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第四章 疏浚挖泥设备

第一节 挖泥船历史现状及发展趋势

1．历史回顾
中国疏浚业历史悠久，是世界上最早釆用人工方法开挖运河、疏浚河道、沟通水系来发展航运和进行排洪、蓄溉的国家。可追溯到大禹治水“禹疏九河”，春秋战国时期开始开挖的京杭运河目前还在发挥着重要的作用。
历史上中国曾经是世界造船和航海业均十分发达的泱泱大国。早在600年前，郑和曾先后七次率领中国自行建造的大型船队出使西洋。然而由于清朝廷的日益腐败和闭关自守，近代中国屡受西方列强的侵扰。1942年鸦片战争失败后，中英签订了“南京条约”，上海等5个沿海港口被辟为通商口岸。此后，西方列强不断向中国政府威逼，要求尽快对上述口岸的航道予以疏浚，在这样的背景下，清政府虽然囊中羞涩却不得不引进“机船”疏通口岸。
1895年清朝政府年向荷兰IHC购买了一艘350m3/h链斗挖泥船，并成立了海河工程局，成为中国最早的疏浚公司，即中交天津航道局有限公司的前身。此后1902年～1924年的20余年间，该局又先后向英国、荷兰、日本等购买了20余艘挖泥船和泥驳。如1910年从荷兰引进500m3/h自航链斗挖泥船“新河”号、1920年向英国布莱尼兹购买500m3自航耙吸船“快利”号等。这些装备早期为我国航道疏浚做出过贡献。其后由于长达8年的抗日战争及3年解放战争的影响，直到解放前夕，天津港的疏浚装备不但没有得到发展而且饱受摧残。
1901年，列强们更是强迫清政府将抓紧浚治黄浦江航道的条款列入“辛丑和约”。时隔4年，1905年中交上海航道局有限公司的前身——上海浚浦工程局宣告成立，随之西方的疏浚设备也伴随而来，主要装备仍从英、荷、日、德等疏浚制造业发达国家购入。1916年～1937年的21年间形成了以“龙、虎、鲸、象”为主体的疏浚力量，其中海龙号、海虎号为500m3∕h链斗挖泥船，海鲸号、海象号为1000m3∕h吹泥船。1935年从德国买进的自航耙吸挖泥船“建设”号的舱容为3250m3，堪称“远东第一”，然而这一颇具规模的船队在历经抗日战争、解放战争磨难之后，已支离破碎，上海解放时原有的挖泥船只剩下了11艘且散泊于沿海各港。
新中国成立后的五十年代，为了适应工程的需要，挖掘老旧船舶的潜力，进行了大量的技术革新和技术改造，但无论是财力、物力还是技术力量都难以支持，大多只能对解放以前遗留下来的若干进口小型绞吸、链斗挖泥船进行测绘仿造，如中华造船厂建造的“水工一号”、武昌造船厂建造的“洞庭号”，均为同类型进口船的仿制品。
六十年代，一批专业设计院所陆续组建，国内开始自行设计、建造了一些中小型挖泥船。并引进了我国第一艘舱容4000m3的双边耙耙吸挖泥船。
七十至八十年代，为适应国民经济发展的需要，特别七十年代初期为改变我国港口落后面貌，开始了大规模的港口建设，使疏浚装备得到了较大的发展。国家向荷兰先后二次订购了39艘各类大中型挖泥船，其中4600HP绞吸挖泥船16艘，舱容4500m3耙吸挖泥船4艘以及其他规格挖泥船。向日本订购了包括舱容6500m3耙吸挖泥船在内的多种挖泥船。采购数量之巨在我国疏浚史上是空前的。八十年代再次购进一批中小型挖泥船。
这一期间，国产挖泥船也开始走上发展轨道。陆续开发出一大批新船型，较具代表性的有：500m3/h链斗挖泥船、1470kW绞吸挖泥船、280m3/h斗轮挖泥船、350m3自航自载双抓挖泥船、4m3抓斗挖泥船及800m3、1000m3、1500m3、4500m3系列自航耙吸挖泥船等各类疏浚船舶。这期间国内所建造的挖泥船无论在数量、品种、技术含量上都较七十年代以前有了明显进步，并在各项建设中发挥了较好的效益。
九十年代，我国除向荷兰购置3艘舱容5000m3耙吸挖泥船及10余艘绞吸挖泥船外，中小型基本上以国产船为主，一批高技术含量的挖泥船相继问世，具代表性的船舶有：多功能1250m3/h吸盘挖泥船，国际首例采用喷水推进的1500m3/h耙吸挖泥船，2000m3/h自航耙吸挖泥船，8m3抓斗挖泥船，装有国产水下监视仪的4m3铲石船，1750m3/h绞吸挖泥船，1600kW系列斗轮挖泥船等。
2．现状及发展趋势
进入新世纪以来，在我国经济持续快速增长，进出口贸易急剧攀升的情况下，迎来了我国港口建设史上的新高潮，长江口及珠江口航道治理工程、洋山深水港、天津港25万吨级航道等一批重大国家战略项目相继并工。同时随着国家经济结构和产业布局的调整，天津滨海新区、曹妃甸工业区等沿海工业区的兴起，造就了大批围海造地项目，在这一巨大市场需求和广阔的发展空间刺激下，我国的疏浚装备也得到了前所未有的快速发展。挖泥船趋向大型化、智能化，且集中向大型耙吸、绞吸挖泥船发展。
2.1 耙吸挖泥船
2002年11月，中交上海航道局有限公司在荷兰IHC公司成功地建成了1艘当时世界上技术最先进、自动化程度最高、舱容为12888m3的自航耙吸挖泥船“新海龙”轮。这一举措打破了国内无10000m3舱容耙吸挖泥船的历史。该船长152.71m，宽27.0m，型深10.4m，航速16.8kn，总装机功率19528kW，最大挖深达45m，船舶除了具有通常的挖抛功能外，挖喷、挖吹、右挖左填、浅水抛泥及深水深抛等作业更是其强项。船上配置的集成控制系统，可实现船舶位置和航线的全自动化控制，如图4-1-1。

