绞吸挖泥船应对快速水流工况条件解决措施

吕 澎

（中港疏浚有限公司，上海200136）

1 工程概况

本工程为灌河口出海航道的整治工程。航道全长29.15km，此次先导段工程施工航道（H2-H3）长度约为1.44 km，航道通航有效宽度为170 m，挖槽底宽163 m，航道设计底标高-11.15 m，航道设计横向边坡1:7，设计纵向边坡1:10，疏浚土质以淤泥质粘土为主。

本工程采用绞吸式挖泥船进行疏浚，由绞吸挖泥船开挖疏浚土，将泥浆通过水上排泥管连接水下排泥管和岸管输送至吹泥区，吹填排距约9 km，排泥管管径采用φ850 mm。

2 工况影响

2.1 潮流工况

灌河内大潮涨潮平均流速接近2.0 m/s，最大落潮平均流速为1.67 m/s，涨潮流速大于落潮流速，涨潮最大流速出现在高潮位之前1～2 h，落潮最大流速出现在中潮位附近。

2.2 潮流影响

本工程涨落潮流速快，对绞吸挖泥船施工造成诸多不利影响，主要表现在如下方面：

1）水上管线影响。①水流快，影响水上管线碰头对接；平潮时间短，管线碰头对接可利用时间有限；②快水流工况下，采用常规自浮片式水上管（12 m 钢管+2 m 橡胶管），容易造成2 m 橡胶管局部受力，水上管线局部“拗弯”现象，影响管道泥浆有效输送，同时易造成橡胶管局部磨损产生爆管现象；③管线定位锚在快水流工况时易走锚，与锚缆与钢管连结处摩擦，易导致钢缆拉断。

2）绞吸挖泥船施工影响。①本工程投入大型3500 m3/h绞吸挖泥船，横移额定拉力650 kN，船舶横移挖掘至挖槽边线时，船体与水流流向夹角较大，受快水流工况影响，所需横移拉力显著增加，严重限制了船舶横移挖掘速度，导致施工效率降低；②大潮汛期间，涨落潮流速达到2.0 m/s 以上时，对船舶施工安全造成严重影响，此时绞吸挖泥船需停工，且船体和水流流向应保持一致，待涨落潮流速减慢后方可施工，严重影响船舶施工时间利用率。

3 解决措施

3.1 设置多个水上端点站，便于水上管线拼接

正常施工时，单个施工区设置1 个端点站，用于水上浮管和沉管相连。本工程根据施工区平面特点，在施工航道北侧浅滩均匀设置了3 个端点站。各端点站均采用一根11.8 m自浮橡胶管和沉管相连，自浮橡胶管一端漂浮在水面，在与浮管对接时，单艘锚艇即可快速完成管线拼接作业，可加快管线对接速度，提高船舶施工时间利用率。

本工程属于基建项目，施工区域回淤强度大，测量验收前需要再次对全部施工区域进行扫浅，根据本工程平面布置特点，设置3 个端点站有利于快速、高效扫浅作业，避免扫浅作业过程中多次重复布设端点站及对应的沉管，减少管线施工其他相应环节。

3.2 水上管线采用11.8 m 铠装自浮橡胶管组装

常规自浮片式水上管线采用12 m 钢管+2 m 橡胶管的组装方式，由于钢管无法弯曲，水流较快时，个别2 m 橡胶管受力集中时容易“拗弯”。本工程水上管线全部采用11.8 m铠装自浮橡胶管连接，因橡胶管长度大幅增加，且铠装自浮橡胶管内部增加了多道钢圈，其整体性更佳，可实现更大的弯曲半径，能有效避免浮管局部“拗弯”现象。

3.3 有效缩短水上管线长度，采用大抓力、大吨位管线锚，增加锚钢丝长度

为提高大型绞吸船施工的灵活性，采用较长的水上浮管。但因长度较大，在涨落潮水流较快时，水流推动力较大，易发生浮管锚走锚现象。为此，采取以下相应措施。

1）合理增加水下沉管长度。将水上浮管减少至400 m，相应增加水下沉管长度。虽一定程度上增加了船舶施工移船频次，但水上浮管受力减小，浮管锚走锚几率显著降低，有效增加了大型绞吸船施工时间利用率。

