抓斗船

2 挖泥船船型的選擇

區(qū)別長江航道不同區(qū)段的地質地貌和疏浚特點,采用不同型式的挖泥船進行施工作業(yè),其效果大不一樣。用于長江航道整治施工的挖泥船主要有:絞吸/斗輪、吸盤、耙吸、抓斗/鏟斗、鏈斗等類型。絞吸/斗輪、吸盤和耙吸挖泥船雖然效率較高,但主要適合挖掘砂、淤泥和松軟的土砂等,對上游硬質河床較難適應;斗輪船因定位鋼樁較難插入硬質河底,在卵石

等硬質河床基本無法使用;鏈斗船雖可適用于卵石河床,在川江以往的整治中也曾使用過,但較難適應挖掘深度的變化,且利用率不如抓斗船高,適用土質范圍也不如抓斗船廣。

抓斗挖泥船通常是單斗作業(yè),可配備不同類型的抓斗,以適應不同硬度的土質:可以挖掘N值小于15的淤泥、一般粘土、松散的沙質土;N值15~25的中等沙土;也可挖掘N值25~40的硬粘土、夾石砂質土和砂礫;甚至可以挖N值大于40的風化碎巖。除適應土質范圍廣外,還廣泛適用于狹小水域(港池、碼頭、以及堤堰和堤岸)的挖泥作業(yè)。挖掘深度較大,其中鋼索抓斗船最大挖深可達80 m。綜上所述,長江中上游,尤其川江航道硬質河床的疏浚以抓斗挖泥船為佳。且我局多年來以抓斗船為主進行川江航道整治也取得了較為滿意的效果。

3 挖掘機的選型

國內(nèi)外用于山區(qū)河流航道整治方式主要是對礁石鉆爆后再進行挖掘清理。可供選擇的設備主要有鋼索抓斗挖掘機、液壓反鏟挖掘機和液壓硬臂抓斗挖掘機。

3.1 鋼索抓斗挖掘機

此類機型具有被對挖物質的廣泛適應性、不同挖深的適應性及狹窄場所的適應性,但同時具有以下缺點:

(1)對結構緊密的卵石河床和爆破后的塊石,必須增加斗重以減少抬斗現(xiàn)象,由于斗重增加,提升能力、主機功率及整機重也相應增大。這將受到船體尺度及吃水的制約。

( 2)急流航段施工,特別是在水流速度大于3 m/s時,鋼索抓斗入水后漂斗現(xiàn)象嚴重,生產(chǎn)效率

較低。

(3)由于吊桿長度一定,不同的挖掘半徑只有通過調(diào)整變幅鋼纜來實現(xiàn),操作頻繁、機械磨損大、故障率高,影響了挖掘效率。

3.2 液壓反鏟挖掘機

該機型挖掘力強,生產(chǎn)效率高,在平原河流及沿海也廣泛采用。使用反鏟必須配置鋼樁以保證各種作業(yè)狀態(tài)下船舶的穩(wěn)性,故在狹窄、流急、硬質河床的川江航道作業(yè),易出現(xiàn)如下問題:

(1)同樣因定位樁很難插入到所需要的深度,必須增加主纜及橫移絞車以確保安全移船和定位,使系統(tǒng)變得復雜,船體重量增加,同時增加了輔助作業(yè)時間,功效受到影響。

(2)采用反鏟時,要求爆破后的塊石要小,且較均勻,但實際操作上卻很難達到。

(3)在調(diào)遣航行中,定位樁高度易受橋梁或過江電纜凈空高度的限制。

3.3 液壓硬臂抓斗挖掘機

該機型與液壓反鏟式不同之處僅在于斗桿末端安裝的斗型為二瓣式抓斗而已。其主要優(yōu)點如下:

(1)對定位、移船設備的要求相對簡單,只需主纜絞車和橫移絞車就可。

(2)較適用于抓取形狀各異、大小不一的塊石,充斗系數(shù)較高。

(3)液壓抓斗的重容比索斗小(一般僅為2~3之間),挖掘機功率、提升能力、整機重量都較索斗挖掘機小。故船舶主尺度相對較小,單船造價相對較低。

(4)回轉速度快、循環(huán)周期短、生產(chǎn)率高,同一工況、同一斗容的情況下,液壓硬臂抓斗較索斗生產(chǎn)率高出20%以上。且操作簡便、設備故障率低。

