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耙吸挖泥船施工工艺
耙吸挖泥船施工工艺耙吸挖泥船施工工艺目录第一章 1．1 1．2 1．3 第二章 2．1 2．2 2．3 第三章 3．1 3．2 3．3 第四章 4．1 4．2 4．3 4．4 4．5 第五章 5．1 5．2 5．3 5．4 5．5 5．6 第六章 6．1 6．2 6．3 6．4 6．5 6．6 第七章 7．1 7．2 第八章 8．1 8．2 8．3 第九章 9．1 概述............................................................................................................................... 3 耙吸挖泥船分类....................................................................................................... 3 基本配Z................................................................................................................... 3 适用条件................................................................................................................... 3 疏浚土质的分类........................................................................................................... 4 岩土的分类............................................................................................................... 4 疏浚岩土的工程特性和分级 ................................................................................... 6 耙吸挖泥船疏浚岩土的可挖性和管道输送的适宜性 ........................................... 8 船舶和机具设备的选择............................................................................................. 10 工程条件的分析..................................................................................................... 10 适用船舶的选择..................................................................................................... 11 耙头耙齿的选择（耙头工作原理） ..................................................................... 12 耙吸挖泥船挖泥操作................................................................................................. 18 开工前检查............................................................................................................. 18 上线放耙................................................................................................................. 19 挖泥装舱................................................................................................................. 20 起耙卸泥................................................................................................................. 20 装舱理论................................................................................................................. 21 耙吸挖泥船疏浚施工方法......................................................................................... 23 装舱溢流法............................................................................................................. 23 旁通施工法............................................................................................................. 24 吹填施工法............................................................................................................. 24 三分法（分段、分带与分层） ............................................................................. 25 开挖顺序................................................................................................................. 26 施工技术的选用..................................................................................................... 26 检验施工质量和生产效率的方法和设备 ................................................................. 28 施工质量的检验方法............................................................................................. 28 耙臂位Z指示系统................................................................................................. 30 吃水装载指示系统................................................................................................. 31 生产效率的计算方法............................................................................................. 33 泥泵产量计............................................................................................................. 39 现场取样测试方法................................................................................................. 43 施工工艺参数的优化调整......................................................................................... 45 影响施工效率的主要因素 ..................................................................................... 45 参数调整的基本方法............................................................................................. 46 疏浚与环境保护......................................................................................................... 47 疏浚活动对环境的影响 ......................................................................................... 47 与疏浚活动有关的环保法规 ................................................................................. 50 减少环境影响的预防措施 ..................................................................................... 