2）增加浮管锚使用数量。原水上浮管共布设4 只定位锚，其中2 只设置在浮管与沉管连接的端点站处（涨落潮方向各1 只），另2 只均匀布置在浮管中间位置，见图1。为降低浮管锚走锚几率，根据潮流方向和浮管浮态，定位锚数量由4只增加至6 只，有效降低单锚受力，其中，端点站处保留2只定位锚，在浮管转向处分别布置4 只定位锚且呈“八”字形布设，实现多向受力，增加浮管定位稳定性，见图2。

图1 4 只浮管锚布设示意图

图2 6 只浮管锚布设示意图

3）采用大抓力、大吨位浮管定位锚。原先使用的定位锚为2～3 t 海军锚，在快水流工况下拉力不足。为提高定位锚抓地力，采用自重5～7 t 的大抓力锚，此种锚啮土面积大，抓重比大，抓力好，并增加1～2 kn 锚链额外增加自重，提高了锚的抓地能力[1]。

4）增加锚钢缆长度。水上浮管定位锚抛设长度通常在100～150 m，为降低钢缆对锚的向上牵引力，防止走锚，需减小锚钢缆对地夹角，故增加浮管锚抛设距离至200 m。

3.4 锚链缠绕钢管后再与浮管锚钢丝绳连接

浮管锚钢缆系连在浮管上，实现浮管与定位锚柔性连接。在水流较快工况条件下，钢缆与浮管不断摩擦，接触位置的钢缆因磨损易拉断。采用φ24 mm 的锚链绕浮管一圈后再与浮管锚钢缆连接，既可避免钢缆与浮管直接接触，又可增加锚缆连接强度，避免上述不利情况。

3.5 调整船舶施工中心线方向，减小挖宽，增加船舶横移锚移锚频率

快速水流工况下，绞吸船左右横移摆动施工时，船体受横流影响，横移阻力加大，船舶横移额定拉力650 kN，横移速度受影响将导致施工效率下降。采取如下措施：

1）调整船舶施工中心线方向。船舶横移摆动至边线时，受横流影响最大。根据水流流向，将施工中心线方向调整至与水流方向一致，可使船舶横移挖掘至边线时流压角最小，减小船体相对水流的受力面积，降低水流阻力。

2）减小挖宽。施工航道挖槽底宽163 m，结合边坡开挖，最下层挖掘宽度为210 m。原计划分2 条施工，每条挖宽取105 m，受快水流工况限制，此挖宽将导致船体在边线时流压角过大，故改为分3 条施工，每条挖宽取70 m，减小流压角。

3）绞吸挖泥船施工时，船舶横移至挖槽左边线，其右横移锚缆与船舶中心线夹角接近或达到45°时，应对右横移锚进行前移，否则横移困难。移锚的间距与挖深、挖宽有关，本工程挖深约11 m，挖宽70～80 m，移锚间距应取50 m 左右。在快速水流工况时，宜增加横移锚移锚频次，控制移锚间距在40 m 以内，可增大横移钢丝绳与船体夹角，提高横移锚的横向拉力效果。

3.6 根据大、小潮汛不同工况条件，合理安排船舶施工

灌河大潮汛期间涨落潮流速达到1.5～2.0 m/s；小潮汛期间流速相对较小，对绞吸船施工影响有限。本项目在实施过程中，妥善安排船舶修理、岸管延伸切换等停置时间，在小潮汛期间确保船舶能够正常不间断运转，大潮汛期间快水流严重影响船舶施工效率时，安排船舶停工，利用停工间隙进行陆上岸管的延伸、吹填出口调整、船舶检机修理等工作，以此提高船舶时间利用率[2]。

4 经济效益分析

工艺改善前，船舶受快速水流工况影响，时间利用率仅有64.1%。大潮汛期间，船舶在快涨落水时需要停工，停工占比13.3%；水上管线拼接受制于快速水流影响，拼接速度慢，停工占比6.9%；因频繁停工，增加打清水时间，平均施工效率仅有1696 m3/h，万方油耗达到7.17 t。

工艺改善后，船舶受快速水流影响明显降低，停涨落水时间占比4.5%；水上管线拼接效率有所提高，停工占比4.2%；整体时间利用率达到75.3%，提高约11 个百分点。由于减少频繁停工，施工运转效率得以提高，平均施工效率达到1907 m3/h，提高约210 m3/h；万方油耗为6.21 t，降低约0.9 t，所带来的经济效益显而易见。

5 结语

本项目应对快速水流工况，从管线布设工艺、船舶施工工艺等多方面采取相应措施，将不利工况影响降至最低，有效提高船舶施工效率及时间利用率，为绞吸挖泥船应对该工况条件进行归纳总结，在类似项目中可提供借鉴。