杨林生 中交广州航道局有限公司

1.工程概况

1.1 工程内容

湛江港30万吨级航道改扩建工程I标段（以下简称本标段）施工内容包括：龙腾航道外段A30’（K0+000）至龙腾航道外段B’点（K36+200）航段的疏浚工程、航标工程和环境监测工程等。本标段是在原有30万吨级航道基础上进行拓宽、浚深和延长，全长36.2km，通航宽度340m，A30’～B2段设计底标高为-23.6m，B2～B’段设计底标高为-23.9m，A30’～B3段边坡为1:6，B3～B2’段为复合边坡上层1:6、下层1:5。

1.2 工程地质

根据设计地质勘察资料，本标段疏浚土淤泥～淤泥质土占61%，粘性土占24.3%，砂类土占14.7%。根据本工程设计文件，含砂区域主要集中在K15+000～K16+000、K17+200～K19+400、K22+400～K28+000、K29+700～K36+200，且主要分布在两侧边坡区域。根据补充勘探资料揭示，砂层主要为粉细砂和中砂，部分砂层分布连续但不均匀，砂层下伏地层多为粉质粘土层；部分砂层分布不连续，表层为淤泥或粉砂，呈透镜体揭示，层厚较薄，中间发育淤泥质土，底部为砂层，呈砂泥交替沉积特征。

2.研究背景及目的

2.1 研究背景

根据省、市有关要求，本标段需配合湛江巴斯夫新型一体化基地项目建设，需将原外抛的疏浚物调整为吹填至巴斯夫吹填区。巴斯夫项目迫切需求含砂量较高的疏浚物，而本标段工期紧、任务重、影响因素多，且因疏浚物处置方式的调整，耙吸船处置疏浚物的运输距离和时间明显增加，运输路线拥挤、艏吹区占用时间长等，从运输、吹岸两个施工环节优化生产率的空间较小，再者粉细砂装舱效果差是耙吸船疏浚时遇到的普遍问题，综合得“如何改善耙吸船粉细砂装舱效果以提高生产率”成为了关键点。

2.2 研究目的

粉细砂难沉淀、装舱效果差一直是影响耙吸船疏浚粉细砂生产率的一大因素，若能改善粉细砂装舱效果，将大大提升耙吸船疏浚粉细砂的生产率；研究大型耙吸船在装舱粉细砂过程中适当降低泥泵转速来改善最佳装舱溢流效果以提高生产率，能更好地指导同类型施工船舶在本标段（或其他项目）疏浚粉细砂的施工，提高总体生产率，节约工期，节省生产成本。

3.研究思路及过程

3.1 研究思路

在疏浚粉细砂初期，大型耙吸船“浚海1”投入到本标段施工，疏浚粉细砂的装舱效果较差，经工程师与船长分析讨论得知耙吸船装舱粉细砂时舱内已沉淀粉细砂的容积越大，泥舱内剩余容积越小，在越来越小的空间内未沉淀的粉细砂颗粒能用于消能的空间就越少，在舱内水流的扰动下越难沉淀。针对这一现象，项目部与“浚海1”讨论后，决定通过适当调整装舱时施工参数以改善这一现象，即在装舱后期通过适当降低泥泵转速来降低舱内排泥流速，以减少泥舱内扰动，加速后期粉细砂的沉淀速度，降低流失率，提高装舱效率，进而改善粉细砂装舱效果。结合船长丰富的施工经验，最终确定在装舱土方量达到3000m³时将泥泵转速由230～250r/min降低为200～220r/min。

3.2 研究过程

3.2.1 现场观察

项目部派驻船工程技术员上“浚海1”协助完成调节泥泵转速试验，对土质、施工参数等进行全过程观察并记录，施工段为K29+000～K32+600，施工土质主要为粉细砂，少量淤泥和粘土，施工工艺流程为挖→运→吹，双耙施工，挖泥航速2～3kn，高压冲水压力值5.7～6.0bar。

3.2.2 数据记录

先后分别记录两种情况下装舱土方量每10min随装舱溢流时间的变化：①从下耙到起耙一直保持泥泵转速为230～250r/min进行装舱溢流施工，直至持续装舱溢流施工但装舱土方量无明显增加时起耙；②从下耙到装舱土方量达到3000m³期间，保持泥泵转速为230～250r/min进行装舱溢流施工，待装舱土方量达到3000m³时，保持其他施工参数不变，仅将泥泵转速降低为200～220r/min继续装舱溢流施工，直至持续装舱溢流施工但装舱土方量无明显增加时起耙。

3.2.3 数据处理及分析

将记录的多次数据以散点的形式体现于坐标上并拟合成趋势线，根据趋势线最高点所对应的装舱土方量和装舱溢流时间，计算情况①和②后期装舱效率的变化率，进而对比分析降低泥泵转速后装舱效率的提升效果。

作合适切线相切于趋势线，在切点取得情况①和②的最佳装舱溢流时间以及所对应的装舱土方量，对比分析最佳装舱溢流效果的改善情况；利用生产率计算公式计算结果后对比情况①和②的生产率，根据对比结果分析通过降低泥泵转速以提高生产率的效果。

4.施工工艺流程

耙吸船施工方法采用装舱溢流法，“浚海1”航行至施工区，降低航速到2-3kn开始下耙，下耙过程中开启吸泥泵，待耙下降到接触泥面后开始装舱，疏浚土通过耙头进入耙臂输送至泥舱，泥舱内的部分大颗粒土先沉淀，小颗粒土则跟随舱内水流成泥浆流动，舱内泥浆漫过溢流筒高度后开始溢流，待到继续装舱溢流施工但装舱土方量无明显变化时，起耙重载航往艏吹区，接好吹泥管线后开泵吹泥，吹泥完毕后停泵并拆除管线，管线拆完后轻载返回施工区重新上线，进行下一周期循环。施工工艺流程图见图1。

