提高耙吸挖泥船开挖粉细砂施工效率的方法与流程

本发明涉及航道疏浚，尤其涉及一种提高耙吸挖泥船开挖粉细砂施工效率的方法。

背景技术：

1、航道疏浚是用挖泥船或其他工具在航道中清除水下泥沙的作业。航道疏浚是开发航道，增加和维护航道尺度的主要手段之一，也是港口、航道建设和维护的重要手段，更是为了提高通航能力、改善航道运行条件、从而提高航道运输的经济和社会效益采取的必要的技术措施。航道疏浚业伴随着港口运输业发展近几十年，随着我国经济持续快速增长，港口运输业高速发展，国内港口的吞吐量能力不断刷新，各大港口都在建设深水泊位，新人工岛工程、围海造地工程、大航道工程不断涌现，国内疏浚市场的需求旺盛。其中，就有湛江港30万吨级航道改扩建工程，该工程是交通运输部和广东省规划的重点建设项目，建成后将成为华南地区唯一通航40万吨级超大型船舶的深水航道。该工程是在现有30万吨级航道基础上进行拓宽、浚深和延长，工程范围从龙腾航道入口处a30’(由30万吨级航道工程起点向外海延伸约9.2km)起至东头山航道折点f点南1.027km处f’点(与30万吨级航道工程终点一致)止，改扩建后全长64.1km，以湛江湾口门为界，分外航道和内航道，其中外航道长47.435km，含龙腾航道外段和龙腾航道内段；内航道长16.665km，含南三岛西航道、石头角航道和东头山航道。该工程分为三个标段实施。

2、湛江港30万吨级航道改扩建工程i标段的施工内容包括：龙腾航道外段a30’(断面0+000)至龙腾航道外段b’点(断面36+200)航段的疏浚工程、航标工程和环境监测工程等，施工航段全长36.2km，设计底标高-23.6m～-23.9m，通航宽度340m。该i标段工程项目开工后，施工进展总体顺利，在施工过程中，根据省、市有关部门的要求，为配合湛江巴斯夫新型一体化基地项目(简称“巴斯夫项目”)建设，需将本项目的航道疏浚物需由原来的外抛调整为回填至巴斯夫项目吹填区利用，致使该项目的工况发生了较大的变化，一是疏浚物处理方式调整后，疏浚物运输距离、处理时间均大幅增加；二是前往巴斯夫项目吹填区的临时航道供多家单位的多艘船舶共用，存在相互干扰，且主航道、临时航道均有航速限制。上述影响均导致了耙吸船每船次的施工周期大大变长，而运输、吹岸两个施工环节可优化的空间较小，因此，如何提高耙吸船的开挖效率无疑是突破口。

3、由于湛江巴斯夫新型一体化基地项目是国家重点工程，具有战略性、全局性意义。巴斯夫项目土方回填工作时间紧、任务重、问题多，不确定因素多，特别是利用航道疏浚物对巴斯夫一二期项目用地的回填工作，关系着巴斯夫项目能否顺利交地，责任重大。同时，由于巴斯夫项目对回填疏浚物的承载力有要求，迫切需求含砂量较高的疏浚物，只有提高耙吸船装舱疏浚物的含砂量，才能满足回填土方质量要求。因此，在此施工任务量大，施工时间短，工期压力重的情况下，施工技术人员为适应巴斯夫项目吹填区的上岸条件，调整了项目进度和时间，但根据装舱情况，发现现有耙吸船的施工方法，对粉细砂的施工效果达不到预期，而粉细砂历来也是耙吸船开挖的难题，它质地密实，在水中沉积聚合力强，因此，按现有施工方法和效率推算，难以保障按期交工的目标实现，而湛江港30万吨级航道作为湛江港的“生命线”，也是湛江市经济发展的命脉，项目建成后将成为华南地区唯一通航40万吨级超大型船舶的深水航道。而30万吨级航道疏浚施工是否高效，对湛江港能否尽快接收更多大型船舶进港，提升湛江港运营能力，起到决定性作用。因此，如何提高耙吸船开挖粉细砂的工效成为目前急需解决的问题，如何解决耙吸船高效开挖粉细砂以满足疏浚工程量上岸的问题，成为一个以疏浚为主业的公司迫切需要解决的问题，也是进一步拓宽耙吸船适用领域的关键方向。

