絞吸挖泥船應(yīng)對(duì)快速水流工況條件解決措施

呂 澎

（中港疏浚有限公司，上海200136）

1 工程概況

本工程為灌河口出海航道的整治工程。航道全長(zhǎng)29.15km，此次先導(dǎo)段工程施工航道（H2-H3）長(zhǎng)度約為1.44 km，航道通航有效寬度為170 m，挖槽底寬163 m，航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高-11.15 m，航道設(shè)計(jì)橫向邊坡1:7，設(shè)計(jì)縱向邊坡1:10，疏浚土質(zhì)以淤泥質(zhì)粘土為主。

本工程采用絞吸式挖泥船進(jìn)行疏浚，由絞吸挖泥船開(kāi)挖疏浚土，將泥漿通過(guò)水上排泥管連接水下排泥管和岸管輸送至吹泥區(qū)，吹填排距約9 km，排泥管管徑采用φ850 mm。

2 工況影響

2.1 潮流工況

灌河內(nèi)大潮漲潮平均流速接近2.0 m/s，最大落潮平均流速為1.67 m/s，漲潮流速大于落潮流速，漲潮最大流速出現(xiàn)在高潮位之前1～2 h，落潮最大流速出現(xiàn)在中潮位附近。

2.2 潮流影響

本工程漲落潮流速快，對(duì)絞吸挖泥船施工造成諸多不利影響，主要表現(xiàn)在如下方面：

1）水上管線影響。①水流快，影響水上管線碰頭對(duì)接；平潮時(shí)間短，管線碰頭對(duì)接可利用時(shí)間有限；②快水流工況下，采用常規(guī)自浮片式水上管（12 m 鋼管+2 m 橡膠管），容易造成2 m 橡膠管局部受力，水上管線局部“拗彎”現(xiàn)象，影響管道泥漿有效輸送，同時(shí)易造成橡膠管局部磨損產(chǎn)生爆管現(xiàn)象；③管線定位錨在快水流工況時(shí)易走錨，與錨纜與鋼管連結(jié)處摩擦，易導(dǎo)致鋼纜拉斷。

2）絞吸挖泥船施工影響。①本工程投入大型3500 m3/h絞吸挖泥船，橫移額定拉力650 kN，船舶橫移挖掘至挖槽邊線時(shí)，船體與水流流向夾角較大，受快水流工況影響，所需橫移拉力顯著增加，嚴(yán)重限制了船舶橫移挖掘速度，導(dǎo)致施工效率降低；②大潮汛期間，漲落潮流速達(dá)到2.0 m/s 以上時(shí)，對(duì)船舶施工安全造成嚴(yán)重影響，此時(shí)絞吸挖泥船需停工，且船體和水流流向應(yīng)保持一致，待漲落潮流速減慢后方可施工，嚴(yán)重影響船舶施工時(shí)間利用率。

3 解決措施

3.1 設(shè)置多個(gè)水上端點(diǎn)站，便于水上管線拼接

正常施工時(shí)，單個(gè)施工區(qū)設(shè)置1 個(gè)端點(diǎn)站，用于水上浮管和沉管相連。本工程根據(jù)施工區(qū)平面特點(diǎn)，在施工航道北側(cè)淺灘均勻設(shè)置了3 個(gè)端點(diǎn)站。各端點(diǎn)站均采用一根11.8 m自浮橡膠管和沉管相連，自浮橡膠管一端漂浮在水面，在與浮管對(duì)接時(shí)，單艘錨艇即可快速完成管線拼接作業(yè)，可加快管線對(duì)接速度，提高船舶施工時(shí)間利用率。

本工程屬于基建項(xiàng)目，施工區(qū)域回淤?gòu)?qiáng)度大，測(cè)量驗(yàn)收前需要再次對(duì)全部施工區(qū)域進(jìn)行掃淺，根據(jù)本工程平面布置特點(diǎn)，設(shè)置3 個(gè)端點(diǎn)站有利于快速、高效掃淺作業(yè)，避免掃淺作業(yè)過(guò)程中多次重復(fù)布設(shè)端點(diǎn)站及對(duì)應(yīng)的沉管，減少管線施工其他相應(yīng)環(huán)節(jié)。

3.2 水上管線采用11.8 m 鎧裝自浮橡膠管組裝

常規(guī)自浮片式水上管線采用12 m 鋼管+2 m 橡膠管的組裝方式，由于鋼管無(wú)法彎曲，水流較快時(shí)，個(gè)別2 m 橡膠管受力集中時(shí)容易“拗彎”。本工程水上管線全部采用11.8 m鎧裝自浮橡膠管連接，因橡膠管長(zhǎng)度大幅增加，且鎧裝自浮橡膠管內(nèi)部增加了多道鋼圈，其整體性更佳，可實(shí)現(xiàn)更大的彎曲半徑，能有效避免浮管局部“拗彎”現(xiàn)象。

3.3 有效縮短水上管線長(zhǎng)度，采用大抓力、大噸位管線錨，增加錨鋼絲長(zhǎng)度

為提高大型絞吸船施工的靈活性，采用較長(zhǎng)的水上浮管。但因長(zhǎng)度較大，在漲落潮水流較快時(shí)，水流推動(dòng)力較大，易發(fā)生浮管錨走錨現(xiàn)象。為此，采取以下相應(yīng)措施。

1）合理增加水下沉管長(zhǎng)度。將水上浮管減少至400 m，相應(yīng)增加水下沉管長(zhǎng)度。雖一定程度上增加了船舶施工移船頻次，但水上浮管受力減小，浮管錨走錨幾率顯著降低，有效增加了大型絞吸船施工時(shí)間利用率。

