于仁臣 趙理志 朱德全

(中交煙臺環(huán)保疏浚有限公司,山東煙臺 264000)

亞粘土輸送工藝探討

于仁臣 趙理志 朱德全

(中交煙臺環(huán)保疏浚有限公司,山東煙臺 264000)

本文在對工程概況和絞吸船施工設(shè)備進(jìn)行簡要介紹的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有理論和龍口港疏浚工程施工實(shí)踐對亞粘土輸送工藝進(jìn)行了理論分析、研究和歸納,總結(jié)出具體的亞粘土輸送施工工藝,分別從如何避免堵管,提高生產(chǎn)率兩方面進(jìn)行了論述,為建立亞粘土底質(zhì)合理的疏浚工藝流程奠定了基礎(chǔ)。

疏浚工程 絞吸式挖泥船 亞粘土 輸送工藝

0 工程概況

煙臺港龍口港區(qū)27#、28#、29#通用泊位工程位于山東半島西北岸、渤海萊州灣東側(cè)之龍口灣內(nèi),碼頭走向?yàn)?43°～323°,建設(shè)2個(gè)10萬噸級通用泊位和1個(gè)15萬噸級泊位。泥質(zhì)主要為：中砂,標(biāo)貫擊數(shù)為N=14．6～7．0不等,平均標(biāo)貫擊數(shù)N=19．8擊,中密狀態(tài);粉質(zhì)粘土,可塑偏硬塑狀態(tài),中等壓縮性;管線長度2700m到4000m,設(shè)計(jì)挖深-16m,泥層厚度7-11m。此工程初期共投入天虎、天泰兩條3500方絞吸挖泥船,-5m至-9m泥層施工生產(chǎn)率較高,能達(dá)到1600m3/h,-9m至-16m施工時(shí),挖掘沒有問題,但輸送極其困難,機(jī)器全部滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),絞刀轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)至最高,但仍然達(dá)不到輸送要求,生產(chǎn)率800-900m3/h左右。

圖1 施工濃度參數(shù)

圖2 施工濃度參數(shù)

圖3 施工濃度參數(shù)

1 施工船舶介紹

圖5

圖6 施工初期泥塘泥球圖片

天柏船為電動式非自航絞吸挖泥船,制造于南通港閘船廠,于2009年9月9日出廠投產(chǎn)運(yùn)營。絞刀由變頻電機(jī)驅(qū)動,軸功率為1400KW,裝備絞刀為38ds型6刀臂絞刀,可以配備鏟、鑿、尖形絞刀齒。排泥管徑為800mm,泥泵機(jī)組包括兩臺艙內(nèi)泵(型號：VL800 DWHP45°/DW90°、流量10000m3/h,揚(yáng)程63．3m,額定轉(zhuǎn)速340rpm)和一臺水下泵(型號：VL800 UW15°,流量10000m3/h,揚(yáng)程40．2m,額定轉(zhuǎn)速278rpm)。兩臺主發(fā)電柴油機(jī)均為中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司生產(chǎn)的柴油機(jī)(型號：16V240ZC,功率2780KW,額定轉(zhuǎn)速1000rpm),兩臺艙內(nèi)泥泵柴油機(jī)均為日本大發(fā)柴油機(jī)(型號6DK-36L,功率3310KW,額定轉(zhuǎn)速600rpm)。

圖7 調(diào)整施工工藝后,泥塘泥球圖片

圖8 施工濃度參數(shù)

圖9 施工濃度參數(shù)

2 特定土質(zhì)工藝工法的選擇和確定

下面以-9m至-14m泥層為例,介紹一下我船的施工情況：

該層的土質(zhì)主要為硬性粘土且摻合少量中砂,對于1400kw的絞刀功率來講,挖掘沒有什么問題,關(guān)鍵是長管線施工中的輸送問題。硬性粘土本身的粒徑雖小,但極其容易粘結(jié)成團(tuán),塑性強(qiáng),在管路中的流動性極差,輸送流速要求較高,容易發(fā)生沉降,輸送過程中經(jīng)常出現(xiàn)流速明顯下降,排壓迅速上升的現(xiàn)象,長排距施工以及各種參數(shù)控制不合理的情況下,極易發(fā)生堵管。

從這個(gè)施工濃度參數(shù)圖1-3中可以看出,濃度先很高,然后流速下降,排壓上升,為了預(yù)防堵管,只能采取降低橫移,降低濃度吹水等措施,將管路中沉積的泥土慢慢吹出去從而使排壓逐漸降低,提升流速,極大的耽誤了施工生產(chǎn)效率。船舶產(chǎn)量＝流量*濃度,理想狀態(tài)是在保持高濃度時(shí)盡量提高流量,可以得到較高的產(chǎn)量,實(shí)際上,產(chǎn)量還受泥泵功率的制約,泥泵功率P＝流量Q*揚(yáng)程H,泥泵功率是一定的,流量大時(shí),揚(yáng)程就得較低,否則泥泵(柴油機(jī))就超負(fù)荷了,一味的追求高濃度,必然對吸排部分的揚(yáng)程損失增加,泥泵的排壓上升,超過泥泵的揚(yáng)程后,造成排量下降,流速下降,如下圖4所示。