图4-1-1 “新海龙”轮船舶图

在“新海龙”轮建造的同时，该局公司在充分吸收国外先进装备技术的基础上，于2002年初和2002年底分别将2艘2.6万吨级的旧散货船改造成舱容12000m3的耙吸挖泥船；2004年11月又成功地改建了1艘舱容13000m3、取砂深度达70m的疏浚工程船“新海狮”轮。在此期间，中交广州航道局有限公司也于2004年在荷兰IHC建造了1艘舱容为10028m3的自航耙吸挖泥船“万顷砂”轮；此后，中交上海航道局有限公司又在广州文冲船厂建造了2艘由国内自主设计、世界先进、国内一流的舱容分别为13500m3和16888m3的自航耙吸挖泥船，中交天津航道局有限公司也建造了1艘舱容为13500m3的大型耙吸挖泥船，至此我国共有舱容万m3以上耙吸挖泥船8艘。目前中交股份将在“十一五”期间规划1艘国际自航耙吸挖泥船的旗舰船。
2.2 绞吸挖泥船
2000年以前，国内最大的绞吸挖泥船为中交天津航道局有限公司的津航浚215轮，该船舶总长113m、型宽19m、最大排距4500m、总装机功率10800kW、设计生产效率2500m3/h。其他疏浚公司的船舶装机功率均小于6000kW。2002年，中交上海航道局有限公司从国外引进了被称之为“亚洲第一”的，总装机功率为11952kW，最大挖深达27m，生产能力达3500m3/h的斗轮（绞吸）挖泥船“新海豹”轮如图4-1-2；接着2004年又引进了总装机功率为11617kW的双刀轮挖泥船，设计生产效率2700m3/h，最大排距6500m；在引进装备技术的基础上，2006年又成功地在国内建造了神州第一绞“新海鳄”轮，该船总装机功率为14576kW，排距7000m，设计生产效率3500m3/h。与此同时中交天津航道局有限公司、中交广州航道局有限公司也分别建成了“天狮”轮、“恒龙”轮等一批大型绞吸挖泥船。至此，我国大型绞吸挖泥船的装备能力越上了一个新的台阶。目前中交天津航道局有限公司在招商局重工有限公司建造1艘世界第三、国内第一的超大型自航绞吸挖泥船“天鲸”轮，该船装机功率达20000kW，生产效率为4500m3/h。此外由于市场需求的不断刺激，一些民营企业也纷纷建造了一批生产效率为2500m3/h～3500m3/h的大型绞吸挖泥船。

图4-1-2 “新海豹”轮船舶图
在大力发展大型耙吸、绞吸挖泥船的同时，国内一些主要疏浚公司，考虑到施工装备上的配套和一些特殊工程上的要求，也在建造少量的大型抓斗挖泥船，原有的链斗等斗式挖泥船因施工占用水域大、施工效率低、成本高等因素逐步萎缩，有的已退出疏浚市场。