54 疏浚工程项目管理..................................................................................................... 57 施工组织设计的编制............................................................................................. 57第1页耙吸挖泥船施工工艺9．2 9．3 9．4现场施工管理......................................................................................................... 66 维护疏浚施工管理................................................................................................. 73 竣工验收................................................................................................................. 77第2页耙吸挖泥船施工工艺第一章 概述耙吸挖泥船是大中型自航、自载式挖泥船，于十九世纪 50 年代诞生于美国， 100 多年来不断发展。耙吸挖泥船既可在内陆航道施工，也可在外海施工，在疏 浚工程中应用广泛。施工时利用耙头、高压冲水等装Z进行破土、扰动，使疏浚 土体疏松，与周围水体充分混合，形成泥浆；利用泥泵产生的抽吸作用，将泥浆 装入本船的泥舱内，航行到深水抛泥区卸泥或吹填到陆地围堰。1． 1耙吸挖泥船分类耙吸挖泥船目前已迅速向大型化、高效化和智能化发展。现在最为常用的分 类方法就是根据舱容来划分。应用较多的是按舱容量将其分为小型（500―4000 立方米） 、 中型 （ 立方米） 、 大型 （ 立方米） 、 超大型 （17000 立方米以上） ，目前世界上最大的耙吸船当属荷兰 BOSKLIS 公司的“WD FAIRWAY” 号，在 2003 年完成扩容后，其舱容有 23347 立方米升至 35508 立方米。随着疏 浚业及船舶制造业的发展，近年来，不断有大型、超大型的耙吸船下水，各公司 的船只队伍也在不断扩张。1． 2基本配Z一艘标准配Z的耙吸挖泥船安装如下设备： １． 一个或多个吸泥管， 前端装有耙头， 在疏浚的时候耙头和海床直接接触； ２．一个或多个泥泵通过耙头吸取疏松的泥土； ３．泥舱用于装载疏浚到泥土； ４．溢流系统排除低浓度的泥浆； ５．泥门或闸阀用于装卸泥舱中的疏浚土； ６．吸泥管架用于耙管的收放； ７．波浪补偿器用于调节船舶相对于海床的垂直运动。1． 3适用条件它的特点是抗风浪能力强,施工过程中不需其他船只的辅助，可自行完成疏 浚、运送、排泥、吹泥等施工全过程，而且对其它船舶航行的干扰很小。耙吸挖 泥船的诸多优点使它得到了很多疏浚公司的青睐，被广泛应用于航道的拓宽加 深、维护、港池加深、路域吹填等工程项目中，是目前应用最广的一种挖泥船。第3页耙吸挖泥船施工工艺第二章 疏浚土质的分类疏浚包括四个过程： 水下挖掘； 垂直提升； 水平输送； 疏浚土的处Z或利用。 其间所有的操作都是针对疏浚对象――土来进行的。作为一名疏浚工作者，应该 掌握疏浚土质的基本分类。2．1 岩土的分类疏浚工程土质应分为岩石类和土类两大类。 岩石应为颗粒间牢固联结呈整体或具有节理裂隙的岩体。 疏浚岩石主要根据 其坚固性分为硬质岩石和软质岩石。此外，尚可按风化程度分为新鲜、微风化、 中等风化、强风化、全风化；按成因分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩、变质岩；按 软化系数分为软化岩石和不软化岩石。 土类可分为有机质土及泥炭、淤泥土类、粘性土类、粉土类、砂土类和碎石 土类，其类别由下列指标确定： １．土颗粒组成及其特征； ２．土的天然含水量； ３．土的塑性指标：液限、塑限和塑性指数； ４．土中有机物存在情况。 一、 岩石类 疏浚岩石按新鲜岩石的单轴饱和极限抗压强度大于或等于 30MPa 者列为硬 质岩石，小于 30MPa 者列为软质岩石。 疏浚岩石分类见表 2.1。 二、 土类 有机质土及泥炭是指含有大于或等于总质量 5％以上的腐殖质及纤维质，呈 黑色或褐色并有臭味的土的总称。 淤泥土类系指在静水或缓慢的流水环境中沉积， 或伴有生物化学作用形成的 粘性土，其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于或等于 1.0。淤泥土类根据孔 隙比或含水量分为淤泥质土、淤泥、流泥、浮泥。淤泥质土还应根据塑性指数 Ⅰp&17 或 10&Ⅰp≤17 再划分为淤泥质粘士或淤泥质粉质粘土。 粘性土类系指塑性指数大于 10 的土，按塑性指数大小分为粘土、粉质粘土。 塑性指数的液限值是由 76g 圆锥仪沉入土中 10mm 测定的。 粉土类系指粒径大于 0.075mm 的颗粒含量小于总质量的 50％，且塑性指数 小于或等于 10，粘粒含量大于或等于 3％，并小于 15％的土。根据粘粒含量不 同，又可分为粘质粉土和砂质粉土。 砂土类分别按粒径大 0.075mm、0.25mm、0.5mm、2.0mm 的颗粒含量大于总质 量或占总质量的百分比定名为粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂。 碎石土类分别按粒径大于 2mm、20mm、200mm 的颗粒含量大于总质量 50％的 颗粒级配及颗粒形状定名为角砾、圆砾、碎石、卵石、块石、漂石。珊瑚碎块属 于碎石土类。 疏浚土的分类指标见表 2.1。 三、 混合土、层状土和残积土 （一）混合土 混合土系指粗细颗粒两类土呈现混杂状态同时存在，具有颗粒级配不连续， 中间粒组颗粒含量极少，级配曲线中间段极为平缓等特征。定名时，将主要土类第4页耙吸挖泥船施工工艺列在名称前部，次要土类列在名称后部，中间以混字连结。 混合土应按其成因和不同土类的含量分为：淤泥混砂、砂混淤泥、粘性土混砂或碎石，并符合下列规定。 １．淤泥和砂的混合土属海陆交互相沉积的一种特殊土，其中： 淤泥混砂：淤泥含量大于总质量的 30％。 砂混淤泥：淤泥含量大于总质量的 10％，小于或等于总质量的 30％。 ２．粘性土和砂或碎石的混合土，属坡积、洪积等成因形成的土，其中： 粘性土混砂或碎石：粘性土含量大于总质量的 40％。 砂或碎石混粘性土：粘性土含量大于总质量的 10％，小于或等于总质量的 40％。 确定混合土时，还可结合土的颜色、密实度、强度等加以描述，例如：松散 卵石混砾砂；坚硬的白色粉质粘土混粗砂；硬胶结粘土混砾砂。 （二）层状土第5页耙吸挖泥船施工工艺层状土是两类不同的土层相间成韵律沉积，具有明显层状构造特征的土。定 名时，应将厚层土列在名称前部，薄层土列在名称后部，根据其成因及两类土层 的厚度比可分为互层土、夹层土和间层土。备层土应符合下列规定。 １．互层土：呈交错互层构造，两类土层厚度相差不大，厚度比大于 1/3， 例如粘土与粉砂互层。 ２．夹层土：具有夹层构造，两类土层厚度相差较大，厚度比为 1/3～1/10， 例如粘土夹粉砂层。 ３．间层土：常呈很厚的粘性土间有极薄层粉砂土，厚度比小于 1/10，例 如粘土间薄层粉砂。 在确定层状土时，对具有互层、夹层、问层的土层，除分层的层理外，尚应 综合土的层理特征，作出评价。 残积土系指硬质岩石、 软质岩石完全风化后， 未经搬运而残留原地的碎屑土。 其中花岗岩残积土常含有大于 2mm 的颗粒混杂于粘性土之中，具有孔隙比较大、 液性指数较小、压缩性较低、遇水易崩解等特点。可按其大于 2ram 颗粒含量百 分比分为： １．砾质粘性土：大于 2mm 颗粒含量大于总质量的 20％。 ２．砂质粘性土：大于 2mm 颗粒含量小于或等于总质量的 20％。 ３．粘性土：不含大于 2mm 的颗粒。2．2 疏浚岩土的工程特性和分级疏浚岩土应根据影响疏浚机具的挖掘、提升、输移、泥土处理等工序作业难 易程度的工程特性进行分级。疏浚岩土工程特性指标应包括判别指标和辅助指 标。判别指标着重考虑挖掘岩土的难易程度，并以此为主分析岩土性质状态，确 定岩土分类级别。辅助指标则视施工工序要求结合分析，并用以辅助土的分级。 一、 岩石类 疏浚岩石的工程特性指标应以岩块的单轴抗压强度为判别指标，并将小于 30MPa 的岩石分为“稍强”和“弱”二级。对部分软质岩石、全风化和强风化岩 石及珊瑚礁等相对较松软的岩石，可采用标准贯入击数测试判别。 当单轴抗压强度大于或等于 30MPa 的岩石必须挖除时，应先行爆破、击碎等 预处理。对于标准贯入击数Ν＞30 的疏浚岩石，应根据挖泥船的实有挖掘能力 和施工经济性进行综合考虑，必要时，也可先采取爆破、击碎等预处理。 疏浚岩石的工程特性和分级见表 2.2。 二、 土类 有机质土及泥炭应以天然重度为判别指标。 淤泥土类中的浮泥、流泥按其存在状态合并列为“流态”级别，其工程特性 应以天然重度为判别指标。淤泥列为“很软”级别，其工程特性应以标准贯入击 数和天然重度为判别指标，并以天然含水量、孔隙比、液性指数、抗剪强度、附 着力为辅助指标。淤泥质土的工程特性与粘性土相似，归并于粘性土类。 粘性土类的工程特性应以标准贯入击数和天然重度为判别指标， 其中以标准 贯入击数为主分为“软” 、 “中等” 、 “硬” 、 “坚硬”四种状态级别，并以液性指数、 抗剪强度、附着力为辅助指标。 粉土类中的粘质粉土其工程特性与粘性土相似，应归并于粘性土类，砂质粉 土的工程特性与砂土相似，应归并于砂土类。 砂土类的工程特性应以标准贯入击数和天然重度为判别指标， 其中以标准贯第6页耙吸挖泥船施工工艺入击数为主分为“极松” 、 “松散” 、 “中密” 、 “密实”四种状态级别，并以相对密 度为辅助指标。砂土的级配良好状况应以砂土的不均匀系数 Cu 及曲率系数 Cc 进 行评价。 不均匀系数 Cu 及曲率系数 Cc 分别按下式计算：Cu ? d 60 / d10 Cc ? ?d30 ? /?d10 ? d 60 ?2碎石土类宜以重型动力触探击数 ? 63.5 及密实判数 DG 为判别指标，分为“松 散” 、 “中密” 、 “密实”三种状态级别。对埋深较大、土层厚度较大的碎石土宜以 超重型动力触探击数 ?120 测定其密实度，测定结果应换算成重型动力触探击数? 63.5 。