上述三種挖掘機的性能特點見表1:

鑒于液壓硬臂抓斗挖掘機優(yōu)點突出,用于川江航道的整治較為理想,斗容大小以4 m3為宜。

3.4 抓斗機的選型

本船設計力求整體技術形態(tài)先進,因而主要工作機械——抓斗機和傳動裝置的選用必須注重技術先進性、經(jīng)濟性、且易于維修和保養(yǎng)。

根據(jù)我局的使用習慣,并考慮到當今世界抓斗機的制造情況,我們對日立、小松的產(chǎn)品進行了比較。這兩家公司都生產(chǎn)定型的4 m3抓石機,且都有一定的市場覆蓋率。

4 有關疏浚指標的選擇

4.1 挖掘深度

為滿足1 000 t~3 000 t駁船組成的萬噸級船隊直抵重慶,在中上游航道整治中,最大施工水深一般需超過10 m。因此挖掘機挖掘深度取為水下12 m較為合適。

4.2 挖掘N值

由于長江中上游航道疏浚對象主要是卵石或爆炸后的塊石,這些土質的N值均在25~30之間,故將挖掘土質定為N≤30較符合長江中上游航道實際狀況。

5 主要船型參數(shù)及設備的選擇

5.1 船型尺度

5.1.1 吃水的選擇

因重慶以上航道均為內(nèi)河二級航道,枯水季節(jié)吃水限制在1.8 m,作為航道疏浚船舶,本船最大設計吃水擬不超過1.7 m。

5.1.2 船寬的選擇

為保證抓斗機的安全作業(yè),要求船舶具有一定的橫傾力矩,船寬是影響本船的橫傾力矩的重要要素。抓斗機正常工作時,規(guī)范及任務書要求船舶橫傾角不超過5°。不同的抓斗機正常工作時會產(chǎn)生不同的傾側力矩。根據(jù)現(xiàn)有資料:小松產(chǎn)品的傾側力矩為408.1 t·m;日立的傾側力矩為413.3 t·m;利勃海爾的傾側力矩為410.5 t·m;三者相當接近。作業(yè)工況時最大風力為浦氏5級,產(chǎn)生的風壓傾側力矩約為15.5 t·m。

由于規(guī)范規(guī)定的船舶橫傾角不超過5°,一般是對起重船而言,抓斗船因抓斗機(從一舷至另一舷)往返速度大,負荷變化突然,故穩(wěn)性要求通常較起重船要高,故我們考慮靜傾角3.5°。一定船寬的船舶與某個相對重心高度時靜傾3.5°所能提供的回復力矩是一定的,如表2所示(不考慮自由液面的影響)。

經(jīng)綜合考慮,船寬14 m左右即可,橫傾角(考慮風壓影響)約為3.0°。穩(wěn)性滿足要求。

5.1.3 船長的選擇

船長的選取主要是從全船布置,尤其是抓斗機以及甲板機械的布置和操作需要來考慮的,甲板室的布置和工作通道等亦不容忽視。按型船經(jīng)驗船長40 m左右即可。

綜合本船船型及特點如下:

本船為鋼質、單甲板、單底、首部雪橇形的方箱形非自航抓斗式抓石船。

本船尾部設全回轉抓斗機一臺,首部設甲板室。

航區(qū)為長江B、C級航區(qū),J級航段。擔負長江中、上游航道的整治,疏浚及港池的維護工作。

主要技術參數(shù)為:

總 長40.00 m左右

船 寬14.00 m左右

型 深設計確定

空載吃水1.70 m

抓斗斗容4 m3

挖掘土質 爆破碎石、軟巖石、砂卵石。在常規(guī)的施工條件下能挖掘貫入級數(shù)(N)值<30的土質。

生產(chǎn)能力120 m3/h

5.2 甲板機械及定位系統(tǒng)

本船施工時船隊組成如下:

主船(4 m3抓斗船) 500 m3石駁(艘數(shù)視裝船時間及運距而定) 一艘800 HP拖輪。

5.2.1 定位方式的選擇

本船主要使用于川江河段,考慮到該水域施工存在灘多、流急、彎道多的特點,擬采用六錨定位作業(yè),主纜絞車(2臺)下放施工距離長,且是全船的生命線,因此在設置上必須考慮安全,雙主纜須同時拋出,互為備用(如圖1所示),相應的2臺容纜絞車容繩量為1 000 m。另設4臺邊纜絞車及1套應急驅動系統(tǒng)。

