CN108343106B - 一种带有水下泵的耙吸船挖掘中粗砂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有水下泵的耙吸船挖掘中粗砂的方法，本发明属于疏浚工程技术领域，其特点是：利用海底表层大范围精确寻砂的方法，进行深远海优质砂源的位置确定；采用加长耙臂与水下泵组合形式，完成深远海取砂作业；利用模拟装舱软件以及新型装舱口、溢流筒围堰，进行对砂质土的有效合理装舱，提高装舱效率；利用施工方案比选计算软件比较减载与候潮施工的生产率，以提高深远海取砂的经济性，发挥船舶的载运效率。本发明有效解决了深远海取砂取砂效率低，装载能力无法最大发挥等问题，具有操作方便，经济实用，提高了耙吸船适用性，经济效益显著，具有广泛的推广价值等优点。

Description

一种带有水下泵的耙吸船挖掘中粗砂的方法

技术领域

本发明属于疏浚工程技术领域，特别是涉及一种带有水下泵的耙吸船挖掘中粗砂的方法。

背景技术

目前，随着国际疏浚市场发展以及各国吹填造地需求的不断增长，耙吸船深远海取砂作业是未来疏浚业重要的发展趋势，且存在广阔的市场前景，在疏浚工程领域深远海是指：挖深超过45m，运距100km以上。此类工程取砂源质量要求高，一般以中粗砂为主，加之运距远、取砂深度大等因素，更增加了施工难题与技术考验。因此常规的自航耙吸船在挖深或取砂效率上均无法满足工程的要求。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种操作方便，经济实用，提高了耙吸船适用性，经济效益显著，具有广泛的推广价值等特点的带有水下泵的耙吸船挖掘中粗砂的方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种带有水下泵的耙吸船挖掘中粗砂的方法，包括如下步骤：

1)取砂区的确定：

根据砂源勘探报告初步判断实船探测区位置范围，控制取砂航速约为1.1kn左右，进行实船探测作业，在探测过程中进行实时土质取样、取砂密度、波浪补偿器压力数据的记录，分析得出探测区域内的土质与各施工参数的关系；依据取样土质与各施工参数的比对，确定取砂密度在1.2t/m³～1.4t/m³范围内为工程需要砂源土质，同时根据土质与各施工参数关系及取砂密度，对应船舶施工轨迹，进行对优质砂源区的确定，锁定并缩小取砂范围，提高取砂准确度；

2)、调整耙吸船：加长耙臂与水下泵的应用

2.1)加长耙操作：

驾驶员协助操耙手完成耙子下放、起吊操作，驾驶员负责船舶艉部支架和耙头的瞭望工作，配合操耙手共同查看其动作是否到位，确保操作安全性；按照耙头、近耙头侧耙中、近弯管侧耙中、弯管顺序依次操纵钢丝绞车匀速提升耙管钢丝上升至上限位，核对各位置钢丝吊点上限位是否满足耙臂吊架，推出舷外高度要求，确认无误后将各耙臂吊架同步推出至舷外，至达到舷外限位时具备下放耙管条件；当耙臂吊架全部达到舷外限位时，操纵各耙管钢丝绳绞车匀速下放，保持耙管3～5°良好耙型；当弯管钢丝绳松弛限位与吸口到位限位显示同时出现时，即弯管到位，可操纵弯管密封气囊进行充气操作；施工期间，驾驶员协助操耙手观察船舶艉部支架钢丝缆、滑轮等构件的使用情况，并及时做出处理，避免发生事故；

2.2)水下泵操作：

根据水下泵特性及现场试验发现，在施工期间可根据挖深情况，采用上耙管高位、水下泵低位的方式进行施工；

3)、装舱系统改造：

3.1)加装前装舱口调节装置：

在装舱管本体上的装舱口的外侧安装前装舱口调节装置，所述装舱口开设在装舱管本体的侧壁上，可调节装舱口装置包括装舱口支架、装舱口格栅、装舱口闸板以及装舱闸板轨道，其中所述装舱口支架设置在装舱口的外侧，并且与装舱管本体外壁焊接在一起；装舱口支架为长方体结构，由顶板和侧板组成，装舱口支架的两端和底端为开放式结构；在装舱口支架底部两侧板之间间隔焊接有数根条形钢板；所述装舱口支架内侧靠近装舱管本体侧安装有呈镜像对称有的装舱闸板轨道，两个装舱闸板轨道之间插装有装舱口闸板；所述装舱口支架的内在远离装舱管本体侧设有装舱口格栅，可实现向船艏方向的装舱，有助于船舶装舱平整的实现，减小艏艉吃水差；

