吸揚式挖泥船

1、第五章 吸揚式挖泥船圖5-1 吸揚式挖泥船5.1 概述一、應用領(lǐng)域     吸揚式挖泥船僅被用于吸揚非粘性土壤。另外，這種挖泥船較不適用于對輪廓有特殊要求的疏浚工程，而適于吸揚較厚的泥沙層。施工后將留下許多沙坑。     若此挖泥船安裝了水下泵，則其最大挖深可超過80米，挖深由泥泵功率決定，也可通過液壓式輸泥管遠距離輸送泥沙。     吸揚式挖泥船一般是可拆卸型的，故其也常被用于吸揚非航道中的泥坑。吸揚式挖泥船一般相對較輕且由錨纜定位，故不適合在開放水域（除非特殊建造的水域）

2、施工。     吸揚式挖泥船有多種類型：     1)駁船裝運型: 通過噴嘴噴射系統(tǒng)裝載?？吭诖叺鸟g船上的一種吸揚式挖泥船。此型主要適用于當泥沙傳送距離太遠而使用液壓排泥管系統(tǒng)較不經(jīng)濟時，如圖5-2所示。     2)吹填型：這種挖泥船使用泥泵通過輸泥管系統(tǒng)將泥水混合物輸送至岸邊，若需要，還可傳送更遠距離至排泥場或泥沙處理廠，如圖5-3所示。     3)深吸型：這種挖泥船裝有水下泵。可以是駁船裝運型或吹填型，如圖5-4所示。

3、60;   4)吸盤型：挖泥船裝有扁平的吸口，它適合吸揚較淺海床的泥沙且生產(chǎn)率非常高，但絞吸式挖泥船在產(chǎn)量上優(yōu)于這種類型的挖泥船，如圖5-5所示。 二、歷史    1851年，即在第一臺離心泥泵被發(fā)明后的一個多世紀，其被用于帶泥倉的挖泥船進行挖沙。幾年后（1856年），第一次嘗試被成功用于通過輸泥管系統(tǒng)把土壤輸送上岸。十年后，被成功應用于荷蘭北海海峽的疏浚施工。同時,freeman和burt于1864年獲得可伸縮式漂浮輸泥管的專利。     從以上歷史可清晰看到，吸揚式挖泥船的發(fā)展是與

4、疏浚泥泵的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起的。因為那時，泥泵的功率都較小，所以吹填型只適于在挖泥船與擲泥點距離較近時使用。在其它一些場合中，一般使用駁船裝運型或重新改造的挖泥船。當泥泵變得能承受更高的壓力后，輸泥距離及泵容都增加了。 圖5-2 駁船裝運型吸揚式挖泥船 圖5-3 吹填型吸揚式挖泥船 圖5-4 深吸型吸揚式挖泥船圖5-5 吸盤型吸揚式挖泥船三、特征    吸揚式挖泥船是靜止型挖泥船，包含：由一條或多條錨纜定位的平底船；至少一個與吸泥管相連的泥泵?？赏ㄟ^輸泥管輸送或駁船裝運卸泥。吸泥管懸掛在平底船前部開檔處，另一端通過支臂懸掛在支架或a型架上。支臂懸掛系統(tǒng)與

5、支臂絞車相連以控制吸泥管的位置。在吸沙時，挖泥船通過絞車系統(tǒng)緩慢向前移動。為增加吸泥口吸入的泥沙量，常安裝水擊器直接侵蝕海（河）床。這種情況下，水管常被裝配在吸泥管上。 四、工作方式圖5-6吸揚挖泥船的工作方式由以下兩種情況決定:1)河床坍塌 2)由于泥泵使水流動產(chǎn)生的渦漩在吸泥口附近侵蝕土壤     河床坍塌主要是由于土壤顆粒的移動或土壤不穩(wěn)定而造成的，我們一般稱它為“破壞”。這個過程是吸揚式挖泥船工作方式的本質(zhì)部分，完全由斜坡處土壤的土力學特性決定。最重要的影響因素是水的滲透性及相對密度。     當吸揚式挖泥

6、船剛開始挖泥時沒有泥坑,斜坡、河床、吸管與水平面間的角度都非常小。只有完全位于吸泥口附近影響水流動區(qū)域的泥沙被吸入。在這個過程產(chǎn)生了一個小沙坑。同時，挖泥船通過前絞車向前拉動，則吸泥管可放得更深，這個動作將重復進行。當沙坑變得越來越深且吸泥管角度變得越來越陡（更有利于泥沙的吸入和輸送），生產(chǎn)量將大幅上升。這個過程一直繼續(xù)直到吸泥口足夠深或直到生產(chǎn)量已達到泥泵沒有能力使其再進一步增大時結(jié)束。     挖泥船隨著吸泥管的下放而緩慢向前移動的過程稱為“打入”或“開始”。達到平衡狀態(tài)所需的時間主要由：土壤土力學特性、斜坡高度及泵容決定。當達到平衡狀態(tài)后，挖泥船主