5.2.2 各移船工況下所需的功率

我局抓斗船在長江中上游施工時一般采用兩種移船形式。

(1)五收三放(2臺主纜絞車、2臺容纜絞車、1臺橫移絞車主動收纜,另外3臺橫移絞車被動放纜)式作業(yè),約需功率164 kW;

(2)4臺橫移絞車聯(lián)動作業(yè),即一舷的2臺橫移絞車同時收纜,另一舷的2臺橫移絞車在一定的背壓下被動放纜,此時所需功率為98 kW。

5.2.3 水下出纜器

我局在長期實踐的基礎上與長江船舶設計院共同研究設計了液壓驅動水下出纜器裝置,即在船舶的艏部左右舷和艉部左右舷各安裝了一套液壓水下出纜器裝置。本裝置可以根據(jù)航道和過往船舶的吃水情況,在水下1~3.5 m的范圍內(nèi)借助液壓油缸變換出纜深度,不至礙航。此舉既減低了船員的勞動強度,也提高了施工效率。

5.3 主要動力設備選型

根據(jù)對本船使用工況所作的估算,并參照相近的型船資料已初步確定,本船主柴油機功率在350 kW左右。從表3中可以得出這樣的結論:選用引進國外專利的國內(nèi)生產(chǎn)柴油機就其使用性能來說已經(jīng)和進口柴油機基本相當。但工作過程中的穩(wěn)定性和可靠性與進口機尚有一定差距。

根據(jù)本船的使用工況要求,擬選用進口的雙端輸出軸的柴油機組1臺,一端通過氣胎離合器帶液壓泵組供甲板機械使用;另一端帶發(fā)電機組供全船其它用電。

5.4 有關電氣及控制系統(tǒng)

本船電氣及控制系統(tǒng)和原有的同類船舶相比有較大的改進:

·設備的選型均以自動化程度高、可靠性好為原則。

·為了保證挖掘作業(yè)準確可靠,本船擬采用DG-PS定位系統(tǒng),配合16通道的數(shù)式測深儀,實現(xiàn)船舶的精確定位(精度為0.5 m)。

·液壓絞車控制系統(tǒng)擬采用PLC可編程序控制器,以提高控制精度和可靠性。

6 結 論

本船綜合技術形態(tài)先進,能適應長江中、上游航道疏浚的要求。

船舶尺度范圍經(jīng)濟、合理,既滿足使用要求,又降低了造價。

船舶性能對采用不同抓斗機型號的適應性強。

施工定位系統(tǒng)配置安全、可靠、合理。

水下出纜器裝置的安裝使用大大增加了有效作業(yè)時間,提高了生產(chǎn)效率。

動力設備的選取保持了我局現(xiàn)有船舶機務維護的連續(xù)性,方便管理。

采用柴油機兩端輸出,且通過氣胎離合器及多輸出軸齒輪箱帶動油泵動力設備的傳動形式,既保證使用性能,又提高傳動效率。

先進電子技術的應用將提高本船在施工過程中機械設備控制的精度和動作的可靠性。

本船船型的前期研究,將為我局長江中、上游航道裝備新型4 m3抓斗挖泥船在船型技術上作了鋪墊。

7 擴 展

泰興市依科攀船舶設備有限公司在抓斗船的功能上進一步拓展了水上重物吊裝、水上打樁等多用途。

該公司生產(chǎn)的最大的抓斗船為25m3，最大吊重500T，通過轉換抓斗，可以實現(xiàn)打樁功能。2100433B

泰興市依科攀船舶設備有限公司開發(fā)的抓斗船在長江上游疏浚方面的運用簡介如下：

1 長江上游航道特點

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施,長江航運迎來了新的歷史發(fā)展機遇,同時也給長江中上游的航道治理提出了許多新的課題。

長江中上游,特別是處于丘陵和高山峽谷地區(qū)的千里川江,屬大型山區(qū)河流,著名的長江三峽位于其間;宜賓-重慶段,為丘陵地區(qū),灘多流急(流速高達3.5 m/s),且河床多為粒徑較大的卵石層覆蓋,空隙為砂、礫石填實,結構緊密;部分河段礁石林立,限制船舶吃水,枯水季節(jié)河寬僅150~250 m,實行控制的單行航道有多處,嚴重地妨礙了航運事業(yè)的發(fā)展。三峽大壩蓄水135 m高程時,回水只到忠縣;即使三峽大壩蓄水175 m高程時,重慶江津以上水位仍保持原狀。很顯然,要提高航道等級,該段航道需進行整治的工程量很大。

