖泥船其船體斗鏈上都帶有挖斗，挖斗在斗橋上會隨著導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，通過這種方式將沉積于河道中的淤泥運輸?shù)剿嫔希瑫r將錨纜向船體四周拋出，船體會隨著錨纜而移動。挖泥船將淤泥從水底移向水面之后，接著會將其運輸?shù)剿敚罱K倒入泥阱。

2.4 鏟斗式挖泥船

采用鏟斗式作業(yè)方式的挖泥船可以將所有功率都集中在鏟斗上，因此其非常適用于開挖硬度較大的淤泥。這種挖泥船在作業(yè)的過程中會將鏟斗深入河道中，挖出河道中沉積的淤泥，然后利用吊桿將淤泥和鏟斗同時提升，利用回旋裝置將淤泥卸除到淤泥堆積點。

2.5 抓斗式挖泥船

采用抓斗式作業(yè)的挖泥船工作原理為：將泥斗懸掛于鋼索和吊桿上，由于泥斗自身的重力，其會下沉到海底處，并在海底處進行淤泥的開挖。挖出淤泥后，抖索絞車將會啟動。抓斗將會通過吊桿滑輪在吊斗鎖的作用下升起，轉(zhuǎn)動挖泥機將會吊斗中的淤泥卸到淤泥池中。

3.使用場景及方法對比分析

當(dāng)前，挖泥船在對航道淤泥進行清理時，使用最多的兩種作業(yè)方式為粑吸式和絞吸式，本章重點對上述兩種作業(yè)方式的優(yōu)缺點以及使用場景進行分析。

從挖泥作業(yè)位置到卸泥場之間的距離來看，粑吸式要遠于絞吸式。絞吸式作業(yè)方式優(yōu)勢在于其挖掘輪廓準確，并且能夠進行不同淤泥的開挖。絞吸式挖泥船型號種類多樣，功率各不相同，最大和最小的功率相差近4000KW，但這種作業(yè)方法最大的缺陷就是無法進行深水挖泥，最大挖泥深度僅僅為30m。

由于絞吸式挖泥屬于靜態(tài)挖泥的一種，因此在其工作時需要兩套以上的錨纜系統(tǒng)，但過多的錨纜卻影響航道其他船舶的通行。為了解決這一問題，有的挖泥機安裝了推進器，避免在作業(yè)時被“絆住”。推進器可以實現(xiàn)挖泥船在不同工作點間的移動，幫助挖泥船駛離作業(yè)區(qū)域。

對于中小型挖泥船，其可以設(shè)計為可拆卸式，這種挖泥船主要用于無水路航道的挖泥。例如在建筑工地或者內(nèi)陸航道挖掘石子和沙粒。

圖1 典型絞吸式挖泥船平面布局圖

圖2 絞吸式挖泥船最大挖泥深度與自重的關(guān)系

圖3 絞刀功率與平底船最大吃水的關(guān)系

絞吸式挖泥船的挖掘工具為外船體頂部的鉸刀或者鉸刀頭，當(dāng)其深入到航道底部時，首先切割航道中沉積的淤泥，之后挖泥船將會以絞盤上固定的錨纜為中心進行圓弧形旋轉(zhuǎn)。這一特點使其有別于吸揚式挖泥機，吸揚式挖泥機雖然有固定的纜繩定位，但其并不是定位樁，沒有定位樁定位。

在進行絞吸式挖泥船設(shè)計時，必須考慮的設(shè)計因素為挖泥深度，設(shè)計師必須給出具體的最大和最小工作深度，挖泥船的挖泥深度將決定挖泥船的使用情境。挖泥船吃水深度將會隨著挖泥深度的增加而增加，而最小挖泥深度將會隨著船體吃水深度的增加而增加。因此當(dāng)挖泥深度增加時，船體最小挖泥深度也會增加，在設(shè)計時必須考慮這一因素。

在絞吸式挖泥船作業(yè)時，鉸刀頭在挖掘河道淤泥產(chǎn)生的作用力將會通過定位樁傳給河道，隨著挖泥深度的增加，河道淤泥所受到的力矩也會變大，這就要求船體重量更重、體積更大，船體結(jié)構(gòu)會顯得異常笨重。另外，鉸刀支臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計也應(yīng)該考慮最小挖泥深度，因為在檢修時，要求船體的鉸刀支臂離開作用面。

挖泥船設(shè)計者在進行最小挖泥深度設(shè)計時，必須同時考慮鉸刀支臂結(jié)構(gòu)、船體進水口結(jié)構(gòu)以及船體吃水深度。絞吸式挖泥船在進行最小挖泥深度作業(yè)時，其船體底部不應(yīng)該緊貼地面，而應(yīng)該和水面具有一定的距離。為了滿足這一條件，如果絞吸式挖泥船最小深度設(shè)計的比較小，其船體寬度就要設(shè)計成大尺寸。船體吃水值最多要比最小挖泥深度大1m。冷水入口位置和船底的距離應(yīng)該大于最小挖泥深度，因為只有這樣才能避免淤泥進入到冷水入口。

在進行絞吸式挖泥船設(shè)計時，還應(yīng)考慮作業(yè)土壤狀況，因為土壤狀況不同，絞吸式挖泥船的鋼樁、平底船以及鉸刀就不同。除此之后，作業(yè)土壤狀況還會對輸泥管和吸泥管的設(shè)計產(chǎn)生影響。當(dāng)作業(yè)功率相同，切削量相同時，絞吸式挖泥機在巖石型土壤的作業(yè)功率要遠遠大于在泥沙型土壤的作業(yè)功率，因此如果作業(yè)土壤為巖石型，輸泥管直徑設(shè)計值就要小一點。

絞吸式挖泥船生產(chǎn)效率將會隨著淤泥混合物含量的增加而增加。保持挖泥船效率不變，在提高運輸淤泥混合物含量的同時，可以減少泥泵運輸功率。但泥泵運輸功率的增加會帶來溢流量的增加，因此在設(shè)計時必須全盤考慮，綜合衡量。

絞吸式挖泥船作業(yè)過程中駁船的使用需要同時考慮泥泵功率以及運輸距離。當(dāng)作業(yè)區(qū)域和卸泥區(qū)域距離較大時，需使用駁船，當(dāng)作業(yè)區(qū)域和卸泥區(qū)域距離比較短，則無需使用駁船。

為了提高絞吸式挖泥船的作業(yè)功率，有的絞吸式挖泥船要求使用時配備外加水泵。水泵功率的選擇方法為在駁船裝卸過程中，確保只有水泵工作能夠達到要求。另外，管道長度的設(shè)計以及作業(yè)土壤類型的選擇也需要考慮此因素。當(dāng)駁船作業(yè)功率比較高時，建議使用者選擇安裝水下泵，利用水下泵進行污泥的運輸。安裝水下泵后，泥泵功率除了可以用于污泥的運輸，也可以用于污泥的卸下。對于安裝了水下泵的挖泥船，其最大作業(yè)壓力取決于水下泵密封性。當(dāng)前，比較常見挖泥船的作業(yè)壓力大概在25到30bar之間。

4 .結(jié)語

水運交通的發(fā)展離不開航道工程的建設(shè)。隨著時間的推移以及航道等級的改變，航道泥沙狀況以及水動力環(huán)境都會發(fā)生變化，因此需要對航道淤泥進行定期或者不定期地整治和疏浚。本文對比分析了不同的航道疏浚方法，主要對其中的粑吸式航道疏浚方法以及絞吸式航道疏浚方法進行探討，為今后航道疏浚方法的選擇提供一定的參考。