第二节 耙吸挖泥船舶

1．耙吸式挖泥船基本原理

图 4-2-1 耙吸挖泥船布置简图
耙吸挖泥船是一种装备有耙头挖掘机具和水力吸泥装置的大型自航、装舱式的挖泥船。在它的舷旁，或尾部开槽，或船中的耙井里，安装有耙臂（吸泥管）。在耙臂的后端装有用于挖掘水下土层的耙头，其前端以弯管与船上的泥浆吸入管相连接。耙臂可作上下升降运动，其后端能放入水下一定深度，使耙头与水下土层的疏浚工作面相接触。通过船上的推进装置，使该挖泥船在航行中拽曳耙头前移，对水下土层的泥沙进行耙松和挖掘。泥泵的抽吸作用从耙头的吸口吸入挖掘的泥沙与水流的混合体（泥浆）经耙臂、弯管等吸泥管道进入泥泵，最后经泥泵排出端装入挖泥船自身设置的泥舱中。当泥舱满载疏浚泥沙后，即停止疏浚挖泥工作，提升耙臂和耙头出水，再航行至指定的抛泥区，通过泥舱底部所置的泥门，自行将舱内的泥沙卸空；或通过泥舱所置的吸泥管，用船上的泥泵将其泥浆吸出，经甲板上的排泥管系与输泥浮管或岸管，将泥浆卸至指定区域或吹泥上岸。然后，驶返原挖泥作业区，继续进行下一次挖泥作业。
自航式耙吸挖泥船的一般布置见图4-2-1所示

2.泥泵
泥泵是一种特殊结构的离心泵，是吸扬装置的核心部件。挖泥船使用的泥泵，都是单级单吸悬臂式离心泵，它在原动机的驱动下，通过叶轮在泵壳内的旋转产生吸入真空和排出压力进行吸排泥工作。图4-2-2是闭式泥泵简图。

图4-2-2闭式泥泵简图
为了提高泥泵使用寿命和效率，除在材料上采用新型的耐磨材料外，诸如20Cr5Cu、耐磨橡胶等，泥泵的轴侧、吸入侧均需装设密封装置。
设计泥泵时应满足下列特殊要求：
1）叶片宽度是等宽的。一般离心水泵的叶片宽度从进口到出口是逐渐减小的，这样会使一些较大的固体物卡在叶片内。
2）前、后盖的内侧均装有可更换的耐磨衬板，有的在蜗形流道内也装有衬板。
耐磨衬板可借助于调整螺钉作轴向移动，以保证初始安装轴向间隙，但这种结构难以调整，在实用上受到一定的限制。由于磨损的结果，使叶墙和前、后盖之间的轴向间隙增大，这样既破坏了“水封”，又加剧了泥泵内部漏泄，使泥泵的容积效率降低。
鉴于以上原因，人们就把泵壳内的各种衬板连接成整体，也就是上述的双层泵壳。
3）配置水封泵。对叶轮前、后叶墙和泵壳压盖衬板之间进行冲水，防止或减少砂粒渗入，从而提高了叶轮轴毂、密封装置的寿命。冲水泵的压力必须超过泥泵所产生的扬程。
冲水泵还可兼作灌注泵，供泥泵启动时作灌水用。
叶轮是泥泵的主要部件，它有很多种型式。主要包括闭式叶轮、半开式叶轮、开式叶轮。
由于开式叶轮的摩擦损失较大，造成磨损严重、效率降低等缺陷，所以现在一般均采用闭式叶轮。闭式叶轮虽然也有磨损，然而能较好地保持叶片原型，保证泥泵工作效率稳定，据观察，在整个挖泥作业期间闭式叶轮的效率只下降2%--3℅，而开式叶轮效率下降得很多。
采用了闭式叶轮后，对泥泵也带来了一些新的要求。首先要求通过吸泥头的颗粒状物质也能顺利无阻地通过叶轮，尽管在设计中对此赋予了特别注意，但在实际使用中仍会有较大的硬性物质（如锚链、铁棒等）卡在泵壳和叶轮之间。当叶轮被硬性物质突然卡住时，有可能损坏泵轴的悬臂部分，或者更有甚者损坏泥泵柴油机的曲轴。因此要求在柴油机和泥泵之间需要凭借安全离合器来避免柴油机突然卡死的工况。
目前，较新型的国内外泥泵都采用气胎离合器和高弹性摩擦离合器。安装这种离合器的优点是：当泥泵卡住时，离合器的主动部分和从动部分发生位移，并输出信号释放压缩空气，使主、从动部分脱开，从而起到安全保护作用；在维护时也可把泥泵和柴油机脱离，给装拆、检修带来方便；另外，在便于遥控、吸收震动、补偿船体变形、简化安装工艺等方面也都带来了很多好处。
此外，也有在驱动泥泵的减速箱内安装片式摩擦离合器，超负荷发出讯号，并使主机和泥泵脱开。
采用闭式叶轮后的第二个要求是：由于前、后叶墙面积不同，因此带来了比开式叶轮要大得多的轴向力。因此在泥泵装置的轴线上加装推力轴承，近代都以滚珠轴承取代老式的滑动式推力轴承。
3.耙管
吸泥管有两段长度管组成，用万向接头连接，用臂杆连接到吸泥管弯头/滑动装置上。
耙管组件：吸泥管主要由下列各部件组成（见图4-2-3）：