4、同时，航道疏浚项目的资金需求量比较大且技术要求比较高，在进行航道疏浚的过程中，应用技术的合理性就显得尤为重要。航道疏浚施工人员，要按照工程技术标准和相应地区的规划设计来综合分析，然后按照实际情况确定最佳的航道疏浚实施方案，从而可以有效的降低疏浚施工环节所存在的风险问题，真正的提升经济效益和生态效益，改善航道周边环境，带动经济与社会的全面化发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种通过调查、研究、分析影响耙吸船开挖粉细砂施工工效的原因并针对性的给出最佳施工方案的方式以解决工程项目时间紧、任务重、不确定因素、施工效果难达到预期等问题的一种提高耙吸挖泥船开挖粉细砂施工效率的方法。

2、本发明所提出的提高耙吸挖泥船开挖粉细砂施工效率的方法，包括以下步骤：s1.根据实地勘察了解航道疏浚物的土质分布及存量，重点考察砂源情况，形成勘测资料，确定施工区域，分析砂层分布特征；

3、s2.调查了解和现场观察耙吸船的施工特点和疏浚装舱过程的三个阶段，在开挖含砂区域前期，对勘测资料显示的含砂区段进行试挖，采集相关施工数据，确定航道含砂区域的实际土质情况；

4、s3.对确定的航道含砂区域的实际土质情况进行处理，清除表层淤泥，具备下部砂层开挖条件后，工程技术人员驻船，跟踪耙吸船针对粉细砂的施工情况，观察、记录相关数据形成统计报表留存、备用分析对比；

5、s4.根据上述步骤进行研究、分析，确定影响耙吸船开挖粉细砂工效的原因，将原因分类，逐一制定针对性的施工对策，所述施工对策包括：合理控制溢流时间；动态使用装舱口；降低泥舱中泥浆流速；单、双耙混合施工对应；

6、s5.设定施工目标，根据s4的施工对策，实施相应措施，达成交工工期。

7、所述s1包括：首先根据设计地质勘察资料，湛江港30万吨级航道改扩建工程i标段范围为航道外段a30’(断面0+000)至航道外段b’点(断面36+200)航段，然后对航道b’点附近的范围进行补充实地勘察，确定施工区域为b点以东约6km和b点以东9～13km两个区域，且钻孔布设在航道两侧边坡上；

8、根据补充实地勘察得知，所述施工区域的砂层主要为粉细砂和中砂，其中b点以东约6km的砂层分布连续但不均匀，砂层下伏地层多为粉质粘土层；所述b点以东9～13km的表层为淤泥或粉砂，砂层分布不连续，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。

9、所述s2包括：根据调查了解耙吸船的施工特点为：装备有耙头挖掘机具和水力吸泥装置，施工时通过船舷两侧伸出的耙臂将耙头下放到水下，对海底泥沙进行耙松、挖掘，泥沙经泥泵的抽吸作用，通过管道输送至装舱口进入泥舱，耙吸船泥舱中有两组泥浆装舱口，分别位于船舯和船艉，溢流口则位于靠近船艏的位置，由于前、后两组装舱口距离溢流口的距离不同，泥浆进入泥舱后的流径长短也就不同，结合现场观察了解到，正常情况下耙吸船在施工过程中会同时下放左、右两个耙头开挖，开启前、后两组装舱口装舱；

10、所述疏浚装舱过程的三个阶段：

11、1.)开始疏浚装舱，直至泥浆达到溢流高度，在此阶段全部的泥沙都留在泥舱内，或悬浮或沉积；

12、2.)在溢流状态下继续装舱，开始出现溢流损失，此阶段有一部分泥沙在重力作用下沉积，另一部分会随溢流损失掉，沉积比例取决于装舱流量、消能方式、泥舱结构、溢流设施以及泥沙粒径因素，随着泥沙不断沉积，沉积面不断抬高，过流面积减小，沉积面上部的流速开始增大，并引起沉积泥沙的再次冲刷，导致溢流损失有增大的趋势。

13、3.)当进舱和溢流的浓度基本一致即装舱土方量不再增加时，停止装舱。

14、所述试挖后，航道含砂区域的实际土质情况为：表层为淤泥覆盖层，虽然补充勘测资料显示表层为砂，由于试挖开挖深度不够，未挖到下层的砂，先使用耙吸船先对含砂区域表层的浮泥进行开挖。

