一种耙吸船黏土艏吹的施工方法与流程

1.本发明涉及水利工程领域，具体是一种耙吸船黏土艏吹的施工方法。


背景技术：

2.海洋疏浚业伴随着港口运输业发展而来，近几十年，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，与此同时，国际疏浚市场欣欣向荣，我国疏浚企业在国外的疏浚市场亟待开发。
3.随着国内外航道逐步加深，硬黏土底质的疏浚工程会不断增多，由于近年来国内环保要求不断提高，疏浚弃土污染、流动性强，并受城市周边弃土堆场地理位置条件限制，疏浚弃土越来越难解决，将流动性差的硬黏土及粉细砂为主的疏浚物直抛入海的方式经常受渔政、环保等部门不同标准的制约而引起纠纷，如何解决耙吸船高效艏吹硬质黏土上岸的问题，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.现有技术在黏土高效艏吹上岸方面可参考的措施较为有限，由于硬质黏土流动性差，利用现有设备及冲水系统进行黏土艏吹时，施工效率低下，易造成堵管、残留在舱内影响下一船次施工效率；因此，针对上述问题提出一种耙吸船黏土艏吹的施工方法。


技术实现要素：

5.为了弥补现有技术的不足，现有技术在黏土高效艏吹上岸方面可参考的措施较为有限，由于硬质黏土流动性差，利用现有设备及冲水系统进行黏土艏吹时，施工效率低下，易造成堵管、残留在舱内影响下一船次施工效率的问题，本发明提出一种耙吸船黏土艏吹的施工方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种耙吸船黏土艏吹的施工方法，该施工方法包括以下步骤：
7.s1：根据工程根据管线布置方案、耙吸船泥泵特性，使用大型耙吸船艏吹功效计算模型、艏吹计算分析软件、关键流速计算软件等计算临界流速、管线摩阻损失、最佳浓度等工艺参数，测算输送效率，确定泥泵转速组合方案；
8.s2：根据确定的理论最佳浓度及工程地质情况，合理布线，按“砂
→
黏土
→
砂
→
黏土
→
砂”的顺序装舱；
9.s3：根据施工准备阶段测算不同吹距的艏吹施工效率，选择合适的泥泵转速组合(如一级泵低速二级泵高速、一级泵高速二级泵高速等模式)，正式开始艏吹前和艏吹结束后，向管线中泵入清水；
10.s4：艏吹过程中控制流速、浓度在测算推荐的工艺参数范围内，控制真空和排压等参数，防止出现堵管；
11.s5：舱内冲水由甲板部配合挖泥台进行，甲板部实时观测舱内情况，并向挖泥长汇
报，挖泥台根据系统数据及甲板部所汇报情况，合理使用冲水系统进行冲舱，从船艏向船尾依次冲洗，先开启顶层高压冲水系统，将大块黏土冲碎，再开启中层的冲水阀，使泥舱内形成局部涡流，扬起疏浚土，并由漩涡状水流二次切割，以减小土颗粒，充分混合黏土及细沙，提高艏吹效率；
12.s6：小颗粒的黏土以及粉细砂混合物由泥泵吹出。
13.优选的，所述s1具体为根据管线布置方案和耙吸船泥泵特性，分析艏吹管线输送特性，计算临界流速、管线摩阻损失、最佳浓度等工艺参数，进而确定分层厚度。
14.优选的，所述s1中的泥浆流速等于临界流速时的管线阻力最小，如果泥泵也运行在最高效率点上时，耙吸船艏吹系统工作效率最高，经济性最好。
15.优选的，所述s1中的管线摩阻受流动条件、固体颗粒种类等多种因素的影响，由于大块黏土可流动性差，冲洗为小块后，将其在舱内与粉细砂充分混合，可在一定程度上减小管线摩阻。
16.优选的，所述s2的布线及装舱时间，由达到最佳艏吹浓度所需的最佳混合比例确定。
17.优选的，所述s3具体为每个泥舱内高压冲水口共有三层，顶层冲水口数量加密，新增中层冲水口有两种角度，视泥舱残留的实时情况通过操作系统独立开启及关闭，正向冲水口切割，侧向冲水口统一逆时针方向斜向布置，搅动水体，使黏土和粉细砂充分混合。
18.优选的，所述s3中固体颗粒大时需要泥泵输出更多能量来维持颗粒悬浮，因而要消耗大量的悬浮功，故通过增加冲水阀数量、角度，将黏土颗粒切碎并扬起，在泥泵输出功率不变的条件下，获得最佳艏吹浓度。
19.本发明的有益之处在于：
20.1.本发明通过s1-6中的施工方法，实现了高效艏吹黏土疏浚物上岸的功能，解决了现有技术在黏土高效艏吹上岸方面可参考的措施较为有限，由于硬质黏土流动性差，利用现有设备及冲水系统进行黏土艏吹时，施工效率低下，易造成堵管、残留在舱内影响下一船次施工效率的问题，通过优化装舱工艺，改良冲水系统，将粉砂与黏土高效、充分混合，从而起到减小泵送黏土颗粒直径，砂浆润滑，以实现高效艏吹黏土的目的。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
22.图1为本发明的施工方法流程结构示意图；
23.图2为本发明的高压冲水系统原理图；
24.图3为本发明的装舱分层方式示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本