3.2)安装溢流筒围堰：

溢流筒围堰：包括主围堰、副围堰以及溢流筒本体，所述主围堰为喇叭口结构，上端直径大，下端直径小，主围堰的小径端焊接在主围堰的上表面；所述副围堰为半圆形条状结构；所述副围堰通过三角形连接架和螺栓连接在主围堰的上端部。

4)、模拟装舱：

施工初期，通过模拟装舱软件对船舶装舱工况，装仓曲线，装舱后泥沙厚度，以及不同粒径的泥沙分布进行模拟分析；而后分别设置前后装舱时间，分析泥舱内不同组分泥沙分布情况及规定时间内的装舱情况，选取最优装舱方案；

5)、利用施工周期比选计算软件进行计算施工周期：

首选根据前期对施工区潮汐规律进行收集，录入该计算软件，形成潮汐曲线，同时初步设定船舶施工参数；在施工前利用比选计算软件进行计算，分析候潮施工与减载施工的周期生产率，选择最佳施工方案进行施工；

6)、施工参数优化

通过现场通途轮施工情况及试验对比分析，针对取砂深度60m，中值粒径0.6mm的工况下深水取砂相关施工参数进行里优化，最终确定施工参数如下：航速1.3～1.5kn；水下泵转速380rpm；高压冲水压力14bar；波浪补偿器35～40bar。

本发明具有的优点和积极效果是：采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明能够根据勘探资料实现深远海自主寻砂，缩小取砂范围；合理利用加长耙臂与水下泵组合在深远海取砂作业中的优势；工前分析砂质土装舱规律及两种施工方案的生产率情况，合理选择最佳方案进行施工，具有操作方便，科学合理，经济实用，提高了耙吸船适用性，经济效益显著，具有广泛的推广价值等优点。

附图说明

图1是船舶探摸轨迹软件应用界面图；

图2是各工况舱底泥沙厚度比较图；

图3是各工况装舱曲线比较图；

图4是施工方案比选计算软件应用界面图。

图5是加装前装舱口调节装置结构示意图；

图6是溢流筒围堰结构示意图。

图中：10、前装舱口调节装置；图中：1、装舱口，2、装舱口支架，2-1、顶板；2-2、侧板；3、装舱口格栅，4、装舱口闸板，4-1、U型把手；5、装舱闸板轨道，6、装舱管本体；20、溢流筒围堰；20-1、主围堰；20-2、副围堰；20-3、溢流筒本体；20-4、三角形连接架；20-5、螺栓。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种带有水下泵的耙吸船挖掘中粗砂的方法，包括如下步骤：

1)、取砂区的确定：

根据砂源勘探报告初步判断实船探测区位置范围，控制取砂航速约为1.1kn左右，进行实船探测作业，在探测过程中进行实时土质取样、取砂密度、波浪补偿器压力数据的记录，分析得出探测区域内的土质与各施工参数的关系；依据取样土质与各施工参数的比对，确定取砂密度在1.2t/m³～1.4t/m³范围内为工程需要砂源土质，同时根据土质与各施工参数关系及取砂密度，对应船舶施工轨迹，进行对优质砂源区的确定，锁定并缩小取砂范围，提高取砂准确度；具体土质与施工参数对应关系参见表一

表一土质与施工参数对应关系表

2)、调整耙吸船：加长耙臂与水下泵的应用

2.1)加长耙操作：

驾驶员协助操耙手完成耙子下放、起吊操作，驾驶员负责船舶艉部支架和耙头的瞭望工作，配合操耙手共同查看其动作是否到位，确保操作安全性；按照耙头、近耙头侧耙中、近弯管侧耙中、弯管顺序依次操纵钢丝绞车匀速提升耙管钢丝上升至上限位，核对各位置钢丝吊点上限位是否满足耙臂吊架推出舷外高度要求，确认无误后将各耙臂吊架同步推出至舷外，至达到舷外限位时具备下放耙管条件；当耙臂吊架全部达到舷外限位时，操纵各耙管钢丝绳绞车匀速下放，保持耙管3～5°良好耙型；当弯管钢丝绳松弛限位与吸口到位限位显示同时出现时，即弯管到位，可操纵弯管密封气囊进行充气操作；施工期间，驾驶员协助操耙手观察船舶艉部支架钢丝缆、滑轮等构件的使用情况，并及时做出处理，避免发生事故；上述涉及的构件属于耙吸船的零部件，其工作原理和装配关系属于公知技术，例如：耙头、近耙头侧耙中、近弯管侧耙中、弯管、钢丝绞车、耙臂吊架等；

