基于土质输挖特性的绞吸船分层施工方法 |
| 2012-09-06 16:59 作者：王亚辉 刘万龙 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网9月6日消息 《硅谷》杂志2012年第14期刊文称，绞吸船传统施工工艺已逐渐不适应日趋发展的疏浚行业发展，施工中存在诸多制约因素，介绍一种基于土质输挖特性的动态绞吸船分层施工方法，旨在提高国内现有绞吸船施工工艺水平，发挥船舶产能。
随着疏浚业的不断发展，工程工况日趋复杂，竞争也日益激烈，施工技术的高低成为决定竞争成败的关键因素之一，精细化施工与对土质输挖特性的深入分析越发显得重要。在这种背景下，基于土质输挖特性的动态绞吸船分层施工方法研制成功，并应用于工程实例中，实践证明该工法能较好的满足工程进度要求和质量要求，解决了原始施工工艺中存在的塌方、设备运行状态不稳等问题，利于质量控制，并充分利用了土质的软化系数及不同层土质的输送特点，提高了生产率，降低了油耗，取得了良好的效益。
1工法特点
1）通过合理分层施工，使施工参数及设备运行更加平稳，更便于优化统一挖掘参数，有利于驾驶员操作与减少船机故障。
2）通过合理分层，改变一刀到底的施工方式，减少了瞬时塌方埋压桥梁造成振车的可能性；同时减少了塌方总量并让土质边坡具有较长的稳定时间，减少了其开挖断面满足后土体继续塌坡对质量及进度的影响。
3）通过合理分层，充分利用了土质特性的时效性变化，使下层土质得到软化，降低有效应力，增加孔隙水应力，避免开挖力矩增大和绞刀汽蚀现象，更有利于挖掘进度。
4）针对不同层土质的输送特性不同，在不同层的施工过程中，采用不同的输送参数控制施工或合理改变管线特性，充分发挥了泵机负荷，并减小了负荷波动，提高了输送生产率。
5）通过对不同层土质输挖分层特性及其时效特性的综合分析，合理安排施工时段、地段与工艺方法，可以显著提高生产率。
2适用范围
1）绞吸船开挖泥面厚度较大，需要桥梁下发不同深度进行多层施工；
2）不同土层土质不同，其输送挖掘特性存在区别，混合后级配特性没有良好改变；
3）船舶开挖断面及前部土质形成的坡度，不能满足土体稳定性条件，易形成塌坡；
4）下层土软化系数较高，软化较快，或上覆层去掉后，经过浸泡有效应力降低较快的土层。
5）输送管线较短，不同层土混挖后输送状态变化较快，变幅较大；
6）泵机转速不适合频繁调整，固定的输送参数不能同时满足泵机负荷充分发挥。
3工艺原理
3.1挖掘生产率的分析
绞吸船挖泥过程包括的挖掘动作有：横移、换向、进尺、倒桩、倒锚、退收台车、起落桥梁、移船定位。
挖掘时间的计算为：
（1）
对于挖泥层厚较大的工程，绞吸船施工一般从定性上考虑为了节省倒桩及移锚时间，采用每一进步都挖到底层或来回进退台车的小分层施工工艺。根据前面的施工动作分析，以上施工方法在挖掘施工层面显然一定程度上忽略了起落桥梁速度、退台车速度、不同层的横移速度、不同层的进尺不同等影响。在施工区域相同的情况下，挖掘生产率的大小就决定于不同施工方法的施工总时间的快慢，从动作公式可以看出，如果采用大分层施工方法，除移锚时间、倒桩时间、移船可能有所增加外，横移时间，退台车时间，桥梁起落时间都有可能减少。实际施工过程中也是如此，一般大分层施工，分层数仅为两层，并且还可以采用倒锚距离内连续退船的方式，完成大分层。
3.2土质软化原理
岩石的软化性是指岩石与水相互作用时降低强度的性能，岩石的软化性与其矿物成分、粒间连结、孔隙率以及微裂隙发育程度等因素有关。土质的软化所需时间由土质物理特性决定，我局天虎轮龙口工程土质就具备明显的遇水软化特性，软化周期约78小时。
3.3分层输送产量增大原理
当挖泥船输送施工时，泥浆介质要克服管道的阻力，而克服这些阻力的能量必然由泥泵提供，因此由能量观点可知泥泵的实际工作点就是泥泵特性曲线和管路特性曲线的交点。本方法就是考虑了不同土质输送时泥泵工况所产生的变化。
1）扬程计算公式
（2）
式中：-泥泵的泥浆水头（m）；-泥泵的清水水头（m）；-泥浆密度（t/m3）；-系数
2）功率计算公式
（3）
式中：-泥泵泥浆的轴功率（kW）；-泥泵清水的轴功率（kW）；-泥浆密度（t/m3）；-系数
由上式看出，当输送系统达到生产极限时，一般情况下是以上某一因素或多种因素达到限制。而由上面泥泵工况相关因素的分析，可以看出，不同土质泥泵工况不同，因此，不同土质所对应极限产能时的工艺参数并不相同，因此从输送角度采用相同的工艺参数不适合土质达到极限输送产能。如果采用分层输送，则可以根据土质特点合理选择输送设备运转参数，甚至在短管线时可以方便的改变缩口来调整输送系统状态，在有多条吹填管线时可以穿插使用。
4施工工艺流程及操作要点
4.1工艺流程
分层施工工艺需要考虑不同土层土质的土体稳定性，输送特性，力学特性随时间变化的规律，在此基础上，可对初期分层安排进行进一步的调整，以期进一步优化，获得更佳的生产率及经济效益。具体来说分层工法的流程如图。
1基于土质输挖特性的绞吸船分层施工工法流程
4.2操作要点
1）施工每一层时，要注意调整参数，确保设备性能在每一层的施工中都能最大限度的发挥，提高生产率。
2）中要密切联系管线队，在不同层施工时如需要缩口或多条管线倒换等调整，应及时准备好相关材料与移船等时间重叠进行，以最大限度节约时间，提高生产率。
3）要注意，即使同一类土质，不同层深时，物理力学性质也有差别，可根据绞刀负荷及输送效果，结合不同土质分布深度和厚度进行调整。
4）根据工程验收时间，回淤情况及土质软化，流变性质，确定质量层的存留与否、厚度等量，要注意质量层施工的超挖深度。
5）除水平方向的土质变化外，还要注意土层的坡度变化，如出现连续两个台车同一层绞刀负荷及输送效果变化较大时，应重新有针对性的调整修正层厚等相关参数，以免影响生产。
6）施工分条、分层的相关施工时间分析要细致，要注意考虑水上管线是否需要调整及调整时间。
7）对于土层原始水深较浅的工程，应注意充分利用潮位及潮流周期。
8）结合土体力学性质的时效性，施工的分层可以与分条结合进行。
5材料与设备
5.1材料
1）燃、润油：船用轻、重柴油及润滑油。
2）船舶机械耗材。
3）挖泥机具备配件及耗材。
5.2施工主船（原文载于《硅谷》杂志2012年第14期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载） |
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