《抓斗挖泥船平板側推掃淺施工工法》的效益分析是：

1.在港口與航道疏浚工程中，由于抓斗式挖泥船自身設備的局限性，施工后期難免存在大量的淺點需重復施工，抓斗挖泥船平板側推掃淺法與傳統(tǒng)的逐點清挖法比較，不僅具有效果好、精度高的特點，而且彌補了抓斗船設備自身的缺點，提高了掃淺施工效率。

2.與傳統(tǒng)的抓斗挖泥船逐點清挖法比較，清淺施工時間可縮短60%以上，清淺施工成本可降低40%以上。

3.抓斗挖泥船平板側推掃淺法的掃淺平板制作簡單、方便，易于推廣。

4.抓斗挖泥船平板側推掃淺法在施工過程中充分利用了"去高填低"的原理，無需泥駁對疏浚土進行外運，節(jié)約了能源，降低了施工成本，同時減少了對拋泥區(qū)水環(huán)境的污染。

5.抓斗挖泥船在疏浚施工中是一種不可或缺的施工設備，疏浚后期的掃淺又是不得不面臨的技術難題，該工法在疏浚施工中的應用為港口與航道疏浚后期掃淺提供了技術支持，具有良好的社會效益。

6.采用該工法清淺，抓斗挖泥船在開挖時可按照梅花形挖泥法（如圖4所示），將淺點與超深控制一定在一定范圍內(nèi)（如0.5米以內(nèi)），施工后期再使用平板法進行掃淺，效果明顯，具有良好的經(jīng)濟效益。

中交廣州航道局有限公司基本情況

廣航局設有13個子公司，19個分公司，8個投資參控股項目公司，10個境內(nèi)外區(qū)域公司，總資產(chǎn)超275億（截至2021年6月）。員工總數(shù)達3100余人，具有職稱人員總數(shù)占比80.5%，擁有世界領先、亞洲最大的21000方耙吸船“浚洋1”、世界最大的200方抓斗船“東祥”及數(shù)量龐大的10000方耙吸船、8527型絞吸船、7025型絞吸船等，疏浚船隊標準化、系列化程度高，年標準疏浚能力超過2億立方米。

中交廣州航道局有限公司成果

廣航局積極融入國家發(fā)展大局，聚焦交通強國、粵港澳大灣區(qū)建設等重大國家戰(zhàn)略，參建了被譽為“現(xiàn)代世界七大奇跡”之一的港珠澳大橋工程 ，在大橋島隧建設中發(fā)揮了重要作用；參建了國家“十三五”重大工程深中通道工程 、中國首個由填海造陸建成的機場——澳門國際機場跑道區(qū)人工島填筑工程 。作為第一批走出去的疏浚企業(yè)，廣航局深耕海外，積極踐行“一帶一路”倡議，參建了由國家主席習近平揭幕的中斯合作標桿性項目科倫坡港口城項目 、納米鯨灣港疏浚吹填工程等重大國際工程。

公司格外重視對環(huán)境的保護，視其為自身應盡的社會責任。不僅在生產(chǎn)中嚴格遵循各國、各地區(qū)有關環(huán)保規(guī)定，同時努力創(chuàng)新環(huán)保施工的工藝、方法，如在渤海灣施工中積極參與《渤海碧海行動計劃》，南沙港工程建設中綜合利用疏浚土、寧海電廠工程使用鑿巖工法無爆破清礁等，體現(xiàn)了公司從施工到產(chǎn)品，從領導到一線員工對環(huán)境保護的深切關注和自覺行動。

公司以打造“最受歡迎的中國疏浚公司”為企業(yè)目標，以“至誠至信、盡職盡責、共創(chuàng)價值”為企業(yè)核心價值觀，依托設備、技術、人才和管理優(yōu)勢，在國內(nèi)外市場上贏得了良好聲譽，先后獲得了“全國優(yōu)秀施工企業(yè)”、“全國企業(yè)文化建設先進單位”、“中國建設銀行AAAA信用企業(yè)”等榮譽。