图4-2-3 耙管组件 1.吸泥管弯管枢轴臂 2.吸泥软管 3.带枢轴臂的中间管
4.上管段 5.带枢轴臂的中间管 6.吸泥软管 7.万向接头 8.带枢轴的中间管
9.旋转接头 10.下管段11.耙头

4.耙头
一般耙头由下列各部分组成：
1）.吸泥口 耙头的最下端与河床接触、挖掘的泥土中由此吸进，而吸泥口的面积取决于吸泥管，通常为吸泥管的三倍。
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，格栅矩形孔边长尺寸应比设计通过泥泵杂物的尺寸小10%。
3）.刮土板 活动鄂板的下部，起刮泥及破土作用，为保持较好的与泥面吻合，前鄂板是活动的。
4）.鄂板 分两部分，后鄂板在耙唇的上部，前鄂板面固定在吸泥管接头，两部分用轴连接，以防止挖掘物外泻。
5）.耙轴 为连接两块鄂板的轴鞘，使鄂板活络，耙行时能与河床保持吻合。
6）.拖板 位于耙轴的底部，保护耙头。
7）.压铁 防止后鄂上升被卡住不能落下，在其下面装有压铁。压铁一般装在耙唇的后部。
8）.安全销 在耙头鄂板与吸管之间有连接安全销，当耙行遇到障碍物时，安全销会先折断，以保护耙头不受损坏。
9）.耙齿 装在拖板上，增加破土能力，提高泥浆浓度。耙齿有固定或可拆换两种。
10）.进水孔 在固定鄂板上装有盖板，可根据河床土质，必要时打开盖板补充耙头进水量以防止挖软泥时吸口被“闷死”。
11）.橡皮靠垫 装在耙头内侧靠近船舷一边，在耙头吊上放下时用以保护船舷板。
5.弯管和滑块
由绞车控制钢丝绳和吊架将吸泥管提升移到船外，将吸泥管末端下放到所需的水深处，吸泥管弯管作为枢轴装在弯管承座上，承座为弯管滑架的组成部分。吸泥管放到舷外时，滑块即进入船体上的导轨并被下放，直到承座（或弯管）与水面以下船体上的吸口对准为止，钢质承座滑块可在导轨里移动，该导轨设在船壳板上。为使船舶阻力降至最低，使导轨凹入船壳板安装，采用重型钢楔形状使滑块就位，该钢楔把滑架紧贴在吸口上，此种连接方式能在任何情况下都能保持接口水密。
6.船体内耙管吸口
铸钢吸泥管弯头或枢轴弯管，向着船内一端的管头装在承座内，并可沿一水平横向轴线回转，可使吸泥管下放，直至耙头到达所需水深为止。弯道另一端上一对焊接的枢轴臂相联，与挠性中间管共同组成挠性接头，当把吸泥管提升到船内，挖泥时改变航线，以及挖泥时与水流形成某个角度时，使吸泥管可进行水平方向的运动。这一点非常必要。枢轴销采用高强度钢，并具有可更换的衬套，枢轴臂跨接在吸泥软管之外该吸泥软管具有足够的挠度，能在两边之间40°内做角位移。
7.舱内进口管
吸泥软管由多层橡胶和合成材料组合而成，并衬有耐磨橡胶。在橡胶内的强化钢圈能防止软管因吸泥影响而被压瘪。软管通过压模橡胶法兰及压圈与对接的法兰相连接。上、下管段的下端均有重型吊攀。管段长度根据挖深的要求而定，如果船舶设计允许，也可采用相同的管段。
8．装舱和分布系统
8.1装舱和分布系统：在泥舱上面或泥舱里设有装舱分布装置，利用这种装置为泥舱装泥。在大多数情况下，该装置由一条或几条管道或溜泥槽组成，管道或溜泥槽中装有闸阀或其他阀门，能使泥浆均匀分布至泥舱各处。
8.2扩散器：管道或溜泥槽的末端装有扩散器或消能系统，能降低泵吸进来的泥浆流速和分散泥浆。
对装舱系统有两个主要的要求：
——必须减低泵入泥舱的泥浆的能量。
——进来的泥浆不应含有很多的空气。
8.3低能量：泥浆的低能量（即低流速）和不含气泡，有利于泥沙颗粒在泥舱中迅速沉淀，从而减少溢流的损失。

图 4-2-5 扩散器出口
试验表明，在溜泥槽的末端，安装一个或几个开式扩散器是降低泥浆的有效方法之一，这种扩散器是装舱系统特有的装置，如图4-2-4和图4-2-5所示。

