潮流作用下疏浚吹填排泥管线输送技术优化

2021-05-06黄文强中交华南交通建设有限公司

珠江水运 2021年7期

◎ 黄文强中交华南交通建设有限公司

对航道清淤和港口扩建进行施工时，可以通过疏浚吹填，将河底和航道的泥浆，转填到陆域不足的回填区，解决环境污染和造陆施工浪费等问题，因此，对吹填排泥管线输送技术进行优化，具有重要的现实意义。国外排泥管线运输技术研究较为成熟，在管线输送中加入气体，使其在湍流流态下减阻，在层流状态下增阻，分析管线输送的影响因素和阻力特性，计算气-液-固三相流动管线阻力，确定阻力特性的损失机理和变化规律，将高压气体作为输送动力，对粒径较小的固体颗粒进行吹送，使淤泥输送效率在临界值浮动。国内排泥管线运输技术研究同样取得较大进展，推导管线内淤泥的流变属性，分析层流的非牛顿流悬浮液，建立管线加气输送装置，加入减小阻力的添加剂，使其附着在淤泥粒子表层，使管线内部空气以塞柱形式存在，减少与管线内壁的摩擦，计算输送压力梯度比值，确定输送过程的加气增阻和加气减阻。结合以上理论，提出潮流作用下疏浚吹填排泥管线输送技术优化方法。

1.疏浚吹填排泥管线输送技术优化方法设计

1.1 布设疏浚吹填排泥管线

划分疏浚吹填施工区域，根据水流条件布设排泥管线。首先使用GPS定位工程水域，进行初步清淤处理，然后勘察排泥管线的施工区域，包括地质、气候、水文等，在施工平面上选择多条较短的排泥管线，将排泥管线划分为岸上管线、水面管线、水下管线三种，逐段组合优化各条管线，选定一条远距离的最优线路，再通过船运、人力推运、车运、水上拖带等方式，将管线送达各施工区域，连接管线与挖泥船，其中水面管线布设于挖泥船后部，作为挖泥船开挖行进的移动储备，水下管线布设于水体底部，降低对周边环境的影响，最后将岸上管线架设在地面，连接陆上的泵站，对管线中的泥浆加压。综合考虑潮位变化、围堰面积、吹填高程等勘察参数，进一步精确定位排泥管线位置，合理布置吹填区的排水口，根据施工区域水流条件，布设绞吸式挖泥船，开挖施工区域中，排泥管线相对应的运砂通道和砂坑，使管线能够直线连接到吹填区，其中排泥管线通过岸管、沉管、浮管组成，岸管长度根据吹填进度确定，沉管和岸管的连接处，选取橡胶管进行柔性连接，选取吹填区围堰的水陆管进行架头连接，再通过橡胶管，对岸管和浮管进行弧形连接，使沉管接入上岸直至吹填区，使挖泥船经由连接浮管，能够连到沉管。至此完成疏浚吹填排泥管线的布设。

1.2 优化排泥管线输送施工流程

采用加压泵接力的方式，优化排泥管线输送的施工流程，对排泥管线进行同时作业，输送底泥。在挖泥船上安装HYPACKMAX软件，实时存储排泥管线输送数据，在紧邻河道处修建下水平台，采用粘土填筑下水平台区域，并用推土机整平，振动碾压碎石等尖锐物，在平台上铺设多条气囊，以此保证平台表面光洁，且平台承载力能够满足绞吸船组装要求，进而减小绞吸船与地面的摩擦力。挖泥船下水后，采用对称钢桩横挖法，使绞吸挖泥船对准挖槽中心线，定位横移摆动中心，下放挖泥船至河底，由于底泥排距要超过设备最远排距，因此采用开敞式的接力输泥方式，使用钢板和防渗土工布，严格密封泥砂的集浆池，将绞刀头作为挖泥器具，使用真空泵抽砂泥，旋转并转动液压马达，使绞刀头可以破土，且能够进入河底的挖泥层，然后交替收换绞刀架前部的龙须揽，换桩前移钢桩的副桩，左右摆动挖泥船进而挖泥[5]。采用吊拖方式，确保挖泥船能够沿下水坡道直线行进，同时保持定位桩、和拖带前油缸在水平状态，对挖泥层进行分层开挖，根据回填区吹填土的施工情况、以及挖泥船挖到的土质，控制挖泥层的开挖厚度，当一层挖泥层开挖后，再沿潮流方向分条开挖，使分条宽度小于挖泥船最大挖宽，避免出现漏挖现象，最后利用绞吸船输出泵，使泥砂能够通过陆地管线和浮管，运输到施工区域的回填区。至此完成排泥管线输送施工流程的优化，完成潮流作用下疏浚吹填排泥管线输送技术优化方法设计。

表1 疏浚吹填施工参数

表2 淤泥密度变化对比结果

2.实验论证分析

通过对比实验验证研究方法的性能，将此次设计方法记为实验组，传统疏浚吹填排泥管线输送技术优化方法记为对照组。选取一疏浚工程作为实验对象，该工程区域内疏浚土层类型为黏土和淤泥，海域流水急、潮差大，排泥管线铺设难度较大，施工绞吸挖泥船型号分别为7025型3500m³/h、8527型4500m³/h，配备1艘交通船和1艘锚船，根据水流条件，南北向布设挖泥船，具体施工参数如表1所示。

排泥管线充满后，由左向右输送淤泥，实时采集淤泥在管线中的横截面分布图像，观测两组优化方法作用下，输送淤泥和黏土的横截面浓度，比较淤泥密度随时间的变化情况，实验对比结果如表2所示。

由上表可知，经过一段输送时间后，淤泥和黏土浓度有所下降，排泥管线内的沉积层厚度也随之减小，且实验组在各输送时间段内，其淤泥横截面密度一直小于对照组，在200～2000s内，管线淤泥平均密度为0.440kg/m³，对照组淤泥平均密度为466kg/m³，相比对照组，实验组淤泥横截面密度降低了0.026 kg/m³，提高了排泥管线输送效率。