耙吸挖泥船疏浚生产效率的计算方法

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1、耙吸挖泥船疏浚生产效率的计算方法耙吸挖泥船的疏浚生产是在不同土质、水文、气象海况 和泥土处理条件下进行的，要就一艘挖泥船在某种特定情况 下的生产效率事先做出非常确切的计算是很难办到的，但若 能够拥有使用该船在不同条件下长期积累并有所分析的真 实数据资料，掌握本船设备性能现状和施工人员的作业水 平，结合对现行工程的深入了解，仍可能求得施工生产率的 合理的近似估算。同一挖槽的疏浚生产率，还可因施工前后期不同，疏浚 部位不同产生相当大的差异，对此应予以充分注意。下面按 照施工方法不同来介绍耙吸挖泥船施工生产效率。一、旁通、边抛施工法直接抛出舷外的泥浆，视土质、入水位置、水流流向流 速、水深、本船吃水

2、，槽外河床地形等因素，泥沙入水后实 际输出挖槽以外的效果差别很大。估计生产率时，可通过分 析上述诸因素，觅取有效出槽系数，然后乘以单位时间抛出 土方量得之。如有类似施工条件的实践经验数据，或事先在 施工现场测试资料提供依据，更有利于参照估算。w = Q X P x5式中：w 生产率（m 3 / h）（未经折减调头等时间的影响）;Q 一抛出泥浆流量（m3 /h）；5 一有效出槽系数。二、装舱溢流法耙吸挖泥船施工一般以采用装舱抛泥法为主。其生产率 可按平均每一装舱抛泥船次的实载土方除以每一船次疏浚 作业循环周期而得。W =l l l L + 2 + 3 + t + t123式中：w 一生产率（m3

3、 /h）；匕一泥舱土方量（m3）；l 重载航行地段长度（km）；v 重载时航速（km/h）；l 空载航行地段长度（km）；v 一空载时航速（km/h）；I 一挖泥地段长度（km）；V3一挖泥时航速（km/h）；匕一抛泥时间（h），包括抛泥及抛泥时的转头时间;12施工中转头及上线时间（h）。（一）实载土方量泥舱实载土方量由两个阶段所得合成。第一阶段从开始装舱到开始溢流时止（舱内水面壅高不 计入）。装舱土方量多寡完全随泥舱实际使用舱容大小和输 入泥浆浓度而定，浓度愈高，实得装载土方愈多，进入泥舱 的泥沙全失。第二阶段从开始溢流到停止溢流时止。实际泥舱增载土 方量因进舱泥沙重新再被溢出船外的损失不等

4、，相著很大， 其原因在于：1. 浚挖土质及其颗粒粗细级配；2. 泥舱具体构造，长、宽、深的尺度比例；3入舱泥浆的浓度、流量和入舱位置；4. 溢流口位置及构造；5. 溢流时间长短。其中主要的是土质。不同土质在泥舱的沉淀效果不一 样。一般粒径较粗的散沙，实载量高，时效最佳。反之，泥 沙粒径越细，短时内越难在舱内沉淀，时效越差。舱内沉积 泥沙土方量对比舱容通常可得约为：粗沙85%软塑性土70%中沙80%可塑性土45% 细沙60%硬 塑 性土35%粉沙40%浚挖淤泥夹细粉沙、沙质粘土、软塑粘土等未经扰动的 原状土时，若泵吸设备良好，常常可以耙吸大量块状土，有 利舱内沉积，增大装舱土方量。例如开挖长江口

5、铜沙航槽时， 不加高压冲水，实得平均泥浆浓度N 45%，最大浓度可达 65%。遇到可以高比例装载的情况，在估算生产率前，应根据 各船设计最大载重吨和现场水深，控制最大重载吃水或按需 调整利用溢流档次的舱容，然后计算船次装舱土方。一般耙 吸挖泥船设计泥舱装载容重密度多取1.41.7左右（可查各 船造船资料）。若土质为低容重的淤泥、浮泥或细粉沙等一经扰动不易 在泥舱内即沉的微细颗粒泥沙，或下限粒径所占比例较大 时，宜在装舱前预先排除舱内余水，增加溢流前所得土方量， 少用乃至不用溢流施工。进入泥舱的泥浆，浓度以高为佳，但泥浆入舱时的能量， 宜适当控制降低，减轻舱内浑水的紊动程度。舱内泥沙逐渐沉积起一