图 4-2-4 设置于泥舱上方的泥管扩散器
泥浆的能量可以进一步减低，其方法是将溜泥槽的出口设在低于最大溢流高度处排泥，并插入若干与水流方向大致成直角的链条。
8.4深装舱系统：另一种布置方式称之为深装舱系统（图4-2-6）。该系统中，扩散器伸入泥舱内较深处，使流速在扩散器内大大降低，当泥浆离开扩散器时，剩余的能量在沉降的固体颗粒土层中消散。
8.5沸腾箱式装载系统：第三种型式是沸腾箱式装舱系统（见图4-2-7），能量在此降低。这种系统全由格栅组成，格栅起着扩散器的作用，沸腾箱系统经常使用闭式泥舱。

图 4-2-7 沸腾箱式装舱系统

图 4-2-6 深装舱系统简图

试验表明，疏浚沙砂（ d50=0.12mm）且在泥舱装载很低时，从限制溢流损失的观点来看，深装舱系统是三种系统最佳的一种。沸腾箱式装舱系统提供了类似的结果。在泥舱装载量较高时，推荐采用沸腾箱式装舱系统和扩散器系统。在实际条件下所作测量表明，扩散器系统在建造和维护方面比较简单，在施工土质为较粗颗粒泥沙，装舱较高时效果最佳。
8.6砾石：当耙吸砾石或与泥沙混合的砾石时，但不具有所需要的粒径分布时，装舱前可先进行筛选。其方法可采用：
一种可调节的静态筛；
一种在水下的振动筛。
每种方法都备有两条排泥管，分别输送粗颗粒和细颗粒。根据需要，将其中一种颗粒装入泥舱，另一种颗粒则排向船舷外。
8.7泥舱形状和尺度：泥舱有开式和闭式两种主要类型，开式泥舱大都是传统性产品，进入开式泥舱的泥沙颜色和流态能显示装舱作业的进展情况。
为了尽量减少溢流损失，泥浆必须尽可能广泛分布到泥舱的各个截面上，并尽可能以低而恒定的流速向溢流方向流动，使扰动和涡流最少，泥舱的固体颗粒就有机会沉淀下来。
8.8狭长型：大量的试验已经证明，若泥舱面积一定，就溢流损失而言，狭长型的泥舱，效果最佳，但装舱不均匀的风险较大，解决办法是在装舱溜泥槽中增设几个卸泥口。
然而狭长型船舶造价较高，且在许多情况下，狭长型泥舱所具有的有利沉降过程的效果，还不如短宽型泥舱所能节约的基建费用，通常在设计中将泥舱，船的其它挖泥装置一起进行综合考虑加以解决。
9.处理低浓度泥浆
为了在开始挖泥的最初几分钟内使泥舱里没有水位占去舱容，另一个办法就是将低浓度泥浆或清水排出舷外。有些挖泥船上装有低浓度自动舷外排出装置（ALMO），有关的闸阀是自动控制的，只有达到预定密度的泥浆才准许流进泥舱。这些阀由浓度计和流量计发出的信号驱动。
挖泥开始阶段低浓度舷外排出，特别是在挖淤泥的时候能提高疏浚生产率，泥浆一达到足够的浓度就会自动地注入泥舱。
现在，进舱阀应打开，舷外排出阀应关闭。
在有两个耙吸管的船上，这些闸阀安装在左舷和右舷的管路系统里。
在上述两种情况下，自行吹泥直接排岸的闸阀（如装用时）应在关闭的位置；两套泥浆系统（如装用时）之间交叉连接的管道上的那些闸阀也同样保持关闭。
闸阀的开关状态由挖泥控制台液压面板上的闸阀控制按钮指示灯来显示。为便于识别，按钮安装在管路的模拟图板上。模拟图板清楚地标明闸阀在管系里的位置，这些阀的操作在吸泥管控制台上进行。
一般用液压控制阀操作闸阀。控制阀可以是电控的或是压缩空气控制的，前者的电磁线圈用电来自24V直流电网。大多数船上在整个挖泥期内液压动力机组一直在工作着。在现代挖泥船上，当给出指令后液压泵机组即起动，并在3秒钟后各吊架和闸阀的油缸内的压力将增加到工作压力。有些情况下采取用蓄能器，在液压泵停止后保持有压力。
当动作完成以后，压力将升至最大值。若船上装有电动绞车，因向外和向内摆动吸泥管吊架需要有压力，压力延迟的时间可以较短。装用液压马达驱动绞车的船，则需要有持续的工作液压供应。
当船一到达施工现场，即应准备好耙吸管外移。封水泵运转，闸阀均处于正确的开关状态。因离合器处于脱开状态，故泥泵柴油机在空转。其转速可从挖泥控制台上的转速表读出。
10.带高压冲水装置：
冲水喷咀：疏浚颗粒细小而密实的泥砂时，可给耙头安装冲水喷咀。高压冲水会穿入底土，使泥砂得到预先液化，高压水经安装在吸泥管上的水管流到喷咀，此水管连接在耙头的内装水管上。用于耙头喷咀的高压水管经过挠性接头处使用高压软管，而挠性接头出的高压接头处的高压橡胶软管中心与耙轴臂的枢轴中心，（见图4-2-8）是在同一直线上，万向接头处的布局也通常如此。通过船体上吸泥口前方的接头将水管与舱内泵连接起来。

