周志强， 朱海涛

(中交天津航道局有限公司， 天津300450)

某工程部分区域须进行基槽开挖， 基槽底宽126 m、 长度310 m， 底质主要为砂岩， 原始泥面水深约-9 m， 设计挖深-30 m。

1 施工原理

1.1 上、下耳轴更换原理

绞吸船桥架与船体通过耳轴连接， 多数绞吸船为单耳轴配置， 桥架可绕耳轴旋转实现绞刀下放深度变化， 当桥架达到最大倾角时挖深也达到最大。 如图1 所示， 双耳轴绞吸船在桥架两侧船体上有上、 下两个耳轴孔座， 与之对应的， 在船体与桥架连接处有上、 下两个吸口， 桥架上的耳轴可以选择插入不同孔座中， 并通过虾节软管连接水下泵排出管线和对应吸口， 实现挖深范围的调节。 由上耳轴更换为下耳轴时， 桥架整体下移，绞吸船极限挖深增大， 但与此同时， 绞吸船的最小挖深会受到限制[1]。

图1 双耳轴绞吸船侧视图

1.2 横移锚抛开锚加浮桥原理

绞吸船挖岩时需要较大拉力， 锚杆抛设横移锚距离有限， 横移锚承受的拉力较大而常发生走锚，尤其是绞刀反刀挖掘时的受力侧锚。 而抛开锚是常用的解决方法， 可以在横移锚抓地力不变的情况下显著提升横移拉力； 同时， 抛开锚还可以减少倒锚次数， 增加绞吸船挖泥时间。 但对于岩石底质的深槽， 挖槽边坡坡度较陡， 坡顶边缘锋利， 当绞吸船左右摆动及进步挖泥时， 横移缆会与坡顶边缘发生摩擦， 易导致横移缆断丝、 断股， 增加断缆风险。此时， 可在横移缆中间位置架设浮桥， 避免横移缆与坡顶边缘接触， 见图2[2]。

图2 横移锚抛开锚加浮桥示意

浮桥一般可使用浮筒， 但浮筒的尺寸要经过计算， 使得浮筒的浮力满足拉力要求， 且保证浮筒的质量、 尺寸便于吊运和调遣。 同时， 浮筒抛设的位置要经过计算， 若浮筒距离底边线太近， 则当绞刀摆至近侧边线时， 浮筒与桥架之间的横移缆与水平方向的夹角太大、 横移拉力的水平分力太小造成挖掘力不足； 若浮筒距离底边线太远， 则当绞刀摆至近侧边线时浮筒与桥架之间的横移缆有接触坡顶边缘的危险， 因此浮筒抛设位置要适中。

2 施工操作要点

2.1 更换下耳轴

2.1.1 软管和吸管拆解

将水下泵封水及绞刀轴轴承冲洗软管法兰拆下， 虾节软管用手拉葫芦固定在桥架上， 再将法兰拆下， 将舱内泵上吸口法兰用盲板封上。

将下吸口专用楔形泥管用专用丝杠吊到位，一端法兰用螺栓与虾节软管法兰紧固， 专用丝杠上端用轴销固定在桥架专用的轴销座上， 将固定虾节软管的手拉葫芦拆掉， 检查楔形法兰面的密封胶圈， 连同导向块一同涂上牛油。

