本发明属于疏浚施工技术领域，尤其涉及一种远距离取抛砂施工工艺。
背景技术：
随着中国经济的发展，土地资源的需求量越来越大，国内掀起了一股围海造陆的热潮。而近海的砂源越来越少，因此所需的砂源越来越趋向于深海来满足围海造陆的需求。耙吸船作为一种能够自航、自挖、自载、自卸功能的自航疏浚船成为了取砂工程的首选。
而近年来,船舶此类工程经验较少、人员操作不熟练是当前无法回避的问题。为积累施工经验，为后续类似项目提供技术支持，不断研究生产情况，先后遇到了破土困难、砂源区含砂土泥量增加、装舱不均、船体中垂等一系列问题，在克服上述诸多问题的基础上提出远距离取抛砂工艺，根据以往工艺改进经验，进行不断实验，通过标记施工区土质、精确控制工艺、分段控制装舱及改进装舱设备等方法，解决了上述问题，对不断提高船舶效率有着重要意义。
技术实现要素：
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种远距离取抛砂施工工艺，解决破土困难、砂源区含砂土泥量增加、装舱不均、船体中垂等问题，提升船舶效率。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种远距离取抛砂施工工艺包括以下步骤，(1)船舶航行至取砂地点的步骤；(2)向船舶的泥舱内注入水至满舱状态的步骤；(3)按照设定挖泥取砂航线行驶并进行取砂的步骤；(4)通过调节左右溢流筒高度和前后装舱阀的开关，自主调节船舶橫倾及艏艉吃水深度的步骤；(5)调节左右溢流筒高度相一致的步骤；(6)随着取砂量的增加，同步降低两溢流筒高度的步骤；(7)取砂至船舶满载的步骤；(8)返航抛砂的步骤。
本发明的优点和积极效果是：本发明提供了一种远距离取抛砂施工工艺，与现有的取抛砂工艺相比，本技术方案通过在挖泥取砂前在泥舱内注满水，增加了泥泵在水下的深度，提高了吸入浓度，使中粗砂在泥舱内随水流更均匀分布沉降，改善了装舱平整度。采用满舱注水后施工，可把细颗粒的泥土溢流出舱，达到了洗砂的目的。本取抛砂工艺减少了泥砂在泥舱部中间的堆积，防止了起鼓，增加了泥舱的前端和后端装载量，从而实现平装舱，最大限度减少亏舱。确保当船舶达到满载吃水深度时，单船干土方量最高。
优选地：在步骤(3)中，行驶过程中不断标示取砂区的土质情况，并对挖泥取砂航线进行调整。
优选地：步骤(3)中，对于松散砂土区域选用低航速挖掘以延长在该区域的取砂时间，此时航速小于等于2节；对于密实砂土则选用高航速辅助破土，此时航速大于2节。
优选地：步骤(3)中，为船舶的波浪补偿器设定1.0-1.5m的顶出行程，补偿波浪影响。
优选地：还包括在装舱口的消能箱上加装闸板进行堵口调节的步骤，即在前装舱口后部和后装舱口前部的消能箱上分别安装闸板进行堵口，减少前装舱口泥浆流的向后喷出量和后装舱泥浆流的向前喷出量。
优选地：选取的船舶为耙吸式挖泥船。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：
本发明的远距离取抛砂施工工艺包括以下步骤，
(1)船舶航行至取砂地点的步骤；
还包括在装舱口的消能箱上加装闸板进行堵口调节的步骤，即在前装舱口后部和后装舱口前部的消能箱上分别安装闸板进行堵口，减少前装舱口泥浆流的向后喷出量和后装舱泥浆流的向前喷出量。
(2)向船舶的泥舱内注入水至满舱状态的步骤；
(3)按照设定挖泥取砂航线行驶并进行取砂的步骤；