图4-2-8 高压水管布置图

11.液压设备
液压气动系统（见图4-2-9）的工作原理：
活塞杆在液压缸内运动，液压缸通过一根管子连接到储罐（蓄能器），活塞杆以下液压部分及连接的管子和储罐的下部都充满液压油。储油罐的上部含有压缩空气。
活塞杆的顶端有滑轮，供吊吸泥管的钢丝绳使用，钢丝绳从绞车开始，经过几个导向滑轮，包括活塞杆顶端的在内，到达吸泥管，在吸泥管处，钢丝绳的末端连结到吊攀上。
当挖泥船处于纵、横摇时，由于钢丝绳所受拉力增加，使得活塞杆下行，而压缩了

储油罐内的空气，接下来当挖泥船向下运动时，随着钢丝绳所受拉力的减小，活塞杆被增加的空气压力又向上压去。这样钢丝绳始终处于绷紧状态，使吸泥管悬吊系统中等于存在一种以液
图 4-2-9 波浪补偿器工作原理
压挠性装置—气动缓冲器形式工作的。
波浪补偿器活塞杆的行程应与挖泥船在施工区内浪高相适应。
波浪补偿系统由下列部件组成：
储油罐，一个或几个;
液压缸，一个;
油箱，一个;
油泵，一台;
压缩空气气源;
连接管线及附件.
船上的主液压系统可给波浪补偿器系统供油。
12.按卸泥方式划分的施工方法
12.1旁通（边抛）施工方法：
根据挖泥船机械装备不同，旁通施工有两种情况。一种吸上泥浆，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: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0～90º交角位置。旁通（边抛）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。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，会有不等比例的排出泥沙回淤挖槽。
采用旁通（边抛）施工应注意下列情况：
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）挖槽宽度以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）运用边抛施工，需注意不影响过往船舶的航行；
6）得到海事局和水域环保部门的许可。

12.2装舱（装舱溢流）施工法：
装舱施工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容系指该船设计最大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，不同土质和实际有效装载泥沙量来调整不同的溢流档次以确定使用舱容，适用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泥舱后，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继续装较浓泥浆，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大装舱量的目的。见图4-2-10、图4-2-11。
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效；
2）对先行挖槽部位或下深槽的回淤影响；
3）对挖槽附近港池，航道，锚地影响；
4）附近有无水产养殖场；
5）对施工水域有无水质浑浊度、溶解氧的特殊要求。

12.3吹填施工法：

图 4-2-11 耙吸挖泥船装舱作业循环之二
用于疏浚土进舱后短时间内很难沉积的情况（包括以未固结淤泥、浮泥、极细粉沙等为主的土质）

图4-2-10耙吸挖泥船装舱作业循环之一
用于疏浚土进舱后能不等程度有效沉积的情况（包括砾石、粗中沙、细沙、粗粉沙、大小团块淤泥、粘土等土质，对于最易沉淀的砾石、粗中沙等，也可不抽舱）。
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。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，只是在特定条件下的选择。因此，在综合经济效益比较后，从特定效果来决定。
吹填施工方式有三种：
1）接岸管吹泥：耙吸挖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，潮流异常影响，能使岸管作垂直、水平适度移动的自动俯仰、伸缩、摆动的调节装置。
2）系泊浮筒接水上管吹泥：有些耙吸挖泥船，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进行吹填（如图4-2-12所示）。自浮排泥管的另一端则与岸管相联。

图 4-2-13耙吸船进行艏喷吹泥
3）喷射吹泥： 应用此种方法时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（如图4-2-13所示），喷出距离约30--150m。

