三泵施工方法在航道疏浚工程中应用.doc

三泵施工方法在航道疏浚工程中的应用 　　摘要：结合无锡某港的开挖工程，对三泵施工的理论依据分析的基础上，对管线对泥浆水头损失的分析，陆地管线计算，挖泥操作规程进行的详细而深入的研究。 　　 　　1.工程施工条件 　　 由于目前我国电力能源紧张，南方省市煤炭严重短缺，迫于生产压力，业主要求该工程于2010年6月30日按3.5万吨级泊位设计阶段完工。苏航浚217船2010年5月至6月在无锡某港口疏浚工程中，在管线小于1100m的情况下，大胆采用三泵串联挖吹砂卵石，使船舶生产率得到较大幅度提高。2010年5月12日217船停工靠码头航修，改二泵串联为三泵串联，将挖泥绞刀更换为挖岩小绞刀。217船14日进入港池施工，采取先远端后近端的吹填方式，即采取在泥泵叶轮状态较好时首先吹填远端，随泵效逐渐下降，陆地管线根据吹填情况不断拆回，以减少泥浆水头损失。 　　1.1管线组成。217船采用水上管线直接上岸接陆地管（无水下管线），水上浮筒管线长500.4m，包括Φ600mm（1+①）42组、Φ700mm（1+①）15组、Φ700mm自浮管1节，船尾胶皮套一节、变径管三节等；陆地管线为Φ600mm管（含Φ700mm过渡管24m），排高为+4.0m，吹填区吹距约为50~600m。 　　1.2开挖土质。由于该施工区上层已开挖，剩余土质主要为砂卵石（含少量粉质粘土）。 　　1.3泥泵组合形式。当时217船采用水下泵与1号舱内泵船串联施工，开挖砂卵石生产率为410m3/h。 　　1.4工况分析。施工中砂卵石生产率偏低，一方面是由于采用的挖泥型绞刀不适合开挖砂卵石；另一方面，在相同流量下，Φ600mm管线内的流速变大，加大了泥浆的水头损失，在随陆地管不断接长的情况下，管线对泥浆水头损失不断增加，两台泥泵组合型式下，泥泵需减小流量，提高排出水头，以弥补泥浆的水头损失，从而使流速减小，浓度降低，造成生产率减小。 　　 根据以往的施工经验，人们普遍认为三泵挖吹卵石至少要1500m的管线才能开得起车，而本工程最大排距也不过1100m，所以一直未提出采用三泵施工。但在严峻的生产形势下，通过认真分析、研究，我们认为在使用Φ600mm管线的情况下，可以采用三台泥泵串联施工。依据主要有以下两方面： 　　 （1）在使用Φ600mm管线的情况下，由于管路截面积变小，流速变大，管线对泥浆阻力变大，（即使在相同流速下，管径越小对泥浆的阻力越大），同时船管截面不变，流速相对较小，在一定程度上给了挖泥设备一定的安全运转系数，减少了泵内因流速突然变大产生震车或泵机超负荷的可能。 　　 （2）改三泵后开挖土质全部为砂卵石，该土层对挖岩型绞刀而言挖掘没问题，施工操作中可在管线排压允许下最大限度地提高输送浓度，以浓度压负荷。实现三台泥泵串联施工的具体操作要求如下：正刀时绞刀放入泥1.5米~2米，台车进尺2米；反刀时绞刀放入泥0.5米~0.8米，台车进尺2米；快到边线时要加大横移速度，多挖吸一些砂卵石，以填补换向低产时的超负荷；换台车时提前增加浓度，再减速舱内泵，或进一步脱掉2号泥泵，换完台车后再合上2号泥泵，继续施工；排出压力控制在9kg～10.5kg左右，最好是9.5kg；流速控制在5m/s以上；浓度尽量控制在15%（仪表读数）；尽量让绞刀和吸口长时间处在工作时间内，保持排泥管中的高浓度；陆地要准备好接管线的设备，接管线尽可能用最短的时间，吹水时管线内留部分砂卵石，以保证开车时的主机不超负荷。 　　2.管线对泥浆水头损失的分析 　　2.1三泵施工的理论依据 　　1.管线最低实用（经济）流速的确定 　　 因管线中存在Φ700mm管线，需要较大的最低实用流速，可按Φ700mm计算。临界流速公式（1）式中，Vc为临界流速（m/s）；C为土壤颗粒的体积浓度（%），取泥浆体积浓度为10%，则对应C=5.8%；g为重力加速度，取9.81m/s2；Dd为排泥管内径（m），取0.7m；ds为沙粒直径（mm），取4.0；Vss为颗粒在静水中的沉降速度（m/s），取0.175。把各参数代入（1）式计算得临界速度c=4.27m/s。根据最低实用流速和临界流速的关系Vp=VcKv（2） 　　 其中，Vp为最低实用（经济）流速（m/s），Kv为系数，取1.1（管线远端为600mm管，管内流速大，且其对应临界流速小，为3.96m/s，故Kv取小值）。由此得到经济流速为Vp=4.7m/s。 　　2.相应的泥泵扬程确定。由Vp=4.7m/s推出流量为Qp=3600πr2Vp=6508m3/h。根据《绞吸挖泥船泥泵输泥计算手册附件》查得（水下泵+2舱内泵）泵送砾石时对应该流量的泥泵扬程为94.5m（根据该船泥泵柴油机最大转数经验，转速假设为额定转速的90%）。 　　3.排泥管路泥浆水头