5.计算装舱土方量

“浚海1”已安装耙吸船控制集成系统（IΗCS）和疏浚监控与数据采集系统（SCADA），SCADA根据内输公式采用排水重量法计算装舱土方量，经人工输入rS值，疏浚过程中可直接计算出q1值并显示于屏幕。根据内输公式，结合本标段K29+000～k32+600段疏浚土（主要为粉细砂，少量淤泥和粘土）天然密度rS，即可计算出施工船舶实时装舱土方量，经驻船人员取样分析，取rS=1.750t/m³。

SCADA内输计算公式如下[1]：

式中：q1—装舱土方量（m³）；Gm—耙吸船实时装舱排水量（t）；G0—耙吸船空（轻）载下耙前排水量（t）；rW—海水密度，取1.025t/m³；q—泥舱实时装舱容积（m³）；rS—疏浚土的天然密度，取1.750t/m³。

6.绘制装舱土方量曲线

将所记录的①和②两种情况下“浚海1”施工数据分别处理成（装舱溢流时间，装舱土方量）坐标点，建立以装舱溢流时间为正横轴方向；以航行、掉头、接拆管、艏吹总时间为负横轴方向；以装舱土方量为竖轴正方向的坐标系，将坐标点以散点的形式体现在坐标系上，并拟合出情况①和②的趋势线。经施工记录计算得航行、掉头、接拆管、艏吹总时间约为306分钟，从（-306，0）点分别画两条直线相切于情况①和②的趋势线。所绘制出的图表见图2[1]。

7.计算后期装舱效率的变化率

7.1 确定最高装舱土方量

如图2，根据情况①和②所拟合的装舱土方量曲线得知，装舱土方量为3000m³时对应的点为（75，3000），即情况①和②装舱土方量达3000m³时，对应的装舱溢流时间为75min；情况①装舱土方量曲线的最高点为（181，4 629），即情况①的最高装舱土方量为4629m³，对应的装舱溢流时间为181min；情况②装舱土方量的最高点为（197，5070），即情况②的最高装舱土方量为5070m³，对应的装舱溢流时间为197min。

7.2 计算后期装舱效率的变化率

将数据代入上式计算得，情况①：△V①=922.08m3/h；情况②：△V②=1018.03m3/h；情况②比情况①后期装舱效率提高：

8.计算生产率

8.1 确定最佳装舱溢流时间

情况①和②趋势线上切点所对应的横坐标和纵坐标分别为最佳装舱溢流时间和对应的装舱土方量。由图2得，情况①趋势线所得的切点为（150，4455），即情况①的最佳装舱溢流时间为150min，对应的装舱土方量为4455m³；情况②趋势线所得的切点为（160，4850），即情况②的最佳装舱溢流时间为160min，对应的装舱土方量为4850m³[1]。

如图2，装舱土方量达3000m³后，情况②曲线始终在情况①曲线上方，根据情况①和②的最佳装舱溢流时间及对应的装舱土方量知，情况②最佳装舱溢流时间比情况①延后约10min，对应的装舱土方量却提高约395m³，可见情况②改善了最佳装舱溢流效果。

8.2 计算生产率

根据耙吸船挖、运、吹施工生产率的计算公式：

W耙吸2-耙吸船挖、运、吹施工运转时间小时生产率（m³/h）；q1—泥舱装舱土方量（m³）；Σt—施工循环运转小时（h）；l1—重载航行段长度（km）；v1—重载航速（km/h）；l2—轻载航行段长度（km）；v2—轻载航速（km/h）；l3—挖泥长度（km）；v3—挖泥航速（km/h）；t3—吹泥（包含接拆管）总时间（h）；t2—施工中掉头及上线时间（h）。

把情况①和②的最佳装舱溢流时间及对应的装舱土方量分别代入上述公式计算得，情况①的生产率为：W①=586.18m³/h；情况②的生产率为：W②=624.46m³/h；情况②比情况①生产率的提高：

9.结果分析

通过“浚海1”在湛江港30万吨级航道改扩建工程Ⅰ标段疏浚粉细砂装舱过程中降低泥泵转速的试验，采用现场观察、调查取证、数据获取和分析对比后发现，在相同施工参数条件下，大型耙吸船疏浚装舱粉细砂时，从下耙到装舱土方量达到3000m³期间保持泥泵转速为230～250r/min，待装舱土方量达到3000m³时将泥泵转速降低为200～220r/min后继续装舱溢流施工，可将后期（装舱土方量达3000m³后）装舱效率提高约10.41%，并改善疏浚粉细砂的最佳装舱溢流效果，将疏浚粉细砂生产率提高约6.53%。

10.结束语

在安排大型耙吸船施工疏浚粉细砂时，可待装舱土方量达到一定值时降低泥泵转速，来提高后期粉细砂装舱效率，并改善疏浚粉细砂的最佳装舱溢流效果，以提升大型耙吸船疏浚粉细砂的生产效率。

在耙吸船疏浚过程中，装舱效率和施工生产率会因施工土质、海况、耙吸船类型、施工参数的设定、操耙手施工经验等的不同而不同，在实际施工中要不断根据现场实际情况做出调整，以取得最好的施工效果。