对于粒径基本上属于块石、漂石为主的碎石土，当不便或无法有效使用动力 触探击数测试时，可用密实判数区分其状态级别。 碎石土的骨架颗粒含量及排列情况、充填物成份及填密情况、胶结性等，可 用以辅助分析。 碎石土的级配良好状况以砾石的不均匀系数 Cu 及曲率系数 Cc 进行评价。其 计算方法与砂土类的规定相同。 疏浚土类的工程特性和分级见表 2.2。第7页耙吸挖泥船施工工艺表 2.22．3 耙吸挖泥船疏浚岩土的可挖性和管道输送的适宜性一、 耙吸挖泥船疏浚岩土的可挖性 根据岩土类别及工程特性，将耙吸挖泥船疏浚岩土的可挖难易程度分为容 易、较易、尚可、较难、困难、很难、不适合七个等级(见表 2.3)。 二、 各类疏浚岩土管道输送的适宜性 当采用管道输送疏浚岩土时， 对于容易堵塞管道和泥泵的大块石、 胶结粘土， 必须经破碎或排除后方可进行输送。 各类疏浚岩土用于管道输送的适宜性分为很 好、较好、尚可、较差、差、不适合六个等级(见表 2.4)。第8页各类疏浚岩土用于管道输送和填土的适宜性表 耙吸挖泥船疏浚岩土的可挖性 表 2.3 耙吸 大 ≥3000m3 容易 较易 容易 容易 较易 困难 很难 容易 容易～较易 尚可～较难 较难～困难 困难 很难 不适合 不适合 不适合 小 ＜3000m3 容易 较易 容易 容易 尚可 困难 很难 容易 较易 较难 困难 困难 不适合 不适合 不适合 不适合2.4岩土 类别 有机质土 及泥炭 淤泥 土类 粘 性 土 类 砂 土 类 碎 石 土 类 岩 石 类级 别 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15状 态 极软 流态 很软 软 中等 硬 坚硬 极松 松散 中密 密实 松散 中密 密实 弱 稍强耙吸挖泥船施工工艺第三章 船舶和机具设备的选择耙吸挖泥船的选择和配备应根据施工土质、 水域条件、 自然工况、 工程规模、 泥土处理、现有挖泥船性能、工期要求及调遣等因素进行综合分析，采取经济合 理的选配，这是关系到工程成败的关键。3．1 工程条件的分析耙吸挖泥船具有自挖、自装、自运、自抛的施工性能，部份耙吸挖泥船本身 具有向陆上吹排泥沙的设备，能自行直接吹填。耙吸挖泥船抗风性较强、调遣方 便，适合沿海、港口航道及内河开阔的深水航道、港池等水域疏浚作业，在航道 中疏浚施工时， 基本上不影响船舶正常通航。但对于相对挖泥船长度而言较小的 狭隘水域，尤其是转角等部位，往往难以按照设计折线要求浚挖。现今普遍采用 的边耙式耙吸挖泥船，更无法挖到直角相接或折曲较大的码头端角部。 一、 施工土质 耙吸挖泥船挖掘各类沙的疏浚生产效率差别悬殊。 耙吸挖泥船疏浚淤泥和较 松的砂土类极为容易，但很细颗粒的淤泥、粉砂在泥舱内难于沉积，不易达到满 载。硬粘土和密实砂土类挖掘较为困难。挖掘贯入击数 N＜10 的土类较为容易， 挖掘 N＝15～30 的土类较为困难，N＞30 的土类很困难。 二、 自然工况 １．气象条件 （１）风：在狭窄区域施工船舶操纵困难。 （２）雨：一般情况下影响不大，如下暴雨使河水暴涨，流速增加，水位升 高影响施工。 （３）雾：对施工最为不利。 （４）温度：对机械的工作效率都有影响。 ２．水温条件 （１）风浪与涌浪：对挖泥船平衡的影响，对挖泥船施工效率和船舶能否正 常留在施工现场关系极大。 （２）水流：流速、流向对挖泥船安全施工关系极其重要。流速小于 2m/s， 挖泥船施工较为安全。水流过急则施工困难。 三、 水域条件 １．挖深 在施工现场有两个重要的水深值要特别注意， 即浚前最大水深和浚后最大水 深。因为耙吸挖泥船必须通过挖泥区，其满载吃水必须小于挖泥区的最浅水深， 对于已成槽部分进行施工挖泥时，其低潮位时水深必须满足船只吃水的要求，其 中还应考虑由于溅落溢散回淤而进入业已施工地段的疏浚土。 对通往施工现场的航道以及对施工现场与抛泥区之间航道必须加以检查， 以 保证所有空载挖泥船能进入施工现场和保证满载挖泥船能通过到达抛泥区。 ２．挖泥区的长度 挖泥区的长度对在疏浚施工中需通过疏浚现场的挖泥船来说十分重要。 耙吸 挖泥船通过现场的长度越短，则用于调头时间越多，挖泥时间少，一般来说不足 500m 的现场都可以认为是限制性的。 ３．挖泥槽的宽度 自航耙吸挖泥船所要求的宽度应满足在结束一次挖泥过程时能调头。 如果船第 10 页耙吸挖泥船施工工艺艏装有横向推进装Z，所需的最小宽度就可以相应减少。 四、 人为因素 １．局部交通影响：在施工现场航行船舶要通过航道（特别是维护性疏浚） 要让出航道，影响施工。 ２．时间的限制：常与潮汐有关例如施工现场或抛泥区，在低潮时变浅使施 工船舶不能进入。 ３． 施工现场水域面积的限制：例如现场有水工建筑在施工或爆破等影响等 而影响挖泥船施工。 ４．环境保护的限制：例如挖泥和溢流可造成的混浊度；溢流在水中形成的 密度层，疏浚过程中对动植物的损害，而影响挖泥船施工。3．2 适用船舶的选择在收集到施工区自然条件及施工组织条件、泥土处理方法后，根据工程量， 应选择能保证完成该任务的挖泥船。如挖泥船选择不当，不仅增加费用，而且还 有可能损坏机具或不能完成任务，因此在选择主体挖泥船时应考虑以下几个原 则： １．挖泥船的性能： 在选择挖泥船时，必须掌握每一类挖泥船的主要性能包括：船长、宽、深、 吃水、动力、泥泵、性能航速；挖泥船所限制的最小、最大和最有利的挖泥厚度； 船只抗风能力；以及在各种工况条件下的生产率与所承担的施工任务是否相适 当。 ２．挖槽的尺度：即挖槽的宽度和挖槽内的水深。 ３．对土质的适应性：各类挖泥船都有它最合适的适应土壤，土壤对挖泥船 生产效率关系很大，因此对施工区域土壤物理力学性质、范围、各层土壤厚度是 十分重要的，以利选择合适的挖泥船。 ４．抛泥区：要考虑抛泥区内水深、流速、风浪、冰冻和船舶调头区的水域 等情况，其容量是否与挖泥量相适应。 ５．工作量和工作时间：挖泥船的生产能力和工程规模要求是否相适应，并 应考虑船舶设备利用率和工程的经济合理性， 对工程量较大的河口浅滩和进港航 道一般选用自航耙吸挖泥船。 总的来说，在各类挖泥船中，耙吸挖泥船的优点是在通航水域施工，对过往 船只影响最小，在单船独立施工作业能力方面，耙吸挖泥船独立性最好，在远距 离抛泥方面，耙吸挖泥船也是最好，缺点是其挖槽平整度较差，船型越大，槽底 深浅差也越大。第 11 页耙吸挖泥船施工工艺3．3 耙头耙齿的选择（耙头工作原理）耙头是耙吸挖泥船用来吸取泥浆或泥沙的管路的最前端设备， 是自航耙吸挖 泥船的破土工具，被称为“吸泥之口” 。因原理与形状似钉耙而得名。由于各工 程施工土质的多变性， 耙头挖泥性能的好坏直接影响耙吸挖泥船的生产效率，国 内外疏浚业都高度重视耙头的研究和开发。在耙吸挖泥船发展过程中，耙头的发 展演变与耙吸挖泥船的能力提高息息相关， 即使在耙吸挖泥船自动化程度非常高 的今天， 耙头的持续改进仍然是疏浚能力提高工作中重点研究关注的对象。随着 耙吸挖泥船的不断发展，耙头的型式也将持续不断地改进和更新。 耙头必须能够破坏粘在一起的各种类型土的连接，挖掘过程通过水力方式、 机械方式或两种方式来共同完成。 经过自航耙吸挖泥船的生产效率与耙头结构型 式的研究深化， 耙头挖泥的理论得到了不断发展，近年来用耙齿切削和高压冲水 切割、 液化的综合疏浚理论代替了以冲刷为主体的传统理论。在传统的冲刷理论 指导下加利福尼亚耙头设计了加长的耙罩周长，用以增加参与冲刷的周边长度， 提高疏浚效果。 同样以现代“切削”理论为主体的指导思想要求下，设计了挖掘 型主动耙头，即耙罩可以在遥控(自动或手动)条件下主动调节耙罩的对地角度， 使其获得合理的耙齿切削角、 合理的高压冲水角和合理的耙罩对地夹角，从而形 成最佳的夹角组合，减少疏浚功率，提高泥浆浓度，提高疏浚效率。现代耙头 （Vasco da Gamma） 图 3.1 一、 耙头的分类 一百多年来， 随着耙吸挖泥船的不断发展，国外耙头的开发研制也出现了众 多型式，从 1908 年最早投入使用的弗路林钩型耙头（Frunling）开始，出现了第 12 页耙吸挖泥船施工工艺阿姆勃劳斯鞋型耙头（ Amborse ）及 1947 年通过改进后的加里福尼亚型耙头 (Californa)，1960 年后形成系列化的荷兰 IHC 标准耙头，其他还有文丘里型耙 头（Verturi）和前联邦德国 O＆K 系列耙头等。 目前，耙头疏松水底泥砂主要有三种方式： 第一种方式是冲刷， 通过泥泵运转使耙头内腔产生真空， 与外围产生压力差， 耙头周围的水通过耙头与河床接触的缝隙中进入耙头内， 通过缝隙瞬间产生的高 速水流冲刷带动起吸口周围的泥砂， 这种方式主要是充分利用离心泵产生的真空 作用，在挖掘淤泥、松散砂时十分有效。 第二种方式是高压冲水， 利用船舱内高压冲水泵提供的压力水经管路到耙头 水箱内，再由底部一排喷嘴射出，密实的疏浚土在高速水柱的作用下被切割、液 化，使泥砂夥粒松散，在耙头真空作用下被吸入泥泵，这种方式主要针对密实性 细砂、粉细砂。 第三种方式是机械切削， 安装在耙头底部的耙齿依靠耙头在水下重量将耙齿 插入土中，在挖泥拖曳时如同机械切削原理将耙齿前部的泥切削、剥离，与水混 成泥浆被吸入泥泵，这种方式主要针对粘土、亚粘土。 （一）冲刷型耙头 以 IHC 淤泥耙头和加利福尼亚耙头为代表，主要依靠冲刷原理进行疏浚，泥 泵消耗部分功率吸入大量的水，泥浆浓度低，产量低。 随着疏浚业的发展,现在这些耙头也可以装配高压冲水冲刷型耙头图 3.2（二）挖掘型耙头 以 IHC 新型耙头为代表， 主要依靠耙齿切削泥砂和高压冲水疏松泥砂进行疏 浚，可提高泥浆浓度和产量。第 13 页耙吸挖泥船施工工艺挖掘型耙头图 3.3二、 耙头结构、功能 （一）耙头总体结构 由下图可知，现代标准耙头主要有二部分构成： １．固定体 固定体为钢板电焊结构，端部为圆形、安装有法兰，可与耙吸管连接，另一 端为带有轴孔的矩形，用短轴与活动罩铰接。固定体从方到圆过渡，减少泥浆紊 流和阻力损失。固定体外侧焊有筋板，确保强度。固定体下部为水箱。靠舷侧安 装防撞橡胶，防止风浪作业中与船体碰撞。固定体无预倾角度，在最大挖深时耙 吸管与海底平面成 45°夹角。 ２．活动罩 活动罩用钢板电焊结构成门字形，后部有轴孔，用短轴与固定体铰接，可以 摆动 50°，活动罩下部左、右二侧设耐磨钢板，挖泥时防磨挡板深深压入土中， 阻止被高压冲水扰动悬浮的泥砂向二侧逃逸，头部焊有特厚钢板做为横梁，不仅 加强了活动罩的结构，还可作为耙齿的安装座。活动罩喉部安装格栅，有效阻止 大粒径的石块、杂物进入耙管，确保安全。活动罩用轴销与本体连接，如下图所 示为连接处的轴销，主动式耙头则可通过液压缸的控制来调节活动罩角度。 