耙吸挖泥船疏浚生產(chǎn)效率的計(jì)算方法

1、耙吸挖泥船疏浚生產(chǎn)效率的計(jì)算方法耙吸挖泥船的疏浚生產(chǎn)是在不同土質(zhì)、水文、氣象海況 和泥土處理?xiàng)l件下進(jìn)行的，要就一艘挖泥船在某種特定情況 下的生產(chǎn)效率事先做出非常確切的計(jì)算是很難辦到的，但若 能夠擁有使用該船在不同條件下長(zhǎng)期積累并有所分析的真 實(shí)數(shù)據(jù)資料，掌握本船設(shè)備性能現(xiàn)狀和施工人員的作業(yè)水 平，結(jié)合對(duì)現(xiàn)行工程的深入了解，仍可能求得施工生產(chǎn)率的 合理的近似估算。同一挖槽的疏浚生產(chǎn)率，還可因施工前后期不同，疏浚 部位不同產(chǎn)生相當(dāng)大的差異，對(duì)此應(yīng)予以充分注意。下面按 照施工方法不同來(lái)介紹耙吸挖泥船施工生產(chǎn)效率。一、旁通、邊拋施工法直接拋出舷外的泥漿，視土質(zhì)、入水位置、水流流向流 速、水深、本船吃水

2、，槽外河床地形等因素，泥沙入水后實(shí) 際輸出挖槽以外的效果差別很大。估計(jì)生產(chǎn)率時(shí)，可通過(guò)分 析上述諸因素，覓取有效出槽系數(shù)，然后乘以單位時(shí)間拋出 土方量得之。如有類(lèi)似施工條件的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或事先在 施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料提供依據(jù)，更有利于參照估算。w = Q X P x5式中：w 生產(chǎn)率（m 3 / h）（未經(jīng)折減調(diào)頭等時(shí)間的影響）;Q 一拋出泥漿流量（m3 /h）；5 一有效出槽系數(shù)。二、裝艙溢流法耙吸挖泥船施工一般以采用裝艙拋泥法為主。其生產(chǎn)率 可按平均每一裝艙拋泥船次的實(shí)載土方除以每一船次疏浚 作業(yè)循環(huán)周期而得。W =l l L + 2 + 3 + t + t123式中：w 一生產(chǎn)率（m3 /

3、h）；匕一泥艙土方量（m3）；l 重載航行地段長(zhǎng)度（km）；v 重載時(shí)航速（km/h）；l 空載航行地段長(zhǎng)度（km）；v 一空載時(shí)航速（km/h）；I 一挖泥地段長(zhǎng)度（km）；V3一挖泥時(shí)航速（km/h）；匕一拋泥時(shí)間（h），包括拋泥及拋泥時(shí)的轉(zhuǎn)頭時(shí)間;12施工中轉(zhuǎn)頭及上線時(shí)間（h）。（一）實(shí)載土方量泥艙實(shí)載土方量由兩個(gè)階段所得合成。第一階段從開(kāi)始裝艙到開(kāi)始溢流時(shí)止（艙內(nèi)水面壅高不 計(jì)入）。裝艙土方量多寡完全隨泥艙實(shí)際使用艙容大小和輸 入泥漿濃度而定，濃度愈高，實(shí)得裝載土方愈多，進(jìn)入泥艙 的泥沙全失。第二階段從開(kāi)始溢流到停止溢流時(shí)止。實(shí)際泥艙增載土 方量因進(jìn)艙泥沙重新再被溢出船外的損失不等，相

4、著很大， 其原因在于：浚挖土質(zhì)及其顆粒粗細(xì)級(jí)配；泥艙具體構(gòu)造，長(zhǎng)、寬、深的尺度比例；3入艙泥漿的濃度、流量和入艙位置；溢流口位置及構(gòu)造；溢流時(shí)間長(zhǎng)短。其中主要的是土質(zhì)。不同土質(zhì)在泥艙的沉淀效果不一 樣。一般粒徑較粗的散沙，實(shí)載量高，時(shí)效最佳。反之，泥 沙粒徑越細(xì)，短時(shí)內(nèi)越難在艙內(nèi)沉淀，時(shí)效越差。艙內(nèi)沉積 泥沙土方量對(duì)比艙容通常可得約為：粗沙85%軟塑性土70%中沙80%可塑性土45% 細(xì)沙60%硬 塑 性土35%粉沙40%浚挖淤泥夾細(xì)粉沙、沙質(zhì)粘土、軟塑粘土等未經(jīng)擾動(dòng)的 原狀土?xí)r，若泵吸設(shè)備良好，常?？梢园椅罅繅K狀土，有 利艙內(nèi)沉積，增大裝艙土方量。例如開(kāi)挖長(zhǎng)江口銅沙航槽時(shí)， 不加高壓沖水，