15、所述s3包括：在清除表层淤泥后，所述跟踪船舶针对粉细砂的施工情况，记录为：对含砂区段k29+600～k32+600航段进行施工，累计施工18船次，土质主要为粉细砂，平均每船次挖泥时间约为3h，周期时间约为8.5h，装舱量约为4000m3，根据数据得出：施工效率偏低。

16、所述s4包括：影响耙吸船开挖粉细砂工效的原因为4类，分别是：溢流时长的原因，装舱形式的原因，泥舱中泥沙的沉淀速度的原因以及耙头的单耙、双耙使用方式的原因，所述合理控制溢流时间是针对溢流时长的原因；所述动态使用装舱口是针对装舱形式的原因；所述降低泥舱中泥浆流速是针对泥舱中泥沙的沉淀速度的原因；所述单耙、双耙混合施工是针对耙头的单耙、双耙使用方式的原因；

17、所述s5包括：所述设定的施工目标为：耙吸船开挖粉细砂平均每船次装舱量由4000m3提升至5400m3，提升幅度为35％，以保证工程施工进度和质量，达成交工工期，所述根据s4的施工对策包括：1.)根据船舶装舱效果，适当延长溢流时间，具体为：施工时，将溢流时间延长半小时，增加装舱土方量，船上相关人员密切关注土方量装载曲线的变化趋势，并根据土方量装载曲线变化情况控制溢流时间，当土方量随着溢流时间增加而变化不明显时起耙停止施工；

18、2.)研究人员根据地质勘察资料及现场实际情况，在判定了土质为厚度适宜、分布连续性较好的粉细砂的情况下，控制溢流时间相同，分别对各种装舱形式进行多组试验，得出试验结果：在溢流前采用四角装舱，缩短装舱时间；溢流后采用后装舱，延长泥沙流程，提高粉细砂的沉淀效果；

19、3.)对泥舱结构进行优化设计，利用水力消能原理，在泥舱中加装消能装置，所述消能装置为格栅挡板，所述格栅挡板设置为两块，其中一块安装在后装舱口前方，另一块安装在前装舱口与溢流口之间，所述格栅挡板为矩形或t型金属板体，在金属板体的纵向均匀设置有若干个格栅条，在相邻的格栅条之间均匀设置有若干个通孔，起消能和过流及防堵塞的作用，且格栅挡板下部悬空设置。釆用格栅挡板消能时，高速运动的泥浆水流在经过格栅挡板时形成水跃，产生跌水消能；或者撞击格栅档板壁，直接抵消掉一部分能量，使水流断面面积增大，流速降低，进而将泥沙沉淀充分。

20、4.)采用单耙、双耙混合施工的施工工艺措施，即前期采取双耙施工，保证装舱前期效率，待土方量装载曲线变缓后，使用单耙施工，降低装舱口管道流量，降低泥沙进舱流速及对泥舱底部沉积层的冲刷，减少泥沙从溢流口溢出，提高装舱效率。

21、所述对耙吸船单耙、双耙施工与单耙、双耙混合施工的施工数据进行记录、统计与分析，绘制出图曲线图形，统计得出双耙施工的单船土方装载量平均值为5115m3；单、双耙混合施工的单船土方装载量平均值为5485m3。

22、其中，还包括对施工数据进行统计分析，并得出结论：采用上述步骤，耙吸船对粉细砂的施工效率提升明显，在达到最佳装舱时间的情况下，平均每船次装舱量达到5538m3，比之前提升37.9％，达成设定的施工目标。

23、本发明所提出的提高耙吸挖泥船开挖粉细砂施工效率的方法，通过对航道疏浚物的土质分布及存量进行了解和分析，确定影响耙吸船开挖粉细砂工效的原因，并采取有效的针对性的应对措施，使耙吸船开挖粉细砂的装舱量得到了明显提升，不仅有力推动项目施工进度，还保障了相关项目疏浚物回填需求，在达到最佳装舱时间的情况下，平均每船次装舱量达到5538m3，装舱量提升了37.9％，提高了施工效率，对保障项目工期起到了关键性的作用，同时推动了港口的升级发展，疏浚物上岸回填利用有效的促进了巴斯夫等重大项目的建设，还减少了对海洋的环境污染，提高了工程质量，拓宽了耙吸船的适用领域，带动了经济与社会的全面化发展。