在可活动的活动罩和本体中间的连接部通常用橡胶密封。这可以防止浑水的 进入，减少由其夹带的泥沙造成的磨损。耙头侧视图图 3.4（二）耙头其他细部结构 耙头其他部件有吸泥口、格栅、短轴、耙齿、高压冲水喷嘴和拉杆销轴等。 １．吸泥口 耙头的最下端与河床接触， 挖掘的泥沙由此被吸进。吸泥口的面积取决于吸第 14 页耙吸挖泥船施工工艺泥管，一般是吸泥管的三倍。 ２．格栅 在吸泥口下面开口面装有格栅， 用以防止较大的 杂物吸入泥泵导致泥泵损坏 （如大石块、 不规则金属 块等） ，格栅矩形孔边长尺寸应比设计通过泥泵杂物 的尺寸小 10%。如图所示中间部分就是设Z在“新海 龙”轮耙头内部的格栅，不同类型的耙头，格栅的安 装位Z略有不同。 耙头内的格栅 图 3.5 ３．短轴 短轴二根， 用于连接活动罩和固定体， 外面配耐磨开口衬套， 确保摆动平稳。 ４．高压冲水和喷嘴 新型的耙头都设Z了高压冲水管路及出水口，管路与船内高压冲水泵相连， 冲水泵运转后将高压水流送至耙头，用以提高产量。在抛泥时也可利用高压冲水 对泥舱进行冲洗，有助于彻底抛净泥沙。 ５．引水窗 在耙头活动罩上设有一引水窗。 在挖掘淤泥等土 质时，为防止耙头被闷堵，则可打开引水窗，使挖泥 作业作业正常进行。 活动罩上的引水窗 图 3.6 ６．耙齿 可增加破土能力，提高泥浆浓度。耙齿有固定或可拆换两种。如图所示所示 为装配在“新海龙”轮耙头上的可拆换式耙齿，该轮还将 高压冲水出口设Z在了耙齿处（耙齿中心出水孔） ，可使 高压冲水均匀作用在泥土表面， 针对不同土质有选择性的 使用，有助于提高产量。 耙齿 图 3.7 ７．拉杆 在耙头活动罩和固定体之间采用连杆插销结构，拉 杆还设有宽度 70 的槽，利用该活动槽可使得耙头活动罩依靠自重与泥面良好贴 合，以适应挖掘淤泥等松软土质的要求。 ８．橡皮靠垫 装在耙头内侧靠近船舷一边，其主要作用就是 在耙头产生横向摆动时保护船舷板。 避免耙头与船 体“硬碰硬” ，导致二者损坏。在耙头两侧都安装 防撞橡胶， 则该耙头既可在左侧， 也可在右侧使用。 三、 其他耙头橡胶护垫 图 3.8第 15 页耙吸挖泥船施工工艺淤泥耙头图图 3.9１．淤泥耙头 专为疏浚淤泥和软粘土设计的耙头。当推进装Z传给它需要的力，淤泥被推 入耙头。 ２．主动耙头 耙头上装有液压驱动的滚筒，上面装有切削工具，能够切削坚硬的淤泥和密 实的沙。这种耙头的缺点是会带起海下电缆和电线。主动耙头图 3.10文丘里耙头图 3.11３．文丘里耙头 该耙头形成的液体流场比 IHC 耙头和加利福尼亚耙头要好，产量更高。这种 耙头的优点是在整个耙头上压力不一样，导致有较高的吸力。 4．威龙耙头“新海龙”主动耙头图 3.12威龙耙头图 3.13四、 耙齿的使用 根据船舶使用的耙头，选配耙齿。为了合理、安全地使用耙齿，在使用中应 注意以下问题： １．对于软粘土及松散的或具有粘性的砂质土有较好的挖掘效果，对于淤泥 及较密实实质土不适用，加高压冲水较好。 ２．耙齿形状、尺度、数量和排列要合理。要有适当的切刃、切削角和背隙 角。耙齿切刃的切削力要小而切量要大故齿宜小，数量不宜过多。齿的位Z尽量 少影响流通道路面积。 耙齿的排列以各齿的挖迹不重复和便于吸入为准。耙齿的 高度：第 16 页耙吸挖泥船施工工艺（１）要使耙齿入土深度不会造成过大阻力而影响航速； （２）有适当的吸人缝隙，既不影响泥土的吸人又不使进水过多； （３）应注意耙齿愈高危险性愈大，水力挖掘效果越差。 ３．挖泥时推进主机要使螺旋桨产生足够的推力以克服在一定的流速及挖泥 对地航速下的耙头、耙吸管和船体的阻力。 ４．必须使耙吸管的结构强度与加齿后的挖掘相适应。最好在耙头上考虑加 装安全措施以防耙齿突然碰到障碍物或硬质土、岩石等造成重大事故，如采用过 载破断销(片)、耙头附加应急吊耙钢丝绳及示位浮标 (以回收脱离海底的耙头 ) 等措施。耙齿强度低于耙吸管系统的最薄弱环节。 ５．应注意比较加齿耙头与不加齿耙头的技术经济性、有关设备运行状况。 记录施工条件(包括土质)。第 17 页耙吸挖泥船施工工艺第四章 耙吸挖泥船挖泥操作虽然各艘耙吸挖泥船在硬件组成、控制系统参数等方面存在差异，但就施工 控制流程来讲都是一样的。 耙吸船整个施工过程主要可分浚前检查、 下耙、 装舱、 起耙和抛泥（卸泥）五大部分。4．1 开工前检查开工前检查工作分为两部分：甲板管路和闸阀的检查和耙臂的检查。此项工 作一般在船舶行驶过程中 （重载至卸泥区以及轻载返回施工区）由施工操作人员 完成，为正常施工做好准备。 一、 甲板管路和闸阀的检查 甲板上液压管、封水管、空气管、排泥管 以及闸阀是否完好；耙臂三管、A 字架下方位 Z有无障碍物， 如发现应及时排除。 对挖泥设 备活络部位进行加油，对波浪补偿器进行检 查，油位是否正常。 耙臂的检查 甲板上的输泥管路 图 4.1 耙臂在水下工作，虽然设备涂有防护漆层，但长时间受海水浸泡和腐蚀，还 是会有受损情况发生。 １．弯管 此处结构较复杂，主要检查以下方面内容：弯管小车滑轮及导轨上是否有杂 物，浸水滑轮磨部件(轴销、衬套等)的磨损程度；弯管滑块和弯管滑槽内是否有 润滑油；高压冲水管、泥管及法兰螺丝是否有裂开和松动现象；弯管各传感器、 电缆线(如到位指示传感器)有无损坏；波纹软管是否有断裂，其法兰接口是否完 好； 弯管与泥管连接耳襻及轴销磨损情况及轴销螺栓是否有松动；伺服架活动部 件(连接耳襻及轴销)磨损情况及轴销螺栓是否有松动以及电缆线、空气管、液压 管是否磨损或漏气漏油。 ２．中间管 浸水滑轮磨损部件(轴销、衬套 等)的磨损程度；高压冲水管、泥管 及法兰螺丝是否有裂开和松动现象； 万向接头连接耳襻及轴销磨损情况及 耙臂 图 4.2 轴销螺栓是否有松动； 波纹软管是否有断裂， 其法兰接口是否完好； 耙臂传感器、 电缆线有无损坏。 ３．耙头 耙头在施工过程中处在水下，且要接触地面，其 受到的磨损和冲击也是最大的。主要检查：耙头本体 部分及活动罩是否完好无变形；各组成部分相接处是 否接合良好，是否有裂痕；耙头的易耐磨部件（如底 面的拖板、格栅）的磨损情况；耙齿是否有松动及被 耙头 图 4.3 磨损；耙头内的高压冲水管及喷嘴是否完好，耙头内 部是否有异物卡住； 耙头内侧橡胶防护垫部件是否完好；设Z于耙臂上的传感器 是否有损坏现象； 液压式主动耙头还须查看液压部件及管系是否存在问题。若发 现检查项不符合施工要求，须及时修理、更换。二、第 18 页耙吸挖泥船施工工艺待一切正常时，拔去耙臂三管 A 字架的制动插销（空气搭钩） ，将耙臂从搁 Z收至高限位，耙臂提升设定的高度（到位指示已确定均到达限位） 。控制吊架 液压开关放将三管 A 字架同步推出至舷外。4．2 上线放耙到达指定施工地段后，驾驶员控制好船速、船位， 下达下耙指令，浚工一水重复命令。并根据水位遥报 仪提供当时水位，通知耙头下放深度。 操耙一水接指令后下耙，待弯管放到吸入口告知 浚工一水，浚工一水即启泥泵，将转速逐渐调节到正 常转速。 然后通知操耙一水将耙头下放至控制深度处。 根据 DGPS 定位，距挖泥船上线还有 500 米时，浚 推架子 图 4.4 工一水指令将耙臂放到弯管吸入口，下放过程中要求 耙头先下水，弯管最后下水，三管与水面约成一个 10-15 度左右的斜度，以致空 气从弯管处排出。 待弯管到达吸入口之后要报告驾驶员浚工员以利船舶加速，浚 工一水启动泥泵。吸口到位过程示意图图 4.5泥泵启动后就将耙头下放着地，根据水深情况要把握好耙头下放速度，接近 泥面时要缓速下降，避免因底质硬、船速快耙头受到冲击而损坏耙头，以及因泥 质松软耙头插入泥层过深导致真空度过高，进而产生闷泵现象。在施工中按指令 操耙作业，随时注意耙头、耙臂、钢缆的状态。观察泥浆浓度指示器，待泥浆浓 度上升至稳定后，开始装舱，打开进舱阀，待全部开启后，关闭旁通阀。耙头着地过程示意图图 4.6第 19 页耙吸挖泥船施工工艺4．3 挖泥装舱泥浆装舱过程占用整个施工流程的大部分时间，也是其中最重要的一个环 节。在泥浆装舱过程中，操作人员应着重注意以下几方面： 根据泥舱具体配载情况， 防止前后或左右配载不均，确定是否选择开启分 流门。 正确控制真空度，在确保施工质量的前提下，随时调整耙头深度，保持最佳 泥浆浓度与流量（要求定深除外） 。 在施工中为确保安全及施工质量， 操耙一水可向值班驾驶员提议变更航速的 要求， 有横流或船原地单耙接地调头时应随时调整耙头深度，避免耙头压入船底 或中间泥管绕性接头弯角过大，发现异常立即报告驾驶员及浚工一水。 正确操纵耙臂， 根据不同土质控制波浪装Z上下范围，中间泥管绕性接头弯 度不超过 20 度。4．4 起耙卸泥驾驶员根据各班施工地段或装载量的要求下达起耙指令，并放慢航速，注意 控制船位和艏向，待耙头离开水面后即进入赴抛泥区或吹泥位Z的航行。 当操耙手接到起耙命令时可将耙头、泥管升起，处于同弯管平行位Z。 浚工一水接到起耙指令后，打开旁通阀，关闭进舱阀，操耙一水同时将耙头 三管收到弯管吸入口水平位Z，浚工一水即将泥泵转速降低，待打出清水后，脱 开离合器。 如果使用了高压冲水，还须停止高压冲水, 待泥泵和高压冲水泵完全 停止并稳定后，通知操耙手起弯管。当浚工一水下达起弯管时，操耙手方可起动 弯管绞车，做到弯管先起，泥管随之，耙头最后，将管子中的水排除掉。 根据离抛泥区或吹泥位Z远近决定是否通知泵舱停止泵机运转。 操耙一水将 耙头收到水面或上架检查； 驾驶员操纵船舶保持一定航速，与到大风浪、涌浪的海况时，要使船舶顶住 风浪，最好与涌向成 90 度交角，防止船舶横摇，损坏耙臂设备。 浚工一水应在船舶航速未提高之前确认舱内涌高流去后即读重载吃水 （或排 水量） ，并根据土方计量表填报土方并计算溢流方； 浚工一水检查抛泥或吹泥系统是否正常。 卸泥即将舱内泥沙排出船外，具体的方式有舱底卸泥、边抛卸泥、船艏吹/ 喷泥等，根据不同的工程及船舶情况，选择不同的卸泥方式。 １．舱底抛泥 这是最常见的卸泥方式， 绝大多数耙吸 船均设有舱底泥门， 通过液压控制可以开启 泥门， 舱内的泥沙在自身重力作用下会流出 泥舱逐渐沉积至水底。采用此种抛泥方式， 在水深条件满足时， 应尽可能将泥门全部打 舱底抛泥 图 4.7 开，这样可以节省抛泥时间，有利于施工进 度。同时，还可以避免由于泥浆中存在的某些大型物体，如石块、木头、废钢铁 等夹在泥门和门框之间，将泥门部件损坏，或降低其密封性。配有泥舱高压冲水 的耙吸船，还可应用高压冲水进行舱内冲洗，使淤积的泥沙尽可能全部抛净。 ２．边抛抛泥 有些耙吸船配有边抛管， 可以进行边抛式抛泥，可以根据需要将管口转动到第 20 页耙吸挖泥船施工工艺任何一舷侧。这种施工方法的最大优点是节省装舱施工必须往返航行抛泥的时 间，从而得以增加挖泥时间，比较适合于突击性局 部增深的疏浚。