6、定厚度时，等于舱内泥面上水深 相应减少，输入泥浆即使流量、浓度不变，所含泥沙的下沉 作用将减弱，上层浑水水体容重增加，流态产生新的变异， 水体的运动流速加快，溢流损失上升，直到损失高达100%， 有时甚至可使已经沉积的较细颗粒再被扰动、冲蚀，使已得 舱内总体平均装载容重降低。泥舱实得装载土方量（m3 ）为：J G - 0 x V1 r - r式中：匕一泥舱实载土方量（m3）；G 一泥舱中实载泥浆总重量（t）；V 一泥舱实际使用容积（m3）；r 原状土的天然容重（t / m 3）；r 当地水的容重（t / m 3）。由于生产率高低受到一次装舱实得土方量和一次作业 循环总时间两个变量的影响，因而装

7、舱溢流时间长短，不能 完全从获取最大可能装舱土方量来决定，否则，可能招致生产率反而低落的结果。要权衡得失，适当确定溢流时间。明为湘林土林与球=弟般可以通过已有积累的类似土氓醐 土河资料或试测不等延时溢流获得的土方量，知公式求取最佳值。:也可参照下夕列图示方法求其最佳值。航行、撤强、转头部历时装触、溢魇田时wq仇侦力舱抛泥法的生产效率计算装舱溢流时间与装舱量曲线示意图图6.6图中纵轴OH为装舱土方量与使用泥舱容积之比，横轴AB为一次装舱抛泥循环总时间，OCD为装舱土方量实得过程曲线，作AD与之相切，竺即为工作小时生产率，比值越大， AB生产率越高，切点D在横轴上所示时间0B，即为最佳装舱溢 流时

8、间。(二)吸入泥浆浓度一般情况下，根据具体土质、水深、耙头松土能力和泥 泵特性，合理提高吸入泥浆浓度，可以看作提高耙吸挖泥船 生产率的重要环节。现就浓度问题简述几点如下：1.浓度即一定体积的泥浆中具有原状土或泥沙颗粒的含量。按 照不同要求，浓度分下列三种：(1) 湿方浓度P (水下原状土浓度，一般用于从泥浆浓1度计算相应土方)* X 100%WP =匕 X 100% = tm211 V2Y0 -Y式中：站一水下原状土体积(m3)；Y 泥浆体积(m3 )；Y 一泥浆密度( t / m 3)；Y 一原状土密度( t / m 3)； 0Y 一当地水的密度(t / m 3)。(2) 体积浓度p2P =

9、匕 X 100% = Y m -Y * X 100%2 VY -Y式中：匕一泥浆中所含干土粒子的体积(m3)V3=p 1 x V4 ；V4-土粒子在原状土体积中的含量(m3)；Y 一干土粒子的密度( t / m 3)。(3) 重量浓度p3p = K X 100% = L m _九）X 100%3 w2y （y -y ）式中：w3一泥浆中所含干土粒子的重量（t）；W2一泥浆的重量（t）。2 .浓度与流量单位时问内泵吸土方量二浓度X流量，若时间不变，其 中浓度、流量任何一方提高，显见便能多得泵吸土方量。根 据泥泵工作理论公式P = Q X H xyx g3600xn xn式中：p 泵机功率（卧）；

10、Q 一泥泵吸入流量（m3 /h）；y一吸入泥浆密度（ t / m 3）；H 一泥泵吸入和排出泥浆时的总扬程m;n 一泵机传动效率（%）；n 一泥泵效率（%）；g 重力加速度（m/s2）。在某一泵机功率条件下，流量与浓度之间存在互为影响 的关系。由于耙吸挖泥船装舱法施工时，本船吸排管路很短， 管径相同，H及门虽然受到些影响，唯其变化相对较小，暂 可从略免计，并视Q X y二常数。当流量Q由Q变为Q时，密度y相应由y变为y，即 1212九=Q，所得土方量s相应分别为：y 2 Q1S = Q x yi Tw ； S = Q x y2 Twi 1 y -y 22 y y式中:S1、一泥浆变动前后的流量

