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        雙耳軸重型絞吸船深槽基巖開挖施工工藝

        2020-11-27 06:38:10周志強(qiáng)朱海濤
        水運(yùn)工程 2020年11期

        周志強(qiáng), 朱海濤

        (中交天津航道局有限公司, 天津300450)

        某工程部分區(qū)域須進(jìn)行基槽開挖, 基槽底寬126 m、 長(zhǎng)度310 m, 底質(zhì)主要為砂巖, 原始泥面水深約-9 m, 設(shè)計(jì)挖深-30 m。

        1 施工原理

        1.1 上、下耳軸更換原理

        絞吸船橋架與船體通過耳軸連接, 多數(shù)絞吸船為單耳軸配置, 橋架可繞耳軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)絞刀下放深度變化, 當(dāng)橋架達(dá)到最大傾角時(shí)挖深也達(dá)到最大。 如圖1 所示, 雙耳軸絞吸船在橋架兩側(cè)船體上有上、 下兩個(gè)耳軸孔座, 與之對(duì)應(yīng)的, 在船體與橋架連接處有上、 下兩個(gè)吸口, 橋架上的耳軸可以選擇插入不同孔座中, 并通過蝦節(jié)軟管連接水下泵排出管線和對(duì)應(yīng)吸口, 實(shí)現(xiàn)挖深范圍的調(diào)節(jié)。 由上耳軸更換為下耳軸時(shí), 橋架整體下移,絞吸船極限挖深增大, 但與此同時(shí), 絞吸船的最小挖深會(huì)受到限制[1]。

        圖1 雙耳軸絞吸船側(cè)視圖

        1.2 橫移錨拋開錨加浮橋原理

        絞吸船挖巖時(shí)需要較大拉力, 錨桿拋設(shè)橫移錨距離有限, 橫移錨承受的拉力較大而常發(fā)生走錨,尤其是絞刀反刀挖掘時(shí)的受力側(cè)錨。 而拋開錨是常用的解決方法, 可以在橫移錨抓地力不變的情況下顯著提升橫移拉力; 同時(shí), 拋開錨還可以減少倒錨次數(shù), 增加絞吸船挖泥時(shí)間。 但對(duì)于巖石底質(zhì)的深槽, 挖槽邊坡坡度較陡, 坡頂邊緣鋒利, 當(dāng)絞吸船左右擺動(dòng)及進(jìn)步挖泥時(shí), 橫移纜會(huì)與坡頂邊緣發(fā)生摩擦, 易導(dǎo)致橫移纜斷絲、 斷股, 增加斷纜風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí), 可在橫移纜中間位置架設(shè)浮橋, 避免橫移纜與坡頂邊緣接觸, 見圖2[2]。

        圖2 橫移錨拋開錨加浮橋示意

        浮橋一般可使用浮筒, 但浮筒的尺寸要經(jīng)過計(jì)算, 使得浮筒的浮力滿足拉力要求, 且保證浮筒的質(zhì)量、 尺寸便于吊運(yùn)和調(diào)遣。 同時(shí), 浮筒拋設(shè)的位置要經(jīng)過計(jì)算, 若浮筒距離底邊線太近, 則當(dāng)絞刀擺至近側(cè)邊線時(shí), 浮筒與橋架之間的橫移纜與水平方向的夾角太大、 橫移拉力的水平分力太小造成挖掘力不足; 若浮筒距離底邊線太遠(yuǎn), 則當(dāng)絞刀擺至近側(cè)邊線時(shí)浮筒與橋架之間的橫移纜有接觸坡頂邊緣的危險(xiǎn), 因此浮筒拋設(shè)位置要適中。

        2 施工操作要點(diǎn)

        2.1 更換下耳軸

        2.1.1 軟管和吸管拆解

        將水下泵封水及絞刀軸軸承沖洗軟管法蘭拆下, 蝦節(jié)軟管用手拉葫蘆固定在橋架上, 再將法蘭拆下, 將艙內(nèi)泵上吸口法蘭用盲板封上。

        將下吸口專用楔形泥管用專用絲杠吊到位,一端法蘭用螺栓與蝦節(jié)軟管法蘭緊固, 專用絲杠上端用軸銷固定在橋架專用的軸銷座上, 將固定蝦節(jié)軟管的手拉葫蘆拆掉, 檢查楔形法蘭面的密封膠圈, 連同導(dǎo)向塊一同涂上牛油。