如图所示为边抛施工情况，外伸部 分即为边抛架。 此种方法现在已很少应用， 新建耙吸船也很少 再配备边抛架。边抛施工 图 4.8 ３．吹填抛泥 随着船舶设备技术的发展， 新建的大型耙吸船在舱容量、泥泵功率等各方面 都有了很大的提高， 很多大型耙吸船都配备了吹泥管路，可通过泥泵直接将舱内 泥浆吹填至施工区（如吹填陆地工程等） 。最常见的有艏吹和艏喷两种方式。 （１）艏吹 艏吹抛泥时，将水上排泥管接头与船上的吹泥 管接头（大多设Z于船艏）连接，并将疏浚管路和 闸阀设Z为船艏吹泥的状态，启动泥泵后，舱内的 泥浆就会在泥泵的作用下通过小泥门被输送到吹泥 管路内，并通过船艏接口进入外部排泥管，进而被 输送到吹填区域。如图所示为大型耙吸船在进行艏 吹施工的情形，随着船舶机械设备的发展，耙吸船 在吹填距离、施工效率、经济性方面均不断提高， 甚至超过很此种多大型绞吸船和专业吹泥船。方法 艏吹施工 图 4.9 也越来越多地被应用在各施工现场。 （２）艏喷 与船艏吹泥不同，喷射吹泥不需要连接外部 管路设备，泥浆会通过管路与船艏吹泥不同，喷 射吹泥不需要连接外部管路设备，泥浆会通过管 路被输送至船艏处，在管路出口处接有一段口径 逐渐减小的渐缩管，在施工时，泥浆朝船前斜向 上方喷出， 根据设备情况不同， 喷出距离也不同， 大概有 30―80 米不等。有的船只还配备了旋转 喷口，泥浆可向船艏斜向甚至侧向喷出。此种方 艏喷施工 图 4.10 法被广泛应用于短距离吹泥的施工现场。4．5 装舱理论如下所示为一个典型的挖泥循环图，横轴为时间，纵轴则表示挖泥船的装载 量。 图中实线 A-B-C-D-E-F-G-A 代表了实际中通常发生的正常装载情况，条件是 泥沙能够迅速较好地沉淀。 AB: 泥浆达到溢流面的装舱过程 BC：继续装舱并开始溢流，直至达到最大允许装舱量 CD: 将舱面余水排出舱外 DE：重载航行至抛泥区 EF：代表卸泥过程 FG：将舱内余水抽取出泥舱第 21 页耙吸挖泥船施工工艺GA：空载航行至挖泥施工区 由于土质沉淀情况、航行时间、卸泥方式等方面的不同，曲线形态可能有所 区别，但总体流程基本符合下图。挖泥循环周期曲线图（Tc 为一个时间周期）图 4.11第 22 页耙吸挖泥船施工工艺第五章 耙吸挖泥船疏浚施工方法5．1 装舱溢流法装舱溢流法是耙吸挖泥船最常用的主要施工方法。 要有适应装载吃水、 航行、 调头的必要水深与水域，以及适宜的抛泥区。作业时，挖泥船在挖槽内开挖，将 泵吸泥浆装入泥舱。 耙吸挖泥船的额定泥舱舱容系指该船没计最大舱容，也是正 常施工条件下应该充分利用的舱容。 泥舱载重量则为额定舱容与设计泥浆容重的 乘积。实际施工时，可以根据当时当地工作条件，包括现场水深、风浪、现有船 内油水积载， 不同土质和可得实际有效装载泥沙量等来调整不同的溢流档次以确 定使用舱容， 适应可能允许的工作吃水。除疏浚天然容重小的浮泥和细颗粒泥沙 或特别短程抛泥外，一般待泥浆装满到调定的舱容后，为了增加装舱土方量，都 采用继续一段时间的溢流。有时，尚可在前一次较高溢流档次装满后，立即调低 溢流档次，放掉上层浑水，然后再恢复前一次较高溢流档次，续装较浓泥浆，如 此反复若干次， 以达到增加一个船次的装舱实得土方量，符合该具体施工条件下 最佳装舱的目的，从而据实验证设计施工效率。在溢流过程中，较粗的泥沙颗粒 和土块在舱内沉淀， 细颗粒泥沙随同溢流出舱的水体流出舱外，并因溢流时间的 延长，其溢出泥沙含量逐渐上升。从放耙、泵吸装舱、溢流、停泵收耙、航行、 抛泥、返航到再放耙(包括历次调头在内)为一次装舱施工作业循环(图 5.1 和图 5.2)。放耙着底初期，短时间内，通常可能泵吸上一些清水和低浓度泥浆，宜将 它排出舷外，待泥浆进入正常浓度，再转换装入泥舱，以提高舱内装载初浓度。 对细粉沙、未固结淤泥或浮泥为主的短时内不易沉淀的土质，宜在挖泥开始前， 先用抽舱方法，将舱内存水尽量排除，勿使进舱泥浆受到稀释。停止装舱时，则 相反，在提升耙管过程中，应先将吸上泥浆转换到吐出舷外位Z，待渐变为清水 后停泵， 避免停泵后泥沙在泥泵及内外管道中沉积堵塞，乃至引起耙管不应有的 外加超重。 采取装舱溢流时，还应考虑其效果与影响： １．溢流的时效和一次装舱作业循环的时 ２．对现行挖槽下游侧挖槽部位或下深槽的回淤影响； ３．对挖槽附近港池、航道、锚地的影响； ４．附近有无水产养殖场； ５．对施工水域有无水质混浊度、溶解氧的特殊要求。耙吸挖泥船装舱作业循环之一第 23 页图 5.1耙吸挖泥船施工工艺用于疏浚土进舱后，能不等程度有效沉积的情况(包括砾石、粗中、细沙、 粗粉沙，大小团块淤泥，粘土等土质。对于最易沉积的砾石、粗中、沙等，也可 不抽舱)。耙吸挖泥船装舱作业循环之二图 5.2用于疏浚土进舱后，短时内很难沉积的情况(包括以来固结淤泥，浮泥极细 粉沙等为主的土质)。5．2 旁通施工法根据挖泥船机械装备不同，旁通施工有两种情况。一种是将吸上泥浆，不经 过本船泥舱，直接就近从船旁排出入水；另一称为“边抛”的是将吸上泥浆，经 过船上特设边抛管输送到离开船舷一定距离的管口再吐入水中。 我国现有耙吸挖 泥船所设抛管伸出舷外长度为 20～100m，可以按照需要将管口转动到任何一舷 侧与船的纵向中心线成 0～90°交角位Z。旁通施工的优点在于节省装舱施工必 须往返航行抛泥的时间， 从而得以增加挖泥时间。它适用于开挖宽阔水域的航道 和紧急情况下要求突击性局部增深的疏浚， 同时， 因施工时， 船舶处于轻载状况， 吃水较小，有利于在水深受限制的区段施工。但使用这种方法，会有不等比率的 排出泥沙回淤挖槽。采用旁通施工应注意下列条件： １．水流流向与挖槽有一定交角，并有一定的流速； ２．泥沙颗粒微细，易于随水流输移； ３． 挖槽宽度及挖掘部位尽可能与排出泥浆入水点的工作距离相适应，力求 一次出槽； ４．不会给附近的港池、航道、锚地等水域带来淤积； ５．应用边抛施工，尚须注意不影响过往船舶的航行； ６．得到港务监督和水域环保部门的许可。5．3 吹填施工法有些耙吸挖泥船具有吹填设备，可用于吹填施工，但耙吸挖泥船的泥泵多数 扬程不高，即使用 2 台泥泵加以串联，往往仍难以胜任长管线的吹填工程。至于 因土质不同，吹填淤泥粉土时，吹距相对可以长些，吹填沙质土时，吹距只能短 些。遇有挖吹结合，其条件适合耙吸挖泥船施工的工程，或者所挖泥沙必须独立 进行抛、吹兼行的工程，或采沙区较远，海面状况不适用其他类型挖泥船作业的 工程，均可使用耙吸挖泥船从事吹填。第 24 页耙吸挖泥船施工工艺用耙吸挖泥船进行吹填施工，其经济性往往比不上绞吸挖泥船，也不如链斗 挖泥船配合吹泥船的施工，其是在特定条件下的选择。因此，在综合经济效益比 较外，必要时，应从特定效果来论定。 吹填施工方式有三种： １．接岸管吹泥 耙吸挖泥船载泥航行靠泊吹填用码头或浮趸就位， 将船上吹泥管和预设岸管 卡接妥， 这需要有专用的排泥管快速接头，与适应挖泥船吃水与潮汐水位涨落变 化，潮流异向影响，能使岸管作垂直、水平适度移动的自动俯仰、伸缩、摆动的 调节装Z。 ２．系泊浮筒接水上管吹泥 在船首设有吹填管接头。吹填时，将自浮水上排泥管的接头吊起，与船上的 接头连接完毕，就能进行吹填。自浮排泥管的另一端刚与岸管相联。 ３．喷射吹泥 它不需要另接岸管或水上管，只在船首排泥管头上接装一节渐缩管，最终形 成小口径的管段缩节。 吹填时， 泥浆朝船前斜向上方喷出， 喷射距离约 30～50m。5．4 三分法（分段、分带与分层）一、 分段施工 挖槽较长， 一次装舱不能从起始点挖到槽终点时，可以根据施工船性能及土 质分成若干段，逐段浚挖施工。段间宜设横向标，或以浮标区分，也可用定位仪 定位等手段确定，不论以那种方法分段，都必须保证浚挖时分段相互重叠衔接， 不存在漏挖部位。若标志条件合适，通常可按下述长度分段： 尽量按浮筒标识作分段起止点； 根据挖槽平面形状适当划分，例如弯曲槽段； 根据挖槽原始水深深浅不等比较悬殊或要求疏浚深度划分，例如浅段与深 段，挖浅与挖深段； 装舱法施工分段长度略等于装舱时间乘挖泥对地航速； 装舱溢流法施工分段长度略等于装舱溢流最佳平均历时乘对地航速； 有关施工其它特殊要求。 二、 分带施工 耙吸挖泥船通常多采用分带施工，分带原则基于挖槽的平面形状和水深。对 于槽宽较大的航道、港池，同一挖段不止一艘挖泥船同时进行浚挖，挖槽地形存 在斜坡状渐变水深情况， 由于施工安排或航行要求需要部份挖槽先增深而后再转 换浚挖位Z等， 均应做好分带施工，但必须利用导标或其他定位措施提高分带水 深的均一性，并防止带间漏挖。 三、 分层施工 开挖泥层较厚，一次开挖达不到设计要求水深时，宜分层挖泥施工。分层层 次的确定，应考虑施工船性能与土质，一般上层厚度可较厚，接近疏浚深度的下 层宜较薄。 4500 m3 耙吸挖泥船对松软土质分层约为 1.0～1.5m， 对较硬土质约为 0.5～1.0m。 采用分层施工，分层宽度应将设计超宽及边坡部份包括在内，一气呵成，否 则逐层下挖，实挖宽度必然渐趋收敛缩窄，待至槽边线内外水深差增大后，土质 松则边坡容易塌落，土质硬则形成陡坎，很难挖清边线。第 25 页耙吸挖泥船施工工艺5．5 开挖顺序一、 先浅后深 挖槽区域原始水深不等，可能引起挖泥船重载吃水在浅段挖泥和航行时受 限。施工应先挖浅区，由浅及深、逐步加大水深，以求全槽水深基本相近，然后 全面加深疏浚。浅区不止一处时，应先挖最浅部位，例如进出挖槽的必经之处和 来往抛泥区的影响航行之处，为开拓施工面创造条件。当疏浚土层厚、土方多、 施工期较长， 又存在一定的自然回淤情况下， 先浅后深， 可使分区进度比较均衡， 深区的前期泥沙回淤，可在后期浚挖中一并除去，免得因挖浅区拖延时间，带来 深区的再返工。 二、 从上游挖向下游 若疏浚区域存在一定流速的单向水流，挖泥施工宜从挖槽的上游端开始挖， 逐渐向下游伸展， 利用水流的自然冲刷作用， 将水底业经扰动的泥沙向下游输移， 有利于挖槽的增深成槽。 在落潮流占优势的潮汐河口或感潮河段，亦可利用落流 作用，由里向外开挖。这与单一挖泥船次，根据潮流转换由下游挖向上游或上游 挖向下游用意不同。 三、 交叉施工 遇有水域条件复杂， 疏浚作业难度不等的挖槽布局， 应适当区别时间、 地段， 有计划安排疏浚施工。例如水流横压作用强、邻近挖槽有浅礁存在的部位、高潮 前后进出口船舶特别集中， 大小船舶辐凑通行繁忙的咽喉水道等处，尽可能采取 白昼多施工。又如沿海港口、航道和锚地，挖区范围广，所受风浪影响不等，宜 择海面状况比较平稳时多在外部施工，风浪较大则进入里侧施工。 四、 中间先挖与两侧先挖 根据疏浚区域的水流和土质条件不同，航道宜从中间开挖步步拓宽，抑或提 前开挖边线应作必要的选择。