发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例一
27.请参阅图1-3所示，一种耙吸船黏土艏吹的施工方法，该施工方法包括以下步骤：
28.s1：根据工程根据管线布置方案、耙吸船泥泵特性，使用大型耙吸船艏吹功效计算模型、艏吹计算分析软件、关键流速计算软件等计算临界流速、管线摩阻损失、最佳浓度等工艺参数，测算输送效率，确定泥泵转速组合方案；
29.s2：根据确定的理论最佳浓度及工程地质情况，合理布线，按“砂
→
黏土
→
砂
→
黏土
→
砂”的顺序装舱；
30.s3：根据施工准备阶段测算不同吹距的艏吹施工效率，选择合适的泥泵转速组合(如一级泵低速二级泵高速、一级泵高速二级泵高速等模式)，正式开始艏吹前和艏吹结束后，向管线中泵入清水；
31.s4：艏吹过程中控制流速、浓度在测算推荐的工艺参数范围内，控制真空和排压等参数，防止出现堵管；
32.s5：舱内冲水由甲板部配合挖泥台进行，甲板部实时观测舱内情况，并向挖泥长汇报，挖泥台根据系统数据及甲板部所汇报情况，合理使用冲水系统进行冲舱，从船艏向船尾依次冲洗，先开启顶层高压冲水系统，将大块黏土冲碎，再开启中层的冲水阀，使泥舱内形成局部涡流，扬起疏浚土，并由漩涡状水流二次切割，以减小土颗粒，充分混合黏土及细沙，提高艏吹效率；
33.s6：小颗粒的黏土以及粉细砂混合物由泥泵吹出。
34.进一步的，所述s1具体为根据管线布置方案和耙吸船泥泵特性，分析艏吹管线输送特性，计算临界流速、管线摩阻损失、最佳浓度等工艺参数，进而确定分层厚度。
35.进一步的，所述s1中的泥浆流速等于临界流速时的管线阻力最小，如果泥泵也运行在最高效率点上时，耙吸船艏吹系统工作效率最高，经济性最好。
36.临界流速按下式计算：
[0037][0038]
其中：vc为泥浆临界流速(m/s)；c为土颗粒体积浓度(％)；g为重力加速度(m/s2)；d为管线内径(m)；v
ss
为土颗粒在静水中的沉淀速度(m/s)；ds为土颗粒平均粒径(m)，本公式适用于v
50
≥0.05mm。
[0039]
进一步的，所述s1中的管线摩阻受流动条件、固体颗粒种类等多种因素的影响，由于大块黏土可流动性差，冲洗为小块后，将其在舱内与粉细砂充分混合，可在一定程度上减小管线摩阻；
[0040]
s1中的管内颗粒密度、粒径与管线沿程阻力系数的关系按durand公式推导：
[0041][0042]
式中：λm为输送泥浆时的管线沿程阻力系数；λw为输送清水时的管线沿程阻力系数；c为土颗粒体积浓度(％)；kd为试验系数；v为管线平均流速(m/s)；g为重力加速度(m/s2)；d为管线内径(m)；ρs为土颗粒密度(t/m3)；ds为土颗粒平均粒径(m)；v
ss
为土颗粒沉降速
度(m/s)。
[0043]
进一步的，所述s2的布线及装舱时间，由达到最佳艏吹浓度所需的最佳混合比例确定。
[0044]
进一步的，所述s3具体为每个泥舱内高压冲水口共有三层，顶层冲水口数量加密，新增中层冲水口有两种角度，视泥舱残留的实时情况通过操作系统独立开启及关闭，正向冲水口切割，侧向冲水口统一逆时针方向斜向布置，搅动水体，使黏土和粉细砂充分混合。
[0045]
进一步的，所述s3中固体颗粒大时需要泥泵输出更多能量来维持颗粒悬浮，因而要消耗大量的悬浮功，故通过增加冲水阀数量、角度，将黏土颗粒切碎并扬起，在泥泵输出功率不变的条件下，获得最佳艏吹浓度。
[0046]
工作原理：第一步：根据工程根据管线布置方案、耙吸船泥泵特性，使用大型耙吸船艏吹功效计算模型、艏吹计算分析软件、关键流速计算软件等计算临界流速、管线摩阻损失、最佳浓度等工艺参数，测算输送效率，确定泥泵转速组合方案；第二步：根据确定的理论最佳浓度及工程地质情况，合理布线，按“砂
→
黏土
→
砂
→
黏土
→
砂”的顺序装舱；第三步：根据施工准备阶段测算不同吹距的艏吹施工效率，选择合适的泥泵转速组合(如一级泵低速二级泵高速、一级泵高速二级泵高速等模式)，正式开始艏吹前和艏吹结束后，向管线中泵入清水；第四步：艏吹过程中控制流速、浓度在测算推荐的工艺参数范围内，控制真空和排压等参数，防止出现堵管；第五步：舱内冲水由甲板部配合挖泥台进行，甲板部实时观测舱内情况，并向挖泥长汇报，挖泥台根据系统数据及甲板部所汇报情况，合理使用冲水系统进行冲舱，从船艏向船尾依次冲洗，先开启顶层高压冲水系统，将大块黏土冲碎，再开启中层的冲水阀，使泥舱内形成局部涡流，扬起疏浚土，并由漩涡状水流二次切割，以减小土颗粒，充分混合黏土及细沙，提高艏吹效率；第六步：小颗粒的黏土以及粉细砂混合物由泥泵吹出。
[0047]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0048]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。