        2.1.2 潛水探摸

        下潛水對(duì)艙內(nèi)泵下吸口法蘭面、 左右下耳軸孔座和管線內(nèi)壁進(jìn)行探摸, 清除法蘭面、 耳軸孔座和管線內(nèi)壁的浮生物及其他雜物。

        2.1.3 調(diào)整橋架耳軸位置

        將起橋絞車轉(zhuǎn)至現(xiàn)場(chǎng)控制, 把橋架上的維修耳軸標(biāo)記與船體上的標(biāo)記上下對(duì)齊, 并左右間隙一致, 然后將橋架維修耳軸插入維修耳軸座中[3]。

        將耳軸液壓柱塞的安全銷拔掉, 并將耳軸收起, 啟動(dòng)起橋絞車, 將耳軸液壓柱塞的安全銷插上, 最后將橋架維修耳軸從維修耳軸座中收回。

        2.1.4 泥管對(duì)接

        將專用絲杠上端軸銷從橋架軸銷座上拆下,并固定在船體專用絲杠軸銷座上, 轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠將楔形管密封膠圈與艙內(nèi)泵吸入管口壓死密封。

        2.1.5 軟管對(duì)接

        由于橋架下移后, 水下泵封水管及絞刀軸軸承沖洗管等軟管長(zhǎng)度不足, 需要加裝加長(zhǎng)管與船體上對(duì)應(yīng)管線連接。

        2.1.6 艙內(nèi)泵管路改線

        使用下耳軸時(shí), 需要將蝦節(jié)軟管移至下吸口,上吸口內(nèi)、 外側(cè)封死, 下吸口連接泵艙內(nèi)管線,上下吸口管線改造原理見圖3。

        圖3 使用上、 下吸口時(shí)管線改造原理

        因此在泵艙內(nèi), 需要拆卸艙內(nèi)泵至上吸口的管線, 將艙內(nèi)泵下吸口盲板插下, 將泥泵連接下吸口的管線安裝好, 打開泵前的下吸口閘閥。

        2.1.7 調(diào)整絞刀平臺(tái)

        調(diào)整絞刀維修平臺(tái)的高度, 至此, 耳軸更換過程結(jié)束。

        2.2 橫移錨改開錨

        2.2.1 浮筒設(shè)計(jì)

        雙耳軸重型絞吸挖泥船額定橫移拉力1 400 kN,浮筒與橋架之間橫移纜與水平面設(shè)計(jì)最大夾角為60°, 橫移纜的豎向分力為1 210 kN, 浮筒與橫移錨之間纜繩的豎向分力可以忽略, 因此浮筒干舷需要提供最少1 210 kN 的浮力[4]。

        選用10 m×10 m×2 m 的大型浮筒, 上部安裝護(hù)欄、 系船柱、 導(dǎo)纜孔、 橫移纜系纜裝置等, 浮筒質(zhì)量約50 t, 浮筒吃水0.5 m, 干舷高度1.5 m,其干舷可提供接近1 500 kN 的浮力, 滿足要求,浮筒設(shè)計(jì)模型見圖4。

        圖4 浮筒設(shè)計(jì)模型

        2.2.2 橫移錨及浮筒拋設(shè)位置計(jì)算

        絞刀擺至底邊線圖示見圖5。

        圖5 絞刀擺至底邊線

        圖5a)中, 假設(shè)當(dāng)絞刀擺至底邊線時(shí), 橋架耳軸吃水為e, 船體軸線與挖槽軸線夾角為α, 橋架上左右橫移滑輪距離為D; 沿橋架軸線方向, 絞刀頭至橫移滑輪距離為l1, 橫移滑輪至耳軸距離為l2。圖5b)中, 建立平面坐標(biāo)系, 靠近邊線側(cè)的橫移滑輪位置表示為點(diǎn)B, 橫移纜在浮筒上的系纜點(diǎn)表示為點(diǎn)A, 坡頂邊緣表示為點(diǎn)C, 原始泥面至水面距離為h, 原始泥面至開挖泥面高程差為H, 邊坡坡度為n: 1, 浮筒干舷為d,B點(diǎn)坐標(biāo)為(b,f), 則有:

        C點(diǎn)坐標(biāo)為(-H∕n,H)、A點(diǎn)坐標(biāo)為(-m,H+h+d), 假設(shè)坡頂邊緣C點(diǎn)距離橫移纜AB的垂線距離為p, 則:

        圖6 絞刀擺至底邊線俯視圖

        p與m之間的函數(shù)關(guān)系表示為p=F(m)。 但在施工過程中, 絞吸船橫移錨位相對(duì)挖泥船位置一直在變化, 圖6 中, 假設(shè)橫移纜與軸線垂線方向夾角為β, 當(dāng)β=0 時(shí),m=m0, β 角度最大時(shí)(一般為需要移錨時(shí))m=mmax, 橫移錨至浮筒內(nèi)側(cè)系纜點(diǎn)A的距離為L(zhǎng), 則:

        式中: β 為橫移纜與軸線垂線方向夾角;m為浮筒至底邊線距離。

        綜上所述, 在拋設(shè)橫移錨及浮筒時(shí), 橫移錨及浮筒的拋設(shè)位置要根據(jù)橫移錨至浮筒的纜繩長(zhǎng)度、單次移錨的步進(jìn)距離、 原始泥面深度、 挖深、 邊坡坡度、 浮筒及船舶結(jié)構(gòu)尺寸等計(jì)算得出。 如果l1= 10 m、l2=34.5 m、D=10 m、 α=28°、h=9 m 、H=21 m、n=2、d=1.5 m、e=4.5 m 、L=160 m、β=23°、p=1 m, 計(jì)算得,m0=3.2, 則橫移錨拋設(shè)時(shí), 橫移錨距離挖泥底邊線垂直距離為162.8 m。

        2.2.3 橫移錨纜繩改造

        錨艇綁帶浮筒靠近絞吸船, 絞吸船使用錨桿將橫移錨提升至水面以上, 用高壓水槍清洗錨身,解除橫移錨的橫移纜, 將解除的橫移纜一端用卡環(huán)固定在浮筒的一端, 將浮筒另一側(cè)固定的鋼絲纜一端用卡環(huán)固定在橫移錨錨身上。

        解除錨頭纜卡環(huán), 回收錨桿, 將錨桿上起錨鋼絲繩的下端固定在絞吸船船舷。 利用一個(gè)鋼絲繩, 一端與錨艇甲板絞車的鋼絲繩連接, 另一端與錨頭相連。

        2.2.4 下開錨

        用絞吸船吊機(jī)將橫移錨提升, 并掛在錨艇船頭的起錨滾輪上, 解開浮筒與錨艇的纜繩, 錨艇移船至預(yù)定下錨位置, 浮筒被拖拽至橫移錨與船體中間位置。 將錨漂纜繩與橫移錨頭纜相連, 慢慢下放橫移錨, 橫移錨著底后, 解開錨艇甲板絞車鋼絲纜與錨頭纜的連接卡環(huán), 將錨漂吊至水面,開錨下放完畢。

        3 結(jié)論

        1)絞吸船使用上耳軸開挖上層, 下層開挖時(shí)快速更換為下耳軸, 僅用時(shí)12 h, 大幅縮短時(shí)間。

        2)將錨桿錨改為開錨加浮橋, 船體單次倒錨進(jìn)步距離由原來的27 m 提高到100 m, 最大橫移拉力由原來的1 000 kN 增大到1 400 kN, 移錨時(shí)間減少60%左右。

        3)挖掘硬巖時(shí), 同土級(jí)情況下生產(chǎn)效率平均提高約7%, 可保證順利、 高效地完成基槽開挖任務(wù)。

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