在高回淤区域施工，若水流单向或虽属往复流，流 向基本上与航槽轴线平行时，通常可从航槽中部开挖，加深中部先予贯通，利用 所形成的深槽水流，尽量增强冲刷作用，然后逐步拓宽。若某侧边线疏浚土方量 甚大，土质又较难挖，或流向与挖槽交角较大快流冲荡下，边坡泥沙会陆续大量 深移入槽，则应区别不同情况，提前开挖，使挖槽横断面水深进展适当平衡，防 止因边坡泥沙入侵，槽内浅点不绝发生，影响航槽开挖完成。5．6 施工技术的选用一、 定深挖泥 即使在同一挖槽内， 疏浚的土质往往并不完全相同，甚至平面和深度分布十 分复杂。施工后期，常常容易遗留下一些土丘、浅埂之类的浅点，在底沙运动剧 烈的河段，还会生成沙波、沙包。此时，挖泥船可根据浅点高低，控制下耙深度， 使它略深于浅点峰值，待耙头碰到浅点，依靠耙齿切削挖泥，耙头整体可避免滑 移，从而改善扫浅效果。遇到松软淤泥质软土或极软土，耙头容易耙吸过深，也 可适当定深挖泥以免过探，提高分层和槽底的平整度。 二、 定位挖泥 耙吸挖泥船在拖曳耙头挖泥施工中， 船位不断变化， 必须经常测定和修正 船 位，尽量使船能在预定航线上行进，减少漏挖挖浅点、浅埂或垅沟，避免一再反 复重挖或局部掘土过深，扫浅时，定位疏浚更为重要。 三、 进退挖泥法(拉锯式)第 26 页耙吸挖泥船施工工艺挖槽较短或只要浚挖某一小段或局部浅点时，或挖区终端水域受限，难以实 施回转调头， 或鉴于调头航行再调头上线挖泥方式耗费非实挖时间过多时，往往 根据水域情况和本船操作条件采取进退挖泥法。即在挖到终点或挖过浅点后，起 耙并将耙头提升到离开床面以上的安全高度， 然后倒车使船退回并越过起挖点以 外，确认船已不再存在对地后退惯性运动，转而微微向前之际，才能再次放耙着 底挖泥。 （要注意防止耙管未起到安全高度而在倒退中折损的情况发生。 ） 四、 逆流和顺流挖泥 耙吸挖泥船施工一般采用逆流挖泥法为主。逆流挖泥时，挖泥船舵效好，易 于控制航向、船位，作业安全。顺流挖泥时，船受水流推助，可用较小推进功率， 获得较好的对地航速，挖泥效果相应较好，但此时船的舵效差，若流速较快，往 往难以控制避让，遇到水底障碍物，对耙头耙管更属不利。一般认为顺流挖泥宜 在流速小于 2kn、水域宽阔、无虑船舶航行干扰的情况下酌情施行，仍须做好应 急避让准备，并注意确保本船机械情况良好，遇有较大流压角情况，要避免在浮 筒上游近侧耙挖通过。 五、 带耙调头 耙吸挖泥船作业时调头操作很频繁，为此充分利用船舶现有的设备，如横向 侧推器、双车、双舵（可变螺旋桨） ，利用这些设备不仅大大缩短调头耗用时间， 其回转直径也大大缩小。但若疏浚水域过分狭隘，依靠上述措施，仍难实现自由 回转。每逢航槽狭窄，槽外两侧水深又小于挖泥船重载吃水的场合，挖泥船装舱 结束， 常需远航到挖槽尽端或挖槽中某一特定部位专设调头区调头后，才能再航 行到挖泥区段挖泥或外航抛泥。 带耙调头能够在槽宽等于本船水线船长的条件下 实现 180℃调头。其操纵是将一舷的耙头留在水底，将另一舷耙头提升到离开水 底的安全高度，用另一舷的推进器慢速前进，必要时，可增用船艏横向推进器助 推，使挖泥船船体围绕水底耙头为中心逐渐朝向该舷方向旋回，完成调头。在调 头过程中，泥泵仍可吸泥。在风浪影响较大的场合，带耙调头时，宜使用上风上 流侧耙头。调头时，要始终密切观察耙头与船体相对运动的情况，调节两舷用车 和用舵。遇风浪较强时，更要防止船体压向耙头，造成耙头进入船底，损坏耙管 和船壳板。 六、 “8”字型、 “米”字型挖掘法 在疏浚过程中， 挖槽内经常会出现一些孤立浅点或散立浅点及垅沟，而此时 采用“8”字型、 “米”字型方法较使用。待耙头碰到浅点，沙包能依靠耙齿削切 挖泥，耙头整体可避免滑移，从而提高扫浅的效果，保证挖槽的平整度。 七、 其他施工方法 当航槽中的垅沟比较频繁， 深浅差异较大时，如此正常的纵向挖掘已很难实 施。 （耙头频繁滑向垅沟，施工效果亦差） 。此时如条件许可，可采用“横向挖掘” 法，这样能逐渐缩小槽内垅沟的深浅差异，使槽内河床逐渐平整化。 （当然由于 该处河床高底变化大，挖掘区域难度较高，要求操作人员务必集中精力，耙头勤 收勤放，确保安全。 ） 还有当挖泥船在挖槽边坡施工时，以“S”型挖掘法也比较实用。 （但要注意 的是由于边坡水深变化大，挖掘区域又小，故走“S”的幅度宜小不宜大。 ）第 27 页耙吸挖泥船施工工艺第六章 检验施工质量和生产效率的方法和设备 6．1 施工质量的检验方法疏浚工程质量检验和评定应以工程设计图和竣工水深图为依据。 对局部补挖 后补绘的竣工水深图，其补绘部分不应超过图幅中测区总面积的 25％，超过时 应对该图幅中测区进行重测，并重新绘图。 疏浚工程断面图应根据设计断面图、计算超深值和计算超宽值绘制，见图 6.1。疏浚工程断面图图 6.1一、 质量检验 工程质量由中部水域、边缘水域和边坡三步分组成，应分别进行检验。 （一）当有设计备淤深度时，通航水域疏浚工程质量应符合下列规定。 １．竣工水深图上设计通航水域内的各测点水深必须达到设计通航深度。 ２．竣工水深图上设计通航水域内的各测点水深应达到设计深度。 设计通航水域内的中部水域，不得出现上偏差点；设计通航水域内的边缘水 域，上偏差值不得超过 0.3m，上偏差点不得在同一断面或相邻断面的相同部位 连续出现。容许浅值表 表 6.1（二）当无设计备淤深度时，通航水域疏浚工程质量应符合下列规定。 １．设计通航水域内的中部水域，无论属何种底质，均严禁出现浅点。 ２．设计通航水域内的边缘水域，对硬底质，严禁出现浅点；对中等底质、 软底质， 竣工后遗留浅点的浅值应符合表 3.1 的规定；浅点不得在同一断面或相 邻断面的相同部位连续出现。 除码头前沿安全地带外的泊位水域内各测点水深必须达到设计深度。第 28 页耙吸挖泥船施工工艺泊位水域内的超深值应严格按建设单位或使用单位提供的容许超深值加以 控制，严禁盲目施工，以确保水工建筑物的安全稳定。 影响码头结构安全稳定的码头前沿安全地带范围的大小及该范围内出现的 上偏差点或容许浅点数，上偏差值或容许浅值，均应在施工前由有关单位商定， 并写入施工合同。 锚地等停泊水域疏浚工程可参照通航水域疏浚工程质量检验规定进行检验。 依据竣工水深平面图进行检验时,应将疏浚水域按有关规定分为中部水域和 边缘水域分别检验并记录上偏差点及上偏差值、浅点及浅值、点数和它们的分布 状况。 依据竣工水深断面图进行检验时，应将它们与疏浚断面图进行比较，并记录 上偏差点及上偏差值、浅点及浅值、点数和它们的分布状况。 根据施工组织设计按阶梯分层开挖的边破， 其设计挖除的部分应大于留待坍 坡的部分。检验时可在竣工水深图上等间距抽检不少于 10%的水深断面图，将其 与设计断面图比较。 二、 质量评定 （一）质量要求 疏浚工程质量符合上述规定，并能满足下列规定之一者，应评为合格工程。 １． 有设计备淤深度的设计通航水域，上偏差点数不超过该水域总测点数的 4％。 ２．无设计备淤深度的设计通航水域，对中等底质，容许浅点数不超过该水 域内总测点数的 2％；对软底质，容许浅点数不超过该水域内总测点数的 3％。 疏浚工程质量在符合合格工程条件的基础上， 实挖平均超深不大于现行行业 标准《疏浚工程技术规范》 （JTJ319―99）规定的计算超深值，并能满足下列要 求之一者，应评为优良工程。 １． 有设计备淤深度的设计通航水域，上偏差点数不超过该水域内总测点数 的 2%。 ２．无设计备淤深度的设计通航水域，硬底质，必须无浅点；中等底质，容 许浅点数不超过该水域内总测点数的 1％；软底质，容许浅点数不超过该水域内 总测点数的 2％。 注：对局部底质为硬底质的水域，当硬底质水域外的部分达到合格标准时， 该工程应评为合格工程，达到优良标准时，该工程应评为优良工程。 对锚地等其它停泊水域，可参照上述规定进行评定。 （二）评定程序 疏浚工程质量检验和评定应按下列程序进行： １．单位工程竣工时，施工单位要及时组织竣工测量，并组织施工船和测量 组的代表与质量检验员对检测资料和测绘仪器的核定资料逐项进行自检， 确保测 量资料正确无误； ２．施工负责人应如实填写“疏浚工程质量检验评定表” ，并连同其它有关 检验评定资料交本单位质量检验员和技术负责人评定； ３．施工单位应及时以书面形式提请建设单位组织质量检验评定。第 29 页耙吸挖泥船施工工艺6．2 耙臂位Z指示系统中港疏浚有限公司在各条耙吸挖泥船上安装了“耙吸疏浚监测平台” V1.0 （ “新海龙” 除外） 。 该平台是由耙臂位Z指示系统和吃水装载系统利用计算机网 络集成而成的一套简易疏浚监测平台，在上述两个子系统的基础上，通过计算机 网络实现了监测数据的网内共享；拓宽了监测面；保证了软件的一致性；并做到 了疏浚过程数据的集中采集与存储，提高了疏浚过程的可追溯性。 对于挖泥船来说，最主要的是要知道船舶的船位,以及耙臂在水下的姿态、 耙头的深度和位Z等。以上功能由耙臂位Z指示系统提供。 船舶的船位主要通过船舶上的 DGPS、罗经和船体尺度信息来确定。首先系 统根据 DGPS 信标机接收的信号及当地的：DGPS 参数(椭球半径、扁率、中央子 午线、七参数、投影比例等)计算出船舶的平面坐标(X，Y)，此时获得的是船体 上安装的 GPS 天线的大地坐标；然后，根据罗经信号可以定出船体的方向(如果 船上没有罗经或罗经损坏， 可以利用 GPS 中的轨迹向来作为船体的方向，此方法 计算出来的船体方向与船体的实际方向有偏差， 只适合于航行的时候使用； 最后， 根据上述信息以及船体尺度、DGPS 天线安装位Z等信息，可以计算出船体的精 确方位。 耙臂的姿态主要通过在耙臂上安装角度传感器：两个垂直传感器、两个水平 传感器以及在吸口处安装吸口到位传感器来获得。 其中两个垂直传感器分别用来 获得上下耙臂在垂直方向的姿态， 而两个水平传感器则分别用来获得耙臂在水平 方向的姿态， 吸口到位传感器则用来判断耙臂弯管是否吸口到位。 一旦吸口到位， 则可以根据吸口位Z及角度传感器的信号推算出耙臂的水下姿态。 耙头的深度则主要由吸口吃水传感器、两个垂直传感器和耙头的高度来决 定。其中吸口吃水传感器用来确定耙臂的基准点(如果基准点不准，那耙头的深 度就不可能准确)，所以吸口吃水深度传感器准确与否对获得准确的耙头深度来 说相当重要。结构原理图图 6.2如图所示，在吸泥管上不同的部位安装不同类型的传感器： （1）吸口吃水传感器 （2）上耙管水平角度传感器 （3）上耙管垂直角度传感器 （4）下耙管水平角度传感器 （5）下耙管垂直角度传感器第 30 页耙吸挖泥船施工工艺根据船体的精确方位及耙臂的水平角度， 即可以计算出耙臂的水平方位和耙 头的精确位Z。 