2）增加浮管錨使用數(shù)量。原水上浮管共布設(shè)4 只定位錨，其中2 只設(shè)置在浮管與沉管連接的端點(diǎn)站處（漲落潮方向各1 只），另2 只均勻布置在浮管中間位置，見(jiàn)圖1。為降低浮管錨走錨幾率，根據(jù)潮流方向和浮管浮態(tài)，定位錨數(shù)量由4只增加至6 只，有效降低單錨受力，其中，端點(diǎn)站處保留2只定位錨，在浮管轉(zhuǎn)向處分別布置4 只定位錨且呈“八”字形布設(shè)，實(shí)現(xiàn)多向受力，增加浮管定位穩(wěn)定性，見(jiàn)圖2。

圖1 4 只浮管錨布設(shè)示意圖

圖2 6 只浮管錨布設(shè)示意圖

3）采用大抓力、大噸位浮管定位錨。原先使用的定位錨為2～3 t 海軍錨，在快水流工況下拉力不足。為提高定位錨抓地力，采用自重5～7 t 的大抓力錨，此種錨嚙土面積大，抓重比大，抓力好，并增加1～2 kn 錨鏈額外增加自重，提高了錨的抓地能力[1]。

4）增加錨鋼纜長(zhǎng)度。水上浮管定位錨拋設(shè)長(zhǎng)度通常在100～150 m，為降低鋼纜對(duì)錨的向上牽引力，防止走錨，需減小錨鋼纜對(duì)地夾角，故增加浮管錨拋設(shè)距離至200 m。

3.4 錨鏈纏繞鋼管后再與浮管錨鋼絲繩連接

浮管錨鋼纜系連在浮管上，實(shí)現(xiàn)浮管與定位錨柔性連接。在水流較快工況條件下，鋼纜與浮管不斷摩擦，接觸位置的鋼纜因磨損易拉斷。采用φ24 mm 的錨鏈繞浮管一圈后再與浮管錨鋼纜連接，既可避免鋼纜與浮管直接接觸，又可增加錨纜連接強(qiáng)度，避免上述不利情況。

3.5 調(diào)整船舶施工中心線方向，減小挖寬，增加船舶橫移錨移錨頻率

快速水流工況下，絞吸船左右橫移擺動(dòng)施工時(shí)，船體受橫流影響，橫移阻力加大，船舶橫移額定拉力650 kN，橫移速度受影響將導(dǎo)致施工效率下降。采取如下措施：

1）調(diào)整船舶施工中心線方向。船舶橫移擺動(dòng)至邊線時(shí)，受橫流影響最大。根據(jù)水流流向，將施工中心線方向調(diào)整至與水流方向一致，可使船舶橫移挖掘至邊線時(shí)流壓角最小，減小船體相對(duì)水流的受力面積，降低水流阻力。

2）減小挖寬。施工航道挖槽底寬163 m，結(jié)合邊坡開(kāi)挖，最下層挖掘?qū)挾葹?10 m。原計(jì)劃分2 條施工，每條挖寬取105 m，受快水流工況限制，此挖寬將導(dǎo)致船體在邊線時(shí)流壓角過(guò)大，故改為分3 條施工，每條挖寬取70 m，減小流壓角。

3）絞吸挖泥船施工時(shí)，船舶橫移至挖槽左邊線，其右橫移錨纜與船舶中心線夾角接近或達(dá)到45°時(shí)，應(yīng)對(duì)右橫移錨進(jìn)行前移，否則橫移困難。移錨的間距與挖深、挖寬有關(guān)，本工程挖深約11 m，挖寬70～80 m，移錨間距應(yīng)取50 m 左右。在快速水流工況時(shí)，宜增加橫移錨移錨頻次，控制移錨間距在40 m 以?xún)?nèi)，可增大橫移鋼絲繩與船體夾角，提高橫移錨的橫向拉力效果。

3.6 根據(jù)大、小潮汛不同工況條件，合理安排船舶施工

灌河大潮汛期間漲落潮流速達(dá)到1.5～2.0 m/s；小潮汛期間流速相對(duì)較小，對(duì)絞吸船施工影響有限。本項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，妥善安排船舶修理、岸管延伸切換等停置時(shí)間，在小潮汛期間確保船舶能夠正常不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，大潮汛期間快水流嚴(yán)重影響船舶施工效率時(shí)，安排船舶停工，利用停工間隙進(jìn)行陸上岸管的延伸、吹填出口調(diào)整、船舶檢機(jī)修理等工作，以此提高船舶時(shí)間利用率[2]。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

工藝改善前，船舶受快速水流工況影響，時(shí)間利用率僅有64.1%。大潮汛期間，船舶在快漲落水時(shí)需要停工，停工占比13.3%；水上管線拼接受制于快速水流影響，拼接速度慢，停工占比6.9%；因頻繁停工，增加打清水時(shí)間，平均施工效率僅有1696 m3/h，萬(wàn)方油耗達(dá)到7.17 t。

工藝改善后，船舶受快速水流影響明顯降低，停漲落水時(shí)間占比4.5%；水上管線拼接效率有所提高，停工占比4.2%；整體時(shí)間利用率達(dá)到75.3%，提高約11 個(gè)百分點(diǎn)。由于減少頻繁停工，施工運(yùn)轉(zhuǎn)效率得以提高，平均施工效率達(dá)到1907 m3/h，提高約210 m3/h；萬(wàn)方油耗為6.21 t，降低約0.9 t，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益顯而易見(jiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目應(yīng)對(duì)快速水流工況，從管線布設(shè)工藝、船舶施工工藝等多方面采取相應(yīng)措施，將不利工況影響降至最低，有效提高船舶施工效率及時(shí)間利用率，為絞吸挖泥船應(yīng)對(duì)該工況條件進(jìn)行歸納總結(jié)，在類(lèi)似項(xiàng)目中可提供借鑒。