5、實(shí)得平均泥漿濃度N 45%，最大濃度可達(dá) 65%。遇到可以高比例裝載的情況，在估算生產(chǎn)率前，應(yīng)根據(jù) 各船設(shè)計(jì)最大載重噸和現(xiàn)場(chǎng)水深，控制最大重載吃水或按需 調(diào)整利用溢流檔次的艙容，然后計(jì)算船次裝艙土方。一般耙 吸挖泥船設(shè)計(jì)泥艙裝載容重密度多取1.41.7左右（可查各 船造船資料）。若土質(zhì)為低容重的淤泥、浮泥或細(xì)粉沙等一經(jīng)擾動(dòng)不易 在泥艙內(nèi)即沉的微細(xì)顆粒泥沙，或下限粒徑所占比例較大 時(shí)，宜在裝艙前預(yù)先排除艙內(nèi)余水，增加溢流前所得土方量， 少用乃至不用溢流施工。進(jìn)入泥艙的泥漿，濃度以高為佳，但泥漿入艙時(shí)的能量， 宜適當(dāng)控制降低，減輕艙內(nèi)渾水的紊動(dòng)程度。艙內(nèi)泥沙逐漸沉積起一定厚度時(shí)，等于艙內(nèi)泥面上水深

6、 相應(yīng)減少，輸入泥漿即使流量、濃度不變，所含泥沙的下沉 作用將減弱，上層渾水水體容重增加，流態(tài)產(chǎn)生新的變異， 水體的運(yùn)動(dòng)流速加快，溢流損失上升，直到損失高達(dá)100%， 有時(shí)甚至可使已經(jīng)沉積的較細(xì)顆粒再被擾動(dòng)、沖蝕，使已得 艙內(nèi)總體平均裝載容重降低。泥艙實(shí)得裝載土方量（m3 ）為：J G - 0 x V1 r - r式中：匕一泥艙實(shí)載土方量（m3）；G 一泥艙中實(shí)載泥漿總重量（t）；V 一泥艙實(shí)際使用容積（m3）；r 原狀土的天然容重（t / m 3）；r 當(dāng)?shù)厮娜葜兀╰ / m 3）。由于生產(chǎn)率高低受到一次裝艙實(shí)得土方量和一次作業(yè) 循環(huán)總時(shí)間兩個(gè)變量的影響，因而裝艙溢流時(shí)間長(zhǎng)短，不能 完全從

7、獲取最大可能裝艙土方量來(lái)決定，否則，可能招致生產(chǎn)率反而低落的結(jié)果。要權(quán)衡得失，適當(dāng)確定溢流時(shí)間。明為湘林土林與球=弟般可以通過(guò)已有積累的類(lèi)似土氓醐 土河資料或試測(cè)不等延時(shí)溢流獲得的土方量，知公式求取最佳值。:也可參照下夕列圖示方法求其最佳值。航行、撤強(qiáng)、轉(zhuǎn)頭部歷時(shí)裝觸、溢魘田時(shí)wq等延時(shí)溢流獲得的土方量，知公式求取最佳值。:也可參照下夕列圖示方法求其最佳值。航行、撤強(qiáng)、轉(zhuǎn)頭部歷時(shí)裝觸、溢魘田時(shí)w艙拋泥法的生產(chǎn)效率計(jì)算裝艙溢流時(shí)間與裝艙量曲線示意圖圖6.6圖中縱軸OH為裝艙土方量與使用泥艙容積之比，橫軸AB為一次裝艙拋泥循環(huán)總時(shí)間，OCD為裝艙土方量實(shí)得過(guò)程曲線，作AD與之相切，竺即為工作小時(shí)生

8、產(chǎn)率，比值越大， AB生產(chǎn)率越高，切點(diǎn)D在橫軸上所示時(shí)間0B，即為最佳裝艙溢 流時(shí)間。(二)吸入泥漿濃度一般情況下，根據(jù)具體土質(zhì)、水深、耙頭松土能力和泥 泵特性，合理提高吸入泥漿濃度，可以看作提高耙吸挖泥船 生產(chǎn)率的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)就濃度問(wèn)題簡(jiǎn)述幾點(diǎn)如下：1.濃度即一定體積的泥漿中具有原狀土或泥沙顆粒的含量。按 照不同要求，濃度分下列三種：濕方濃度P (水下原狀土濃度，一般用于從泥漿濃1度計(jì)算相應(yīng)土方)* X 100%WP =* X 100%WV2Y0 -Y式中：站一水下原狀土體積(m3)；泥漿體積(m3 )；一泥漿密度( t / m 3)；一原狀土密度( t / m 3)； 0一當(dāng)?shù)厮拿芏?t

9、 / m 3)。體積濃度p2P =匕 X 100% = Y m -Y * X 100%VY -Y式中：匕一泥漿中所含干土粒子的體積(m3)V3=p 1 x V4 ；V4-土粒子在原狀土體積中的含量(m3)；一干土粒子的密度( t / m 3)。重量濃度p3p = K X 100% = L m _九）X 100%w2y （y -y ）式中：w3一泥漿中所含干土粒子的重量（t）；W2一泥漿的重量（t）。2 .濃度與流量單位時(shí)問(wèn)內(nèi)泵吸土方量二濃度X流量，若時(shí)間不變，其 中濃度、流量任何一方提高，顯見(jiàn)便能多得泵吸土方量。根 據(jù)泥泵工作理論公式P = Q X H xyx g3600 xn xn式中：p

