耙吸挖泥船疏浚生产效率的计算方法

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，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。

δ⨯⨯=1P Q W
式中： W —生产率（h m /3）
（未经折减调头等时间的影响）； Q —抛出泥浆流量（h m /3）；
δ—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。

213322111
t t v l v l v l V W ++++=
式中： W —生产率（h m /3）
； 1V —泥舱土方量（3m ）；
1l —重载航行地段长度（km ）；
1v —重载时航速（h km /）；
2l —空载航行地段长度（km ）；
2v —空载时航速（h km /）；
3l —挖泥地段长度（km ）；
3v —挖泥时航速（h km /）；
1t —抛泥时间(h )，包括抛泥及抛泥时的转头时间； 2t —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（3m ）为：
w
w r r r G V -⨯-=01V 式中： 1V —泥舱实载土方量（3m ）；
G —泥舱中实载泥浆总重量（t ）
； V —泥舱实际使用容积（3m ）；
0r —原状土的天然容重（3/m t ）；
w r —当地水的容重（3/m t ）。

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。

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，AB
BD 即为工作小时生产率，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。

装舱溢流时间与装舱量曲线示意图 图6.6
（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1ρ(水下原状土浓度，一般用于从泥浆浓
度计算相应土方)
%100%1000211⨯--=⨯=w
w m V V γγγγρ 式中： 1V —水下原状土体积（3m ）；
2V —泥浆体积（3m ）；
m γ—泥浆密度(3/m t )；
0γ—原状土密度(3/m t )；
w γ—当地水的密度(3/m t )。

（２）体积浓度2ρ
%100%100232⨯--=⨯=w
s w m V V γγγγρ 式中： 3V —泥浆中所含干土粒子的体积（3m ）413V V ⨯=ρ；
4V —土粒子在原状土体积中的含量（3m ）；
s γ—干土粒子的密度(3/m t )。

（３）重量浓度3ρ
%100)
()(%100233⨯--=⨯=w s m w m s W W γγγγγγρ 式中： 3W —泥浆中所含干土粒子的重量(t)；
2W —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 t g
H Q P ηηγ⨯⨯⨯⨯⨯=3600
式中： P —泵机功率(KW )；
Q —泥泵吸入流量（h m /3）
； γ—吸入泥浆密度(3/m t )；
H —泥泵吸入和排出泥浆时的总扬程m;
t η—泵机传动效率(％)；
p η—泥泵效率(％)；
—g 重力加速度（2/s m ）。

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 η虽然受到些影响，唯其变化相对较小，暂
可从略免计，并视Q ×γ=常数。

当流量Q 由1Q 变为2Q 时，密度γ相应由1γ变为2γ，即
1221Q Q =γγ，所得土方量S 相应分别为：
w w
Q S γγγγ--⨯=0111；w w Q S γγγγ--⨯=0222
式中： 1Q 、2Q ——泥浆变动前后的流量（sec /3m ）；
1γ、2γ——泥浆变动前后的容重(3/m t )；
1S 、2S ——泥浆变动前后所得土方量（sec /3m ）；
0γ——原状土的天然密度(3/m t )；
w γ——当地水的密度，一般情况下简略计算认为等于
1(3/m t )。

由于1γ及2γ均大于1，但小于0γ，当12γγ〉时（1Q 〉2Q ）
w w γγγγ-〉-12且1212γγγγγγ〉--w w 亦即2112Q Q w w 〉--γγγγ
从而得)()(1122w w Q Q γγγγ-〉- 故知w w w w Q Q γγγγγγγγ--⨯〉--⨯01
1022即12S S 〉
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s H 的计算公式为
54321h h h h h H s ++++=
式中： 1h ——吸入损耗静水头（m ）h h s ---))(1(γ是为泥泵中心与舷外水面齐平或低于水面状态时所用。

γ——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)；
2h ——吸入管路直管摩阻损耗水头（m ）=ανλg D L 22
⨯⨯。

其中：)1(1-+=γβα；λ——清水摩阻系数；L ——直管长度(m)；D ——管径(m)；v ——吸入泥浆流速（s m /）；g ——重力加速度（2/s m ）；β——土质系数；
土质系数表 表6.2
3h ——弯管摩阻损耗水头(m)=g C n b 22
να⨯
⨯⨯。

式中：n ——弯管数；b C ——弯管摩阻系数；
4h ——耙头吸口损耗水头(m)＝g C c 22
να⨯⨯。

式中：c C —。