图 4-2-12 耙吸船连接水上管

13.其它施工方法
定深挖泥 即使同一挖槽，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浅埂之类的浅点，在底沙运动剧烈的河段，还会形成沙波、沙包。扫浅时，若浅点土质较硬，耙头虽然移挖到位，一碰浅点，却会自动滑下而无法挖除。这时，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，定深挖泥以免过深，提高分层和槽底的平整度。
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进行，减少漏挖浅点、浅埂或垄沟，避免一再反复重挖或局部掘土过深，扫浅时，定位疏浚尤为重要。
GPS定位法 在开阔水域或海上施工，利用GPS定位仪定位导航，是现今日益广泛使用的先进方法。随着工程进展，将疏浚区的水深情况输入电脑，及时更正图象，挖泥船可按照水深图纸或荧屏显示的浅区浅点，由定位仪引导准确地进行开挖与扫浅。
用导标控制船位 近岸施工，通常在陆上设疏浚导标，标示挖槽边线和中线，起点与终点并可按照挖槽底宽、段长、转折等不同槽形与要求，视条件分设多对。前后导标间距越长，船位距前导标越近，灵敏度越高，船位越准确。
用浮标控制船位 在无陆标可用水域，不得不设置浮标表示挖区范围，从而可借浮标随时校对自己的船位。此时，首先要求浮标位置正确。但与其他定位方法比较，浮标定位精度稍逊一筹，尤其在风浪影响较大，存在潮流回转的水域。船距浮标较近时，可观测浮标方位并估测相对距离，判别船位所在。若浮标按航道两侧成对设置时，由船上视一侧边线两浮标间夹角小的一侧。观测同侧前方两浮标，其中离船较近的一个处于视野外侧，两浮标夹角越小，表明船位在槽内，但越向边线趋近，如两浮标和本船目测者重叠成一线时，船位已出边线之外，并与浮标距离边线的尺度相同。此外，也可采用观测船前后或左右两侧两个浮标的方位相交法测出船位，但交角要在30º~150º之间。必须注意的是，在感潮河口、河段或强风情况下，宜酌情修正图上浮标的当时概位后加以判读。若发现浮标已经明显移位，则不可行。
进退挖泥法（拉锯式） 挖槽颇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，或鉴于调头航行在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纵条件，耙吸挖泥船采取进退挖泥法。即在挖到终点或挖过浅点后，起耙并将耙头提升到离开河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，要高度注意防止耙管在倒退中折损。此外，为了浚挖孤立浅点或散落浅点，根据挖槽槽形，槽外水深和水流条件，还可以采用S形绕行耙挖法，斜交梳挖法等。
逆流和顺流挖泥 耙吸挖泥船施工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，船受水流助推，可用较小推进功率，获得较高的对地航速 ，挖泥效果相对较好，但船舶舵效差，若流速较快，往往难以控制避让，遇到水底障碍物，对耙头耙管更不利。一般认为顺流挖泥宜在流速不大于2kn、水域宽阔、无虑船舶航行干扰的情况下酌情实施，仍需做好应急避让准备，并注意确保本船机械设备良好，遇有较大流压角情况，要避免在浮筒上游近侧耙挖通过。
带耙调头 耙吸挖泥船作业时掉头操作很频繁，如24小时作业可能达到几十次乃至上百次。为此，挖泥船都配置双推进器。主推进器采用可变距螺旋桨的更趋普遍。这些设备的改进，不仅大大缩短掉头耗用时间，其回转直径也从2.5～3.5倍船长减少到1.5倍以内。但因疏浚水域过分狭隘，依靠上述措施，仍难实现自由回转。每逢航槽狭长，槽外两侧水深有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专设掉头区掉头后，才能航行到挖泥区段挖泥，或外航抛泥。在这种情况下，常采用带耙掉头方法，挖泥船能够在槽宽等于本船水线船长的条件下实现180°掉头。其操作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，可增加船首横向推进器助推，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，完成掉头。在掉头过程中泥泵仍可吸泥。在风流影响较大的场合，带耙掉头时，宜使用上风上流侧耙头，如挖泥船只有单耙，亦宜根据上风上流的原则用耙。掉头时，要始终密切观察耙头与船体相对运动的情况，调节两舷用车用舵。耙管与船舷边线的外张交角，应控制在该船耙管挠性接头设计规定的允许平面摆动角幅度内（可查阅该船设计内容），若耙管具有两道挠性接头，自前部挠性接头至耙头全身长计算，外摆角不应超过约15º。风流较强，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。
往返挖法 往返挖泥法有二种：
挖槽较短或一个船次需要装舱溢流时间较长，若第一次逆流挖到终点，仍须继续第二次，第三次开挖才能完成船次装舱时，水流缓慢，槽内无其他船舶航行干扰影响安全，挖泥船可以起耙小调头，进行与第一次相反航向的第二次挖泥。如此往返疏浚以迄完成装舱。所需次数为：
每船次挖泥次数=
实践表明，一次航向耙挖长度越短，施工效率越低。
第一次挖泥达到终点后，起耙调头，航行返回到上一次起挖线并超过后，再调头上线进槽，槽外水深常浅于槽内，往往出现船首向槽里深水侧偏转动向，艉则趋向槽外，不但会影响浚挖难以到位，尚需防止因水位变化导致艉部擦浅。为此，宜根据挖槽要求结合自然条件，安排浚挖时机和措施。
挖泥作业时，对地航速相比自由航行要慢很多，受风流影响的作用程度从而也大得多。轻载时，干舷大，风的影响增大，重载时，吃水深，流的影响增大，在风流斜交挖泥船纵向中心线较大较强情况下，要保持预定航行轨迹挖泥，一定得考虑必要的流压差，并随时注意修正船首方向，如挖槽狭窄，船向与航槽轴向相差大，挖泥船往往难免在槽内横亘，要慎重处理船舶避让，并防止风流下侧耙头压进船底。
锚缆施工法：
耙吸式挖泥船也可利用锚缆进行挖泥。采用这种方法施工，将耙头换成专设的吸泥头，或不另换专门设备也可，施工时顶风（流）抛出本船航行用锚，并松出一定长度的锚链，有条件的地区再适当带边缆，然后下放耙头进行吸泥。船只摆动和前进均用锚链收放进行控制。此法用于局部回淤性地区的施工。