在上述船体及耙臂方位信息的基础上， 利用背景文件来显示当前的施工范围 和施工地障碍物等情况， 利用测深文件来显示施工范围内的水下状况。船舶获得 当前施工范围内的水下状况和水上状况以及自身的精确方位后， 耙吸疏浚施工的 安全和精度就得到了保障。6．3 吃水装载指示系统吃水装载系统用于监测施工过程中船舶的装载状况，如船舶的吃水、舱容、 装载量、土方量等，主要采集吃水和液位信号。由于受实际条件所限，中港疏浚 有限公司船舶安装的吃水传感器和液位传感器的个数不尽相同， 具体可查看本船 规格书。 在抛泥完毕船舶空舱时， 首先根据艏艉吃水计算出船舶此时的平均吃水，再 由当前的船舶平均吃水查看船舶的开泥门排水量表(船舶轻载开泥门排水量与平 均吃水之间的关系)，从而计算出此时的空船重量。空船重量的获得也可以在船 舶泥门关闭且完成抽舱时进行，此时，应该查看船舶的关泥门排水量表。对于安 装有舯吃水传感器的船舶， 系统还将根据计算出来的中拱、中垂等参数进行空船 重量的修正。 在实际施工时根据左右雷达液位传感器计算出舱内的液面高度， 再由当前舱 内的液面高度查看船舶的舱容表(船舶的舱容与液面的高度之间的关系)， 从而计 算出船舶此时的舱容量。 根据船舶施工时的艏艉吃水计算出船舶的平均吃水， 再由当前船舶的平均吃 水查看船舶的关泥门排水量表(船舶重载关泥门排水量与平均吃水之间的关系)， 从而计算出船舶此时的排水量。此处也涉及船舶排水量的中拱中垂修正。 在船舶空船重量确定后， 船舶施工时的装载情况就可以根据船舶舱容量和排 水量以及海水密度和土密度实时获得。船舶的空船重量、舱容量和排水量正确与 否取决于船舶的吃水传感器和雷达液位传感器信号的准确度； 海水密度则基本固 定且不同海区之间差异极小；相对土密度就成为影响船舶装载土方的关键因素。 土密度随土质差异而变化， 而且不同土质之间土密度差异较大；同一施工区不同 地段之间存在土质差异的现象司空见惯， 即使在相同施工区域也可能因深度不同 而存在较大差异。 但实际操作时不可能做到如此精确地在吃水装载系统中设定土 质状况。 一、吃水指示系统 其工作原理由下式表示：P 1－P 0 ＝? w ? g ? H式中： P 1 ―压力传感器受到的压力；P0 ―大气压力；? w ―海水密度；g ―重力加速度；第 31 页耙吸挖泥船施工工艺H ―喷气管到水面的高度。由上式可知，只要测出压力差 P 1－P 0 ，就可测得水头高度 H 。压力差由压 力传感器测出，将测出的信号进行放大等处理并加以显示。压力传感器图 6.3压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器， 而我们通常使用的压力传 感器主要是利用压电效应制造而成的。我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是 各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产 生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压 力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是 根据这个效应研制出了压力传感器。 二、装载指示系统 其工作原理由下式表示：V1 ?? ?W ?V ?? w ?0 ??w式中： V1 ―装载原状土的体积（ m 3 ） ；W ―船体重量(空载时)(t)； △―船体排水量(重载时)(t)；V ―实用泥舱容积（ m 3 ） ；? w ―海水密度( t / m 3 ) ；? 0 ―原状土密度( t / m 3 )。超声波式液位传感器 图 6.4第 32 页雷达式液位传感器图 6.5耙吸挖泥船施工工艺实用泥舱容积 V 通过液位传感器进行测量， 一般有超声波式和雷达式两种形 式。超声波采用高频声脉冲来进行液位测量。换能器发射超声波，通过空间传播 到被测介质表面，介质表面对声波产生一个反射波，该反射波被换能器接收，通 过测量超声波从发射到接收的时间间隔，可计算出超声波的传播距离，从而完成 物位的准确测量。 在上述方程中，海水密度在不同的海区有所差异，一般在仪器中采用 1.025 作为标准值。 船体重量随燃料、 淡水等消耗也有变化。 原状土的密度也因地而异， 但是，对同一次疏浚作业来讲，上述各变量变化较小，可以视为常数，故方程可 简化为：V1 ?? ? C1 C2式中： C1 、 C 2 ―视为常数； C1 ? ? ? V ? ? w ； C2 ? ? 0 ? ? w 。 由此可见， 载泥量可以用测定排水量来确定 r 排水量又可根据吃水值计算后 查表而得。6．4 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Z、水流流向流速、水深、本船吃水， 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? P 1 ??式中： W ―生产率（ m 3 / h ） （未经折减调头等时间的影响） ；Q ―抛出泥浆流量（ m 3 / h ） ；? ―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。第 33 页耙吸挖泥船施工工艺W?V1 l1 l 2 l3 ? ? ? t1 ? t 2 v1 v 2 v3式中： W ―生产率（ m 3 / h ） ； ； V1 ―泥舱土方量（ m 3 ） ； l1 ―重载航行地段长度（ km ） ； v1 ―重载时航速（ km / h ） ； l 2 ―空载航行地段长度（ km ） ； v2 ―空载时航速（ km / h ） ； l 3 ―挖泥地段长度（ km ） ； v3 ―挖泥时航速（ km / h ）t1 ―抛泥时间( h )，包括抛泥及抛泥时的转头时间；t 2 ―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，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Z； ４．溢流口位Z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。例如开挖第 34 页耙吸挖泥船施工工艺长江口铜沙航槽时，不加高压冲水，实得平均泥浆浓度≥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 1.4～1.7 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（ m 3 ）为：V1 ?式中： V1 ―泥舱实载土方量（ m 3 ） ；G ? rw ? V r0 ? rwG ―泥舱中实载泥浆总重量（t） ；V ―泥舱实际使用容积（ m 3 ） ；； r0 ―原状土的天然容重（ t / m 3 ） 。 rw ―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。一般 可以通过已有积累的类似土质装舱土方量资料或试测不等延时溢流获得的土方 量， 应用装舱抛泥法的生产效率计算公式求取最佳值。也可参照下列图示方法求 其最佳值。装舱溢流时间与装舱量曲线示意图第 35 页图 6.6耙吸挖泥船施工工艺图中纵轴 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 BD 环总时间，OCD 为装舱土方量实得过程曲线，作 AD 与之相切， 即为工作小时 AB 生产率，比值越大，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 ?1 (水下原状土浓度，一般用于从泥浆浓度计算相应土方)?1 ?? ??w V1 ? 100% ? m ? 100% V2 ?0 ??w式中： V1 ―水下原状土体积（ m 3 ） ； ； V2 ―泥浆体积（ m 3 ）? m ―泥浆密度( t / m 3 )；? 0 ―原状土密度( t / m 3 )；? w ―当地水的密度( t / m 3 )。（２）体积浓度 ? 2?2 ?V3 ? ??w ? 100% ? m ? 100% V2 ?s ??w式中： V3 ―泥浆中所含干土粒子的体积（ m 3 ） V3 ? ?1 ? V4 ； ； V4 ―土粒子在原状土体积中的含量（ m 3 ）? s ―干土粒子的密度( t / m 3 )。（３）重量浓度 ? 3?3 ?W3 ? (? ? ? w ) ? 100% ? s m ? 100% W2 ? m (? s ? ? w )式中： W3 ―泥浆中所含干土粒子的重量(t)；第 36 页耙吸挖泥船施工工艺W2 ―泥浆的重量(t)。２.浓度与流量 单位时问内泵吸土方量=浓度×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?式中： P ―泵机功率( KW )；Q? H ?? ? g 3600? ? t ?? p； Q ―泥泵吸入流量（ m 3 / h ）? ―吸入泥浆密度( t / m 3 )；H ―泥泵吸入和排出泥浆时的总扬程?t ―泵机传动效率(％)；? p ―泥泵效率(％)；g ― 重力加速度（ m / s 2 ） 。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? p 虽然受到些影响，唯 其变化相对较小，暂可从略免计，并视 Q × ? =常数。 当流量 Q 由 Q1 变为 Q2 时，密度 ? 相应由 ? 1 变为 ? 2 ，即 量 S 相应分别为：? 1 Q2 ，所得土方 ? ? 2 Q1S1 ? Q1 ??1 ? ? w ? ??w ； S 2 ? Q2 ? 2 ?0 ??w ?0 ??w式中： Q1 、 Q2 ――泥浆变动前后的流量（ m 3 / sec ） ；? 1 、 ? 2 ――泥浆变动前后的容重( t / m 3 )；； S1 、 S 2 ――泥浆变动前后所得土方量（ m 3 / sec ）? 0 ――原状土的天然密度( t / m 3 )；? w ――当地水的密度，一般情况下简略计算认为等于 1( t / m 3 )。由于 ? 1 及 ? 2 均大于 1，但小于 ? 0 ，当 ? 2 ?? 1 时（ Q1 ? Q2 ）第 37 页耙吸挖泥船施工工艺?2 ??w ?2 ? 2 ? ? w Q1 ? ? ? 2 ? ? w ?? 1 ? ? w 且 ? 1 ? ? w ? 1 亦即 ? 1 ? ? w Q2从而得 Q2 (? 2 ? ? w )?Q1 (? 