在本步骤中，行驶过程中不断标示取砂区的土质情况，并对挖泥取砂航线进行调整。设计取砂区距离陆地较远，钻孔勘探较为困难，资料与实际有偏差，所以施工前很难全面准确地掌握施工区土质详细情况，无法判断砂土性质发生变化的分界线。而且通常上层与下层的砂土含泥量、物理性等也通常不同。耙吸船一个周期内通常沿用一种挖掘工艺进行施工，很可能出现施工工艺与实际工况不匹配的情况。
因此，施工船舶只能根据已经施工过的区域进行标示，在其中筛选出砂土松散区域和含泥量较少区域，对施工段和挖掘航线进行合理分配，制定出针对性施工方案。避免不同性质砂土采用统一工艺的弊端，提高了施工效率。尽量把挖泥取砂航线设计在砂质松散，且含泥量小的区域；如果必须多区域混合施工，可在砂质松散区域采用1节左右的低速挖掘；在密实砂土区域采用高速挖泥增加破土效果，避开含泥量较大区域。
在本步骤中，对于松散砂土区域选用低航速挖掘以延长在该区域的取砂时间，此时航速小于等于2节；对于密实砂土则选用高航速辅助破土，此时航速大于2节。
在本步骤中，为船舶的波浪补偿器设定1.0-1.5m的顶出行程，补偿波浪影响。
(4)通过调节左右溢流筒高度和前后装舱阀的开关，自主调节船舶橫倾及艏艉吃水深度的步骤；
(5)调节左右溢流筒高度相一致的步骤；
(6)随着取砂量的增加，同步降低两溢流筒高度的步骤；
(7)取砂至船舶满载的步骤；
(8)返航抛砂的步骤。
本实施例中，选取的船舶为耙吸式挖泥船。
泥舱内注满水后进行施工的工艺原理是：
泥泵真空等于吸管的压力损失减去吸口的静压力，即真空＝δps-z*ρw*g，
其中δps为吸管压力损失、z为吸口深度、ρw为泥浆密度、g为重力加速度。
注满水后随着吃水深度的增加，增加了在水面下的距离，从而提高了泥泵的静压头，在挖掘相同深度的情况下，可有效提高泥泵吸入泥浆的浓度。
耙吸式挖泥船挖泥装舱过程一般分为三个阶段，第一个阶段从下耙挖泥至泥浆液面到达溢流筒高度，尚未溢流，这个阶段泥泵产量等于舱内产量，没有土质溢流出舱；第二个阶段从泥浆溢流开始至船舶达到最大吃水，这个阶段随着舱内的土方增多，泥舱内的泥浆流动截面积减小，流速增加，溢流损失逐步增加；第三个阶段从船舶达到最大吃水深度开始，逐步降低溢流筒高，在保证船舶不超载的前提下，将上层低浓度的泥浆溢流出舱，增加舱内的沉积土方量，溢流损失大幅增加。
泥舱内注满水后施工，可有效提高泥泵吸入效果，但也直接跳过了装舱效果最佳的第一阶段，开始施工既有溢流损失。通常细颗粒土质，沉降速度慢，受泥舱内扰动较大，溢流损失严重，通常一个施工周期内舱内土方量仅为过泵量的20％-25％。但大颗粒土质溢流损失明显减少，这是由于溢流损失主要与土质颗粒的粒径、泥舱尺寸、泥浆浓度、舱内流速以及局部扰动密切相关。根据理论可知中粗砂颗粒较大，其沉降速度高于泥舱内液面提升速度，且自身的启动流速需求较大，在泥舱内沉降效果较好，且状态稳定，采用注水满舱施工完全满足施工要求。
由于取砂的目的是需要良好的砂源进行回填造陆，如砂源含泥量较大还需要反复冲舱进行洗砂。采用满舱注水后施工，可把细颗粒的泥土溢流出舱，达到了洗砂的目的。
由于舱内前后装舱口位置都在泥舱中部附近，中粗砂的沉降速度较快，大部分中粗砂都集中在装舱口附近沉降，造成了船体的中垂现象。而且由于大颗粒的中粗砂启动流速所需较大，在舱内沉降后也不易流动，造成距离泥舱较远的艏艉位置砂土含量较少，存在大面积的积水，影响装舱效果。
近距离取砂航行时间较短，装舱不均不会对船体结构造成较大影响，对于装舱平整度要求不高。远距离取砂，航行时间较长，长期的受力不均容易引起船体变形，而且周期时间长，装舱效果不佳对测舱的效果影响较大。所以针对远距离取砂，要严控装舱的平整度。为此船舶通过在消能箱上安装闸板，根据船舶装舱情况自主调节安装位置，一般情况下安放在前装舱口后部和后装舱口前部。减少前装舱口泥浆流的向后喷出量和后装舱泥浆流的向前喷出量，从而减少泥砂在泥舱中间堆积，防止起鼓，增加了泥舱的前端和后端装载量，从而实现平装舱，最大限度减少亏舱。确保当船舶达到满载吃水时，单船干土方量最大。