第三节 绞吸挖泥船

1.绞刀
绞刀是绞吸挖泥船的主要挖掘设备，安装于绞刀架的最前端。它主要有轮毂、大圈、刀臂和绞刀片（齿）等组成。用轴与绞刀原动机相连接。在施工中，靠原动机驱动其旋转来实现水下挖掘，被搅松或切削下来的疏浚物与水混合后形成浆体送入绞刀腔内，通过置于绞刀腔内的吸泥口进入泥泵。绞吸挖泥船的施工作业首先是由绞刀来完成的，故此，绞吸挖泥船绞刀挖掘性能的好坏，将直接影响船舶的生产效率和施工成本。
1.1绞刀的类型
按绞刀的基本结构形式来分，可分为开式、闭式、篮式、皇冠式、齿式等多种绞刀，如图4-3-1所示。其中开式绞刀早已不再使用，故不再介绍。

图4-3-1 不同结构形式的绞刀示意图

按挖掘的疏浚物来分，绞刀又可分为挖泥绞刀、挖砂绞刀、挖粘土绞刀和挖岩绞刀等几种。
2.斗轮
斗轮的切土方法和链斗挖泥的泥斗相似，它结合了链斗和绞刀两种装置的优点。斗轮挖掘装置，主要是由旋转式斗轮、滚柱轴承式驱动轴、钢质受泥斗和吸泥管等主要零部件组成。其旋转式斗轮是由若干个钢质无底泥斗和两只组装圈焊接成为一个整体，在无底泥斗的边上装有可拆卸式的耐磨刀刃，以便于刀刃磨损后易于进行调换。旋转式斗轮挖掘装置的旋转方向是纵向的，由多台低速、大扭矩、径向活塞式液压马达（或电机）驱动。其固定式不旋转的受泥斗，则安装于旋转式斗轮的内部，采用钢质焊接结构，在它容易磨损的部位，还装有可更换的防磨板。
斗轮在水下土层进行挖掘泥沙时，斗轮进行旋转，当其无底泥斗转至下部时，进行土层泥沙的挖掘，并使之装入泥斗内。当该无底泥斗继续旋转至上部时，泥斗内所载有的疏浚泥沙就通过泥斗下端的开口（无底），受一个固定刮板的作用，强制卸入两转动圈之间的固定式受泥斗。这样，就能够使各个旋转的无底泥斗所挖掘和载运的泥沙，几乎可以全部倒入其固定的受泥斗中，该泥沙和水的混合体通过受泥斗而进入吸泥管的吸口，最后被泥泵吸入。美国ELLicott公司资料，在挖坚硬土质时斗轮与基本型绞刀相比，生产率之比可达2：1～3：l，其泥浆浓度可达30～33％，而一般绞刀仅为15％左右。
斗轮和一般绞刀相比有以下优点：
（1）斗轮没有斗底，挖掘性能好，斗轮的切削力比绞刀大，适宜于挖掘硬土及密实的砂，并对各种土质，都可获得持续的高浓度产量。
（2）斗轮挖泥平整度较好，斗轮泄漏少。
（3）斗轮上装有刮土刀、能将粘在斗体上的余土括入吸入腔室。
（4）挖泥不受摆动方向变化的影响，均能连续地有效地进行挖掘，切泥方向始终自下而上。
（5）在挖泥作业中运转平稳，振动和噪音都很小。
（6）总装机功率可较一般绞吸挖泥船有所减小。
荷兰IHC公司的标准斗轮外形如图4-3-2所示。

图4-3-2 荷兰IHC标准斗轮

3.绞刀桥架
绞刀桥架又称绞刀架，通常为一箱型钢结构构件，它可以在一个垂直于水面中做上下运动。在绞刀桥架上除了安装绞刀外，还装有吸泥管、绞刀动力设备（绞刀电机或液压马达）、水下泵（早年的绞吸挖泥船一般不安装水下泵）、水下泵动力设备（水下泵电机或液压马达）、齿轮箱等。
桥架有两个重要作用，其一是满足安装上述设备所需强度要求；其二是满足挖掘所需重