2.2)水下泵操作：

根据水下泵特性及现场试验发现，在施工期间可根据挖深情况，采用上耙管高位、水下泵低位的方式进行施工；

3)、装舱系统改造：

3.1)加装前装舱口调节装置10：

在装舱管本体上的装舱口1的外侧安装前装舱口调节装置10，所述装舱口开设在装舱管本体6的侧壁上，可调节装舱口装置包括装舱口支架2、装舱口格栅3、装舱口闸板4以及装舱闸板轨道5，其中所述装舱口支架2设置在装舱口的外侧，并且与装舱管本体6外壁焊接在一起；装舱口支架为长方体结构，由顶板2-1和侧板2-2组成，装舱口支架的两端和底端为开放式结构；在装舱口支架底部两侧板之间间隔焊接有数根条形钢板；所述装舱口支架内侧靠近装舱管本体侧安装有呈镜像对称有的装舱闸板轨道5，两个装舱闸板轨道5之间插装有用于开闭装舱口的装舱口闸板4；所述装舱口支架2的内在远离装舱管本体侧设有装舱口格栅3；可实现向船艏方向的装舱，有助于船舶装舱平整的实现，减小艏艉吃水差；

3.2)安装溢流筒围堰20：

溢流筒围堰：包括主围堰20-1、副围堰20-2以及溢流筒本体20-3，所述主围堰为喇叭口结构，上端直径大，下端直径小，主围堰的小径端焊接在主围堰20-1的上表面；所述副围堰20-2为半圆形条状结构；所述副围堰20-2通过三角形连接架20-4和螺栓20-5连接在主围堰的上端部。

4)、模拟装舱：

施工初期，通过模拟装舱软件对船舶装舱工况，装仓曲线，装舱后泥沙厚度，以及不同粒径的泥沙分布进行模拟分析；而后分别设置前后装舱时间，分析泥舱内不同组分泥沙分布情况及规定时间内的装舱情况，选取最优装舱方案；

5)、利用施工周期比选计算软件进行计算施工周期：

首选根据前期对施工区潮汐规律进行收集，录入该计算软件，形成潮汐曲线，同时初步设定船舶施工参数；在施工前利用比选计算软件进行计算，分析候潮施工与减载施工的周期生产率，选择最佳施工方案进行施工；

6)、施工参数优化

通过现场通途轮施工情况及试验对比分析，针对取砂深度60m，中值粒径0.6mm的工况下深水取砂相关施工参数进行里优化，最终确定施工参数如下：航速1.3～1.5kn；水下泵转速380rpm；高压冲水压力14bar；波浪补偿器35～40bar。

应用实施例：请参阅图1至图6，上述耙吸船取砂的方法用于深远海取砂，上述取砂方法引用一种海底表层大范围精确寻砂的方法(CN106226837A)，进行深远海优质砂源的位置确定；采用加长耙臂与水下泵组合形式，完成深远海取砂作业；利用模拟装舱软件以及新型装舱口、溢流筒围堰，进行对砂质土的有效合理装舱，提高装舱效率；利用施工方案比选计算软件(受理号2018R11S002828)比较减载与候潮施工的生产率，以提高深远海取砂的经济性，发挥船舶的载运效率。

采用加长耙臂与水下泵组合形式，完成深远海取砂作业。耙吸船安装加长耙臂可实现最大挖深达90m，安装水下泵后，可满足最大挖深下的水下取砂作业。

利用模拟装舱软件以及新型装舱口、溢流筒围堰，进行对砂质土的有效合理装舱，提高深远海取砂的经济性，发挥船舶的载运效率。

模拟装舱软件采用MIK3三维水动力模型进行装舱建模，其中HD模块模拟三维水动力，MT模块模拟泥沙运动，计算装舱曲线，装舱后泥沙厚度，以及不同粒径的泥沙分布。

新型装舱口采用可调节方式，可在原装舱管上进行安装，方便快捷，可实现装舱口启闭时间的合理控制，保证装舱效果。

新型溢流筒围堰采用可拆卸方式，针对砂性土特性及装舱特点，将围堰挡于来流方向，可有效增加流体运动距离，便于砂性土质向指定方向沉淀，降低亏舱损失。

利用施工方案比选计算软件(受理号2018R11S002828)对施工区潮汐规律进行录入，初步设定施工的基本参数情况，而后通过软件计算结果，选择最佳施工方案，并可以此类推进行施工过程全周期的施工预判。