10、泵機(jī)功率（臥）；Q 一泥泵吸入流量（m3 /h）；y一吸入泥漿密度（ t / m 3）；H 一泥泵吸入和排出泥漿時(shí)的總揚(yáng)程m;n 一泵機(jī)傳動(dòng)效率（%）；n 一泥泵效率（%）；g 重力加速度（m/s2）。在某一泵機(jī)功率條件下，流量與濃度之間存在互為影響 的關(guān)系。由于耙吸挖泥船裝艙法施工時(shí)，本船吸排管路很短， 管徑相同，H及門(mén)雖然受到些影響，唯其變化相對(duì)較小，暫 可從略免計(jì)，并視Q X y二常數(shù)。當(dāng)流量Q由Q變?yōu)镼時(shí)，密度y相應(yīng)由y變?yōu)閥，即 1212九=Q，所得土方量s相應(yīng)分別為：y 2 Q1S = Q x yi Tw ； S = Q x y2 Twi 1 y -y 22 y y式中:S1、一泥

11、漿變動(dòng)前后的流量（m3式中:S1、泥漿變動(dòng)前后的容重（t / m 3）；S2泥漿變動(dòng)前后所得土方量（m3/sec）；原狀土的天然密度（t / m 3） ；一當(dāng)?shù)厮拿芏龋话闱闆r下簡(jiǎn)略計(jì)算認(rèn)為等于由于y及均大于1，但小于y，當(dāng)yy時(shí)（QQ） 12021七 y 2 -yw上y 2 wgy2 -ywy 1 -yw且yi -y/yi 亦即 yi -yQ2從而得Q2（y2-yw）Q（y -yw）故矢口 Q xy2 -ywQ xyi-yw 艮口 SS 2 y -y 1 y -y 2 1表明提高濃度所得土方量大于提高泥漿流量所得。又因 大流量下過(guò)高的流速往往不利于裝艙溢流效果，可以認(rèn)為裝 艙時(shí)的最佳流速應(yīng)

12、是在一定泵機(jī)功率條件下，能夠吸入和輸 送最佳含泥量的較低工作流速。對(duì)一定泥漿濃度而言，較低 流速比高流速更經(jīng)濟(jì)合理。3 .水深對(duì)泥漿濃度的影響耙吸挖泥船裝艙作業(yè)時(shí)，泥泵所提供的總揚(yáng)程（水頭）必 須恰好與吸入排出管路中的損耗總水頭相等。船內(nèi)排出管路 很短，管路的摩擦損耗水頭較小。損耗水頭以從泥泵中心將 泥漿提升到排出管口所需的靜水頭為主，已在造船設(shè)計(jì)中考慮。但吸入管路損耗的總水頭，受到大氣壓力作用的限制。理論上雖有1033m（水柱），為避免氣蝕作用，一般泥泵的允 許吸上真空度僅約7.58.0m（水柱），通常實(shí)用吸入真空度 平均值可控制在約平均7m（水柱），即510mm（汞柱）。吸入管 路損耗總水

13、頭h的計(jì)算公式為H = h + h + h + h + hs 12345式中：h 1吸入損耗靜水頭（m） （y -1）（s-h）-h是為泥泵中 心與舷外水面齊平或低于水面狀態(tài)時(shí)所用。y 泥漿密度; s 耙頭位置水深（m）； h泥泵中心低于水面的高差 (m)；h2吸入管路直管摩阻損耗水頭（m）=小D咤a。其中:以=1 + p (y 其中:以=1 + p (y -1)；人(m) ； D管徑(m)；v吸入泥漿流速（m/s ）； g重力加速度p土質(zhì)系數(shù);土質(zhì)粘土、淤泥細(xì)沙粗沙礫石B2345土質(zhì)系數(shù)表表6.2（m / s 2）；h3彎管摩阻損耗水頭（m）= n xax Cb X打。式中：n一彎管數(shù)；cb

14、 彎管摩阻系數(shù)；h 4耙頭吸口損耗水頭（m）= ax c x2i。式中：C 一吸口摩阻系數(shù)，視耙頭型式，與河床接觸狀況、泥漿形 成、流量等而異，約051.5；h5吸入速度損耗水頭（m） = yx。即不論何種土質(zhì)，耙頭松土能力多大，泥泵機(jī)功率多高， 按照上式估算吸入損耗總水頭，一般采用平均值約 7m（水 柱）。若吸入泥漿流量、濃度不變，7m水頭將影響可以達(dá)到 該濃度下有限水深的作用，逾此勢(shì)將濃度降低。例如：浚挖 銅沙航槽時(shí)，原狀土容重為18 t/m3，泥漿濃度平均值為 45%，泥漿容重為1.36t/m3,水深9m，泥泵中心位于始挖水 面下1m，應(yīng)用加利福尼亞型悶吸耙頭，按公式計(jì)得吸入損耗 水頭為6. 2