11、（m3/sec）；泥浆变动前后的容重（t / m 3）；S2泥浆变动前后所得土方量（m3/sec）；原状土的天然密度（t / m 3） ；一当地水的密度，一般情况下简略计算认为等于由于y及均大于1，但小于y，当yy时（QQ） 12021七 y 2 -yw上y 2 wgy2 -ywy 1 -yw且yi -y/yi 亦即 yi -yQ2从而得Q2（y2-yw）Q（y -yw）故矢口 Q xy2 -ywQ xyi-yw 艮口 SS 2 y -y 1 y -y 2 1表明提高浓度所得土方量大于提高泥浆流量所得。又因 大流量下过高的流速往往不利于装舱溢流效果，可以认为装 舱时的最佳流速应是在一定泵机功率

12、条件下，能够吸入和输 送最佳含泥量的较低工作流速。对一定泥浆浓度而言，较低 流速比高流速更经济合理。3 .水深对泥浆浓度的影响耙吸挖泥船装舱作业时，泥泵所提供的总扬程（水头）必 须恰好与吸入排出管路中的损耗总水头相等。船内排出管路 很短，管路的摩擦损耗水头较小。损耗水头以从泥泵中心将 泥浆提升到排出管口所需的静水头为主，已在造船设计中考虑。但吸入管路损耗的总水头，受到大气压力作用的限制。理论上虽有1033m（水柱），为避免气蚀作用，一般泥泵的允 许吸上真空度仅约7.58.0m（水柱），通常实用吸入真空度 平均值可控制在约平均7m（水柱），即510mm（汞柱）。吸入管 路损耗总水头h的计算公式为

13、H = h + h + h + h + hs 12345式中：h 1吸入损耗静水头（m） （y -1）（s-h）-h是为泥泵中 心与舷外水面齐平或低于水面状态时所用。y 泥浆密度; s 耙头位置水深（m）； h泥泵中心低于水面的高差 (m)；h2吸入管路直管摩阻损耗水头（m）=小D咤a。其中:以=1 + p (y -1)；人(m) ； D管径(m)；v吸入泥浆流速（m/s ）； g重力加速度p土质系数;清水摩阻系数；L直管长度土质粘土、淤泥细沙粗沙砾石B2345土质系数表表6.2（m / s 2）；h3弯管摩阻损耗水头（m）= n xax Cb X打。式中：n一弯管数；cb 弯管摩阻系数；h

14、4耙头吸口损耗水头（m）= ax c x2i。式中：C 一吸口摩阻系数，视耙头型式，与河床接触状况、泥浆形 成、流量等而异，约051.5；h5吸入速度损耗水头（m） = yx。即不论何种土质，耙头松土能力多大，泥泵机功率多高， 按照上式估算吸入损耗总水头，一般采用平均值约 7m（水 柱）。若吸入泥浆流量、浓度不变，7m水头将影响可以达到 该浓度下有限水深的作用，逾此势将浓度降低。例如：浚挖 铜沙航槽时，原状土容重为18 t/m3，泥浆浓度平均值为 45%，泥浆容重为1.36t/m3,水深9m，泥泵中心位于始挖水 面下1m，应用加利福尼亚型闷吸耙头，按公式计得吸入损耗 水头为6. 21m。若流量、浓度等不变，则7m损耗水头将以 水深11. 21m为界，若水深增至17m，流量不变，吸入泥浆 容重将降为=1.26，浓度约32%左右（耙管若加装潜水泵， 深水吸泥效率可大有增进）。因此，当已知某一水深时，如土质松软易挖，可以充分 供给吸入混合泥浆的需要，泥泵性能良好，则可根据土质设 定一个符合吸入管径、土质、大致浓度下的吸入泥浆工作流 速，利用上式，初步估算该水深条件下能够获得的最佳泥浆 浓度近似值，并核算所需近似泵机功率。