1 ? ? w ) 故知 Q2 ??2 ??w ? ??w 即 S 2 ? S1 ?Q1 ? 1 ?0 ??w ?0 ??w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 10.33m(水 柱)，为避免气蚀作用，一般泥泵的允许吸上真空度仅约 7.5～8.0m(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 s 的计算公式为H s ? h1 ? h2 ? h3 ? h4 ? h5式中： h1 ――吸入损耗静水头（m）(? ? 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。 ? ――泥浆密度； s ――耙头位Z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 ） = ? ?L ?2 ? ? 。其中： D 2g? ? 1 ? ? (? ? 1) ； ? ――清水摩阻系数；L――直管长度(m)；D――管径(m)；v――吸入泥浆流速（ m / s ） ；g――重力加速度（ m / s 2 ） ； ? ――土质系数；土质系数表 表 6.2土质 β粘土、淤泥 2细沙 3粗沙 4砾石 5h3 ――弯管摩阻损耗水头(m)= n ? ? ? Cb ?――弯管摩阻系数；?22g。式中：n ――弯管数；Cb第 38 页耙吸挖泥船施工工艺h4 ――耙头吸口损耗水头(m)＝ ? ? C c ??22g。式中： Cc ――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 0.5～1.5；h5 ――吸入速度损耗水头(m)＝ ? ??22g。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 1.8 t / m 3 ，泥浆浓度平均值为 45 ％，泥浆容重为 1.36 t / m 3 ， 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。6．5 泥泵产量计一、 产量计的基本原理 产量测量系统是由电磁流量计，浓度计和运作信息显示等部件组成。 （一）电磁流量计 电磁流量计， 是基于电磁感应定律工作的流量测量仪表，它能测量具有一定 导电率的液体体积流量。由于它的测量的准确度不受被测流体的粘度、密度、温 度以及电导率（在允许最低限以上）变化的影响，测量管中没有任何阻碍被测液 体流动的部件，所以几乎没有压力损失。适当选用测量管中耐磨、绝缘内衬和测 量电极材料， 就可以测量各种溶液的流量。尤其是在测量含有固体颗粒的流体如 浆时，更显示其优越性，何况通往范围也很大，所以，在自航耙吸挖泥船选用电 磁流量计测量在吸泥管中通过的泥浆流量。 １.工作原理 电磁流量计能够精确地测定流速，其精度“在满量程的 1%或某个百分数的 范围内，取决于附属设备” ，该仪器确定流体通过流量计时的平均流速，平均流 速乘以泥管的面积，即得流体的流量。 电磁流量计实际上是一个电磁发电器，根据法拉第电磁感应定律工作，即导 体垂直通过磁场产生的感应电压同导体通过磁场的速度成正比，如图 6.7 所示。 内径为 d(m)的输泥管内输送着导电的流体（如泥浆） ，管子内壁衬以绝缘材料， 在管子外面加上一个感应强度 B。当管内导电的流体以平均速度 V 流动时，则切 割磁力线，在两电极之间产生感应电动势 E，可列出下列关系式。第 39 页耙吸挖泥船施工工艺电磁流量计原理图图 6.7E ? KBdV （ V ）式中： E ―感应电动势（ V ） ； K ―常数；B ―磁感应强度（ Wb / m 2 或 V ? s / m 2 ） ；d ―输泥管内径（近似为电极间的距离） ； V ―流速（ m / s ） ；另外，管内流量 Qm ( m 3 / s )为；4 ２.电磁流量计的组成 电磁流量计由检测器（也有称之变送器）和转换器组成。 （１） 检测器的组成 检测器主要由激磁线圈、磁轭、非磁性高阻抗的管道、绝缘衬里、电极、外 壳及正交干扰调整电位器等构成，如图所示，其具体结构随着测量管口径的大小 而不同。 Qm ??d 2v检测器结构示意图图 6.8（２） 电磁流量计的转换器 由于检测器给出的信号很弱，又伴有很强的干扰，因此放大有用信号，消除 干扰，输出统一标准信号和对流量进行积算等就成为转换器的主要任务。 转换器的工作原理如图所示。第 40 页耙吸挖泥船施工工艺转换器原理图图 6.9（二）浓度计（r 射线浓度计） 目前， 在自航耙吸挖泥船上安装的浓度计大多数采用核辐射传感器，其是核 辐射检测仪表的重要组成部分， 它是利用放射性同位素在蜕变成另一元素时发射 线来进行测量的。利用核辐射可以精确、迅速、自动、非接触，无损检测挖泥船 的泥浆浓度。核辐射传感器包括放射源、探测器以及电信号转化电路，实际上也 是浓度计的主要组成部分。 １. r 射线浓度计工作原理 r 射线浓度计由 r 射线源和 r 射线检测器组成，排泥管位于两者中间，如图 所示。R 射线源放射出来的 r 射线被管内泥浆吸收，其本身强度就按指数规律而 衰减，可用下式描述：I ?Rhm ? Q ? e - u(ts? te) 2 d浓度计工作原理图图 6.10式中： I ―穿过泥浆后的 ? 射线强度（ mR / h ） ；Rhm ― ? 射线照射射线量率(mrh/mci，在 1m)；Q ―放射源量 m (ci)i；μ―放射源吸收系数(cm)；d ―放射源量与检测器间距离； ts―排泥管壁厚度(cm)； te―泥浆层厚度(cm)。第 41 页耙吸挖泥船施工工艺若所使用的 r 射线的能量一定的，则吸收系数 μ 大体上也是一定的，并不随 介质不同而异，因此检测器可测出的 I 大小来求出泥浆密度（含泥率） 。然后按 下式来计算泥浆浓度 P 容（体）积含泥率（也可称浓度）P 的计算式如下：p?V3 ? ? ?w ? 100 ? m ? 100(%) V2 ?s ? ?w式中： V3 ―泥浆中所含干土粒子的体积；V2 ―泥浆体积；? w ―现场水的密度； ? m ―泥浆密度；? s ―干土颗粒密度。２.组成 r 射线浓度计组成如下图所示。它由放射源、核辐射检测器、电子线路等部 件组成。 （１）放射源r 射线浓度计组成方框图图 6.11（２）核辐射检测器 核辐射探测器又称核辐射接收器。 辐射探测器的作用是将核辐射信号转换成 电路，从而探测出射线的强弱和变化。由于射线的强弱和变化与测量参数有关， 因此它可以深测出被测参数的大小及变化， 这种探测器的工作原理或者是根据在 核辐射作用下某些物质的发光效应， 或者是根据当核辐射穿过它们时发生气体电 离效应。 ３.泵吸土方量计 泵吸土方量计是由电磁流量计和 r 射线浓度计组成，如下图所示第 42 页耙吸挖泥船施工工艺土方量计原理图 图 6.12在计算泵吸土方量时，先要测定以下三个参数； ―水下天然土的比重； ―泥浆的密度； ―泥浆的流量。 一般说来， 被挖泥土质的天然状态容重多为 1.6～2.0t/m3 左右,在一个施工 现场的土质大体上总是一样的， 必要时也可以从输泥管取样以测定其比重，运算 时，则先把比重值储存在计算机内。 挖泥量（以体积计）可用下式计算。 泵吸土方量可按下式计算：W ? P ? Qm式中： W ―土方量（瞬时值） ； P ―含泥率（体积百分比） ； 。 Qm ―泥浆流量（体积流量） 若化成累计积算时，则上式改写的：W ? ? PQ m dt对产量计算必须要慎重处理，因为它取决于泥浆密度和流速的精确测量， 取决于干土比重和淤泥的状况。因此，使用这些比重、密度值，需要经常进行检 查，保持计算的精度，即在全量程最少的百分比点之内。6．6 现场取样测试方法现场泥样的采集需要认真对待，泥样是后续分析的基础，泥样是否按标准采 集直接关系到分析结果是否正确。 １．测试工具：取样桶、搅拌棒、泥浆密度计、纱头、对讲机。 ２．取样地点：分流门或流泥槽扩散口或专用取样口，根据各船情况固定一 个地方。 ３．取样测试程序： （１）根据泥浆密度计的规程，用清水进行零位校准； （２）听到驾驶台的指令后，用取样桶在固定取样点取泥样； （３）用搅拌棒把取样桶中的泥浆搅拌均匀； （４） 用泥浆密度计在取样桶中舀满一杯泥浆，轻轻放下杯盖让多余的泥浆第 43 页耙吸挖泥船施工工艺水溢出，用纱头抹干杯体外泥浆水； ５．将泥浆密度计放Z在水平处，称量出泥浆密度值，用对讲机报驾驶台记 录。 ６．重复步骤 2－5,直到该船次取样要求完成； ７．用清水洗净泥浆密度计、取样桶和搅拌棒，以备下次使用。第 44 页耙吸挖泥船施工工艺第七章 施工工艺参数的优化调整 7．1 影响施工效率的主要因素在船舶的施工作业中， 除自然因素对施工的效率有一定的影响外， 其他如 “挖 泥机具的选用及人为的操作技能”亦为影响施工效率的重要因素： 一、 耙头 耙头是耙吸挖泥船直接挖掘泥土的工具， 选用合适的耙头对挖泥船的施工效 率有很大影响。 １．IHC 耙头：较适用于浚挖淤泥、软土和松散沙。 ２．加利福尼亚耙头：该耙头附有多种耙齿，并配备高压冲水，尤其对中等 密实沙、粘土、亚粘土、亚沙土等挖掘效率相对较好。 ３．挖掘型耙头：通过吸入真空度的提高，挖掘密实粉细砂效果较上二种耙 头要好。 ４．主动耙头：该耙头通过液压油缸控制耙头活动罩的角度，实现了耙齿破 土厚度的人为控制，根据不同土质特性实现较理想的挖掘效果。现在公司 9000 方以上挖泥船均已投入使用，效果较好。而“新海龙”轮更是把高压冲水引到耙 齿破土面中出水，进一步增加了破碎密实粉细砂的能力，挖掘效果更好。 二、 耙齿 耙齿的类型很多――“犁型耙齿、牛角耙齿、圆钢耙齿、凿型耙齿、菱型耙 齿”等，各种耙齿的破土力与挖区土质有着很大的关系。各种耙齿图 7.1１．犁型耙齿：一般适应于粘土、亚粘土等。 ２．圆钢、牛角耙齿：一般适应于沙土及河床石块较多的区域。 ３．凿型、菱型耙齿：一般适应于粘土、亚沙土为宜。 在实际使用时， 一般根据施工区域的土质来选用耙齿和安装耙齿。在挖掘粘 土时，耙齿的横向间距可较宽，并作前后交叉排列，齿不宜过多，否则容易造成 土块粘连，吸口封堵。在挖掘沙质土时，齿的横向排列可较密，缩小齿的间距，第 45 页耙吸挖泥船施工工艺尽量消除残留齿间的沙垅， 提高耙头吸口横宽内实际松土的有效百分率。耙头上 耙齿的安装并不是一成不变的，要因地制宜，有的是综合型的配备，这样破土及 挖掘的效果较好。7．2 参数调整的基本方法一、 波浪补偿器（以压缩空气压力来调节耙压的大小） 选用合适的耙压，对挖泥效率的提高有着举足轻重的作用。 一般挖松软土质时，供