本实施例针对耙吸船深远海取砂作业，充分发挥加长耙臂与水下泵在深远海工况下的取砂能力，提高了砂质土装舱的合理性，提高了船舶应对潮汐及航道浅区时经济性差的能力，具有适应能力强，简单，高效等优点，提高了施工效率，经济性强，可操作性强，适用范围广。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种带有水下泵的耙吸船挖掘中粗砂的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)、取砂区的确定：

根据砂源勘探报告初步判断实船探测区位置范围，控制取砂航速为1.1kn，进行实船探测作业，在探测过程中进行实时土质取样、取砂密度、波浪补偿器压力数据的记录，分析得出探测区域内的土质与各施工参数的关系；依据取样土质与各施工参数的比对，确定取砂密度在1.2t/m³～1.4t/m³范围内为工程需要砂源土质，同时根据土质与各施工参数关系及取砂密度，对应船舶施工轨迹，进行对优质砂源区的确定，锁定并缩小取砂范围，提高取砂准确度；

2)、调整耙吸船：加长耙臂与水下泵的应用

2.1)加长耙操作：

驾驶员协助操耙手完成耙子下放、起吊操作，驾驶员负责船舶艉部支架和耙头的瞭望工作，配合操耙手共同查看其动作是否到位，确保操作安全性；按照耙头、近耙头侧耙中、近弯管侧耙中、弯管顺序依次操纵钢丝绞车匀速提升耙管钢丝上升至上限位，核对各位置钢丝吊点上限位是否满足耙臂吊架推出舷外高度要求，确认无误后将各耙臂吊架同步推出至舷外，至达到舷外限位时具备下放耙管条件；当耙臂吊架全部达到舷外限位时，操纵各耙管钢丝绳绞车匀速下放，保持耙管3～5°良好耙型；当弯管钢丝绳松弛限位与吸口到位限位显示同时出现时，即弯管到位，可操纵弯管密封气囊进行充气操作；施工期间，驾驶员协助操耙手观察船舶艉部支架钢丝缆、滑轮等构件的使用情况，并及时做出处理，避免发生事故；

2.2)水下泵操作：

根据水下泵特性及现场试验发现，在施工期间可根据挖深情况，采用上耙管高位、水下泵低位的方式进行施工；

3)、装舱系统改造：

3.1)加装前装舱口调节装置：

在装舱管本体上的装舱口的外侧安装前装舱口调节装置，所述装舱口开设在装舱管本体的侧壁上，可调节装舱口装置包括装舱口支架、装舱口格栅、装舱口闸板以及装舱闸板轨道，其中所述装舱口支架设置在装舱口的外侧，并且与装舱管本体外壁焊接在一起；装舱口支架为长方体结构，由顶板和侧板组成，装舱口支架的两端和底端为开放式结构；在装舱口支架底部两侧板之间间隔焊接有数根条形钢板；所述装舱口支架内侧靠近装舱管本体侧安装有呈镜像对称有的装舱闸板轨道，两个装舱闸板轨道之间插装有装舱口闸板；所述装舱口支架的内在远离装舱管本体侧设有装舱口格栅，可实现向船艏方向的装舱，有助于船舶装舱平整的实现，减小艏艉吃水差；

3.2)安装溢流筒围堰：

溢流筒围堰：包括主围堰、副围堰以及溢流筒本体，所述主围堰为喇叭口结构，上端直径大，下端直径小，主围堰的小径端焊接在主围堰的上表面；所述副围堰为半圆形条状结构；所述副围堰通过三角形连接架和螺栓连接在主围堰的上端部；

4)、模拟装舱：

施工初期，通过模拟装舱软件对船舶装舱工况，装仓曲线，装舱后泥沙厚度，以及不同粒径的泥沙分布进行模拟分析；而后分别设置前后装舱时间，分析泥舱内不同组分泥沙分布情况及规定时间内的装舱情况，选取最优装舱方案；

5)、利用施工周期比选计算软件进行计算施工周期：

首选根据前期对施工区潮汐规律进行收集，录入该计算软件，形成潮汐曲线，同时初步设定船舶施工参数；在施工前利用比选计算软件进行计算，分析候潮施工与减载施工的周期生产率，选择最佳施工方案进行施工；

6)、施工参数优化：

通过现场通途轮施工情况及试验对比分析，针对取砂深度60m，中值粒径0.6mm的工况下深水取砂相关施工参数进行里优化，最终确定施工参数如下：航速1.3～1.5kn；水下泵转速380rpm；高压冲水压力14bar；波浪补偿器35～40bar。

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