7、機手（主操作員）將通過使挖泥船沿河床移動，有規(guī)律地把挖泥船向前拖且持續(xù)下放耙吸管（只要可能）保持這種平衡狀態(tài)。如果挖泥船移動得太慢，將會得到較不陡的斜坡而使產(chǎn)量降低。另一方面，若船體向前移動速度大于泥沙的輸送速度，沙坡角度會升高而導致沙坡劇烈下滑。泥沙大量沉積而泥泵無力全部吸入則泥沙混合物將停止流動，最終導致吸口被深深掩埋。若不能自行拔出，則需另一艘挖泥船通過吸泥或切削的方式將其拔出。     吸揚式挖泥船的工作模式如圖5-7所示。只要處于疏浚區(qū)域內(nèi)，切削長度由定位錨纜的位置決定。定位錨纜位置一般應滿足：在同一位置時向左、右移動可獲得最大吸泥機會；錨纜的

8、長度一般依賴于泥沙被挖掘的寬度及泥沙的滑移特性。     對于安裝有水下泵的吸揚式挖泥船，不再只由挖泥深度決定生產(chǎn)量。在挖泥區(qū)域的垂直方向的條件也影響了生產(chǎn)量。換一種說法即持續(xù)下放吸泥管保持生產(chǎn)量直到達到最大吸泥深度。如果產(chǎn)量下降直至低于最小經(jīng)濟效益值時，沙坑將被放棄而新一輪吸揚工作將在原沙坑一個直徑遠處開始。很明顯，這種疏浚方式產(chǎn)生了痘瘡式的挖掘區(qū)域，而大量的未被挖掘的泥沙仍被留在疏浚區(qū)域，這種狀況是施工經(jīng)理們不愿看到的。     這種疏浚方法確實提供了直接從粘土層下吸沙的可能性，但也必須注意到這種移沙方式終將導

9、致粘土層的坍塌。最有利的狀況是這層粘土斷成小段落到斜坡上然后與泥沙被一同吸走。若粘土層大塊脫落，則很可能會堵塞吸泥管并導致最嚴重的問題出現(xiàn)。用水很難使泥沙混合物流動，特別是當吸管還未深深插入土壤層的開始階段。水須經(jīng)水管引至吸泥管上。根據(jù)以上所述的吸泥方式，吸泥管被制造成下段與上段兩部分。管的下段懸掛在上段底端從而使下段總是處于垂直狀態(tài)。這種吸泥管在水平移動過程中產(chǎn)生的力矩可被抵消至較小值。 圖5-7 吸揚式挖泥船工作過程5.2 設(shè)計     設(shè)計吸揚式挖泥船時，以下設(shè)計參數(shù)是非常重要的:    生產(chǎn)量 &

10、#160;      吸泥深度       輸泥距離       土壤類型       因吸揚式挖泥船只適于挖掘非粘性土壤，土壤類型在決定吸泥管直徑及水力輸泥管直徑和所需泥泵功率時是非常重要的參數(shù)。一、生產(chǎn)量    與其它挖泥船一樣，符合市場需求的在同一疏浚地點可使用的挖泥船的類型決定了生產(chǎn)量。如前所述，吸揚式挖泥船被較多使用于

11、水泥廠和吹填時的吸沙疏浚。在這種情況下，了解每周或每小時的生產(chǎn)量是非常重要的。在荷蘭，工會和工人簽訂的工人合同中規(guī)定在有限的范圍內(nèi)每周工作247=168小時，這是規(guī)定完全連續(xù)操作的時間，但常限制為49=36小時。而有效疏浚時間所花的時間（即36小時/周），因為常在加班時間進行主要的維修工作。使用泥駁裝運，檢修、待料等的停工期(等待駁船的時間)在36小時工作中所占的比例比在連續(xù)工作所占的比例要少，因在一天結(jié)束后挖泥船停止工作時可作適當彌補。     例如，在168小時工作周，有效工作時間為0.75168=126小時；在36小時工作周，有效工作時間為0.86

12、36=30.6小時。有效生產(chǎn)比例為 126/30.6=4.1 而不是  168/36=4.7。     對于挖泥船裝置設(shè)計（包括船體設(shè)計）,其每小時的生產(chǎn)量比每周、每月、每天的生產(chǎn)量更重要。在許多情況下，為防止主機超載，甚至連停頓時間也需考慮進去。若生產(chǎn)量已知，則需考慮的參數(shù)為泥沙流動率與泥沙濃度。根據(jù)：                      

13、                     （5-1）     式中，p為生產(chǎn)量，m3/s；q為泥沙混合物流速，m3/s；cvd 為泥沙輸送濃度，-； n 為孔隙數(shù)，-。     預設(shè)的平均濃度由河床土壤特性決定（參見疏浚技術(shù)）。最大吸泥濃度根據(jù)土壤類型和設(shè)計者觀點而定。     可被輸泥管輸送的最大平均泥漿濃度由最大顆粒直徑與泥管直徑的比值和輸泥管的長度決定。長的輸泥管在疏浚過程中由于輸送泥漿密度的變化而濃度上升(matousek, 1995)。     根據(jù)經(jīng)驗，泥沙的最大平均密度為1500 kg