挖泥路线的选择：
取砂区由于较长时间耙吸船、吸沙船取砂作业，落差较大，区域内上下层砂质分布复杂，砂土性质、含泥量不一。取砂路线应尽量选择平整度较好，土质性质单一且含泥量较少的区域。如必须在不同区域内施工，则应尽量选择变化较少的区域，并根据各区域的性质针对性的制定施工工艺。
挖泥机具的选择：
a.耙头及附属设备的选择
当挖掘砂土土质时，土质本身粘聚力较小，不会堵塞耙头，易选择耙腔相对较小、扁平形状耙头。在挖掘相对密实度较大的砂土时，单排耙齿破土量小，挖掘效果差，可优先选择tdc-c系列双排耙齿耙头，前排安装凿齿，后排安装板齿，前部凿齿宽度较窄，增加破土能力，形成了前破土，后收土的规律。该耙头还设有齿尖冲水、耐磨块冲水以及齿床间冲水，可根据不同性质的砂土针对性分路开启。
勘探到的取砂区由于远离人类活动区域，较少有渔网、碎石、木桩等杂物，在前期开挖后可适当减少格栅结构，扩大孔径。
b.泥泵叶轮的选择
在挖掘时没有渔网、大块珊瑚、碎石、木桩等杂物，为了进一步提高泥泵输送生产率，与耙头挖掘生产率相匹配，换为五叶叶轮，在同样的泥泵转速下，增加了泵效，从而提高泥泵的输送生产率。
施工工艺的制定：
a.对地航速选定
对于松散砂土区域宜选用低航速挖掘，尽量延长在此区域的取砂时间，航速的确定多以缓解风流压角为前提；而对于密实砂土则选用2节以上的航速辅助破土。
b.波浪补偿器压力的确定
根据以往挖掘砂土土质经验和现场试验，在土质密实度较高地段降低波浪补偿器压力，加大耙头对地压力；在相对松散地段增大波浪补偿器压力，减小耙头对地压力。由于取砂地点远离陆地，海况较差，涌浪较大，为了保证船舶设备安全，防止钢丝绳受应力过度拉伸，应保证波浪补偿器1.0-1.5m的顶出行程，补偿波浪影响，防止墩耙和钢丝出槽，保证施工安全。
c.高压冲水的使用
由于砂土土质粘聚力小，有较好的渗透性，疏浚物在高压冲水的高速射流冲击作用下，被松散液化，充分融合，增加了耙齿破土量，也加速了泥浆吸入。因此在挖掘中粗砂过程只留有耐磨块处高压冲水。如砂土含泥量较大，可加开齿间冲水，起到冲刷的洗砂作用。
d.引水窗开度
在整个挖掘过程中，极少出现闷耙、堵耙现象，为了保证耙头密封性、提高真空，在整个施工过程中引水窗保持关闭。
e.泥泵转速
取砂通常选择的是大颗粒的中粗砂，沉淀效果较好，为了在最短时间内达到满舱，防止泥砂在装舱口处大量沉淀堆积，增加泥砂在泥舱艏艉处沉淀堆积，保证舱内平整度，泥泵应尽量采用高转速施工。
f.装舱口及溢流筒的控制
在施工期间，可根据土质变化对消能箱闸板位置进行调节，利用消能箱闸板堵口能够有效保证船舶合理装载，提高单船干土方量。
整个挖泥过程中通过控制左右溢流筒高度和前后装舱阀的开关，自主调节船舶橫倾及艏艉吃水：通过前后装舱阀来控制艏艉吃水，让船舶始终处于满载，直至溢流筒高度降到最低位置。通过此方法施工，能保证舱内平整度消除亏舱影响，确保量舱数据的准确性，单船土方量能够达到最大。
由于砂性土质沉淀效果较好，泥浆会顺从水流在低溢流筒一侧形成沉淀堆积，而高溢流筒一侧水流较小，泥浆流流经高溢流处一侧明显少于低溢流一侧，因此在高溢流一侧泥浆沉淀堆积量少于低溢流一侧，通过此方法可调节船舶橫倾。等到船舶左右平衡时，再把两溢流筒调到同等高度，随着吃水深度增加，降低两溢流筒的高度。