2.1.2 潜水探摸

下潜水对舱内泵下吸口法兰面、 左右下耳轴孔座和管线内壁进行探摸， 清除法兰面、 耳轴孔座和管线内壁的浮生物及其他杂物。

2.1.3 调整桥架耳轴位置

将起桥绞车转至现场控制， 把桥架上的维修耳轴标记与船体上的标记上下对齐， 并左右间隙一致， 然后将桥架维修耳轴插入维修耳轴座中[3]。

将耳轴液压柱塞的安全销拔掉， 并将耳轴收起， 启动起桥绞车， 将耳轴液压柱塞的安全销插上， 最后将桥架维修耳轴从维修耳轴座中收回。

2.1.4 泥管对接

将专用丝杠上端轴销从桥架轴销座上拆下，并固定在船体专用丝杠轴销座上， 转动丝杠将楔形管密封胶圈与舱内泵吸入管口压死密封。

2.1.5 软管对接

由于桥架下移后， 水下泵封水管及绞刀轴轴承冲洗管等软管长度不足， 需要加装加长管与船体上对应管线连接。

2.1.6 舱内泵管路改线

使用下耳轴时， 需要将虾节软管移至下吸口，上吸口内、 外侧封死， 下吸口连接泵舱内管线，上下吸口管线改造原理见图3。

图3 使用上、 下吸口时管线改造原理

因此在泵舱内， 需要拆卸舱内泵至上吸口的管线， 将舱内泵下吸口盲板插下， 将泥泵连接下吸口的管线安装好， 打开泵前的下吸口闸阀。

2.1.7 调整绞刀平台

调整绞刀维修平台的高度， 至此， 耳轴更换过程结束。

2.2 横移锚改开锚

2.2.1 浮筒设计

双耳轴重型绞吸挖泥船额定横移拉力1 400 kN，浮筒与桥架之间横移缆与水平面设计最大夹角为60°， 横移缆的竖向分力为1 210 kN， 浮筒与横移锚之间缆绳的竖向分力可以忽略， 因此浮筒干舷需要提供最少1 210 kN 的浮力[4]。

选用10 m×10 m×2 m 的大型浮筒， 上部安装护栏、 系船柱、 导缆孔、 横移缆系缆装置等， 浮筒质量约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， 满足要求，浮筒设计模型见图4。

图4 浮筒设计模型

2.2.2 横移锚及浮筒抛设位置计算

绞刀摆至底边线图示见图5。

图5 绞刀摆至底边线

图5a)中， 假设当绞刀摆至底边线时， 桥架耳轴吃水为e， 船体轴线与挖槽轴线夹角为α， 桥架上左右横移滑轮距离为D； 沿桥架轴线方向， 绞刀头至横移滑轮距离为l1， 横移滑轮至耳轴距离为l2。图5b)中， 建立平面坐标系， 靠近边线侧的横移滑轮位置表示为点B， 横移缆在浮筒上的系缆点表示为点A， 坡顶边缘表示为点C， 原始泥面至水面距离为h， 原始泥面至开挖泥面高程差为H， 边坡坡度为n: 1， 浮筒干舷为d，B点坐标为(b，f)， 则有:

C点坐标为(-H∕n，H)、A点坐标为(-m，H+h+d)， 假设坡顶边缘C点距离横移缆AB的垂线距离为p， 则:

图6 绞刀摆至底边线俯视图

p与m之间的函数关系表示为p=F(m)。 但在施工过程中， 绞吸船横移锚位相对挖泥船位置一直在变化， 图6 中， 假设横移缆与轴线垂线方向夹角为β， 当β=0 时，m=m0， β 角度最大时(一般为需要移锚时)m=mmax， 横移锚至浮筒内侧系缆点A的距离为L， 则:

式中: β 为横移缆与轴线垂线方向夹角；m为浮筒至底边线距离。

综上所述， 在抛设横移锚及浮筒时， 横移锚及浮筒的抛设位置要根据横移锚至浮筒的缆绳长度、单次移锚的步进距离、 原始泥面深度、 挖深、 边坡坡度、 浮筒及船舶结构尺寸等计算得出。 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， 计算得，m0=3.2， 则横移锚抛设时， 横移锚距离挖泥底边线垂直距离为162.8 m。

2.2.3 横移锚缆绳改造

锚艇绑带浮筒靠近绞吸船， 绞吸船使用锚杆将横移锚提升至水面以上， 用高压水枪清洗锚身，解除横移锚的横移缆， 将解除的横移缆一端用卡环固定在浮筒的一端， 将浮筒另一侧固定的钢丝缆一端用卡环固定在横移锚锚身上。

解除锚头缆卡环， 回收锚杆， 将锚杆上起锚钢丝绳的下端固定在绞吸船船舷。 利用一个钢丝绳， 一端与锚艇甲板绞车的钢丝绳连接， 另一端与锚头相连。

2.2.4 下开锚

用绞吸船吊机将横移锚提升， 并挂在锚艇船头的起锚滚轮上， 解开浮筒与锚艇的缆绳， 锚艇移船至预定下锚位置， 浮筒被拖拽至横移锚与船体中间位置。 将锚漂缆绳与横移锚头缆相连， 慢慢下放横移锚， 横移锚着底后， 解开锚艇甲板绞车钢丝缆与锚头缆的连接卡环， 将锚漂吊至水面，开锚下放完毕。

3 结论

1)绞吸船使用上耳轴开挖上层， 下层开挖时快速更换为下耳轴， 仅用时12 h， 大幅缩短时间。

2)将锚杆锚改为开锚加浮桥， 船体单次倒锚进步距离由原来的27 m 提高到100 m， 最大横移拉力由原来的1 000 kN 增大到1 400 kN， 移锚时间减少60%左右。

3)挖掘硬岩时， 同土级情况下生产效率平均提高约7%， 可保证顺利、 高效地完成基槽开挖任务。