一旦泥泵特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)所決定的流速,低于輸送土質(zhì)的臨界流速,則可能造成管路堵塞的事故。因此,通過控制水下泵的吸入真空,來控制管路的泥漿濃度,將濃度控制在一個(gè)合適的范圍,使排出壓力不至于過高,不僅能預(yù)防堵管,還能提高生產(chǎn)率。管線的布置對相同土質(zhì)泥漿的輸送也有決定性的影響,管線多出大角度彎頭、水上管鋪設(shè)不平緩、水上管線過長,水下管打彎或者爬坡角度大等情況,都相當(dāng)于增加了管線的整體長度,泥漿的排距增加,輸送阻力隨之加大,管路和壓頭損失加大,流量減小。如圖5所示。

由圖5可以看出曲線越來越向左靠近,結(jié)合泥泵工作區(qū)域圖,可以看出,使得泥泵的揚(yáng)程增加,即排出壓力增加,流量下降,使得流速下降。因此,盡量縮短管線長度,減少沿途摩阻損失,條件允許的情況下降低排高,都有利于對該種土質(zhì)的輸送,避免堵管,提高生產(chǎn)率。

通過觀察泥塘出口處的泥球情況,來調(diào)整施工工藝,尋求最佳工況點(diǎn)。施工初期的泥球圖片說明切割厚度太大,造成泥球直徑較大,不容易輸送,大量沉積,造成流速下降,排壓上升,生產(chǎn)率很低。通過分析,影響切割厚度的因素主要為絞刀轉(zhuǎn)速、進(jìn)尺、挖深、橫移速度。立即調(diào)整施工工藝,將絞刀轉(zhuǎn)速從23rpm提高到29rpm,進(jìn)尺由原來的1．2-1．5m縮小到0．8-1．0m,挖掘泥層厚度不超過2m,通過橫移速度來控制水下泵真空,控制泥漿濃度。調(diào)整施工工藝后,通過觀察泥塘泥球的直徑(比較均勻,直徑在10cm左右)情況。確定出一個(gè)最適合的濃度范圍作為參考基準(zhǔn),記錄下當(dāng)時(shí)的各個(gè)施工參數(shù),優(yōu)化操作,讓設(shè)備始終處于最佳工作狀態(tài),整個(gè)施工都在最佳工況點(diǎn)下進(jìn)行,發(fā)揮船舶最大產(chǎn)能,提高生產(chǎn)效率。

3 結(jié)語

結(jié)合龍口工地亞粘土施工輸送過程中遇到的情況,在確保不堵管的情況下,最大限度的提高生產(chǎn)率,應(yīng)做好如下幾個(gè)方面：(1)通過控制真空度,來控制泥漿的吸入量。最高濃度控制在35%以下,避免濃度過高造成輸送困難,使得施工出現(xiàn)不連續(xù),出現(xiàn)堵管的危險(xiǎn);(2)限制總排壓,以4000m管線為例,排壓控制在1．6MPa以下,一旦排壓超過此限度,且有繼續(xù)上升的勢頭,應(yīng)立即控制吸入濃度,通過降低橫移速度,提升橋梁等措施,使排壓下降到范圍之內(nèi),減少管路的泥漿沉積量;(3)整體管線的鋪設(shè)必須保證平緩、順直。盡量減少大角度彎頭、三通、排高等,使得整體管線折合成標(biāo)準(zhǔn)岸管的長度最短,降低輸送過程中的水頭損失,提高生產(chǎn)效率;(4)通過觀察泥塘出泥口的泥球直徑,來判斷切泥厚度的大小,進(jìn)而調(diào)整進(jìn)尺、橫移速度以及橋梁下方深度。經(jīng)驗(yàn)所得,進(jìn)尺控制在1m以內(nèi)、切割厚度1．5m以內(nèi),橫移速度8-10m/min,可以保證濃度和排壓控制在范圍之內(nèi),獲得持續(xù)平穩(wěn)的生產(chǎn)率;(5)務(wù)必保證在正常施工過程中,橫移速度始終在5m/min以上,以便各個(gè)參數(shù)(排壓、泥漿濃度等)超出范圍時(shí),能夠通過調(diào)整橫移來進(jìn)行控制,如果橫移速度過低,則失去調(diào)整的空間,則會出現(xiàn)堵管的危險(xiǎn),打斷連續(xù)的施工生產(chǎn);(6)保證船機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定狀態(tài),避免因?yàn)闄C(jī)器設(shè)備原因,造成泥泵突然停止工作,一旦泥漿濃度較高,則可能造成堵管的危險(xiǎn);(7)對近端管線保持經(jīng)常測厚觀察,總結(jié)該種土質(zhì)的磨損規(guī)律(龍口工地輸送量10萬立方米磨損管線將近1mm,磨損量極大),經(jīng)常進(jìn)行翻面和換新,避免近端管線爆裂,造成吹水無效,遠(yuǎn)端管線發(fā)生堵塞。