【正文】 第四章 疏浚挖泥設(shè)備第一節(jié) 挖泥船歷史現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1．歷史回顧 中國疏浚業(yè)歷史悠久，是世界上最早釆用人工方法開挖運(yùn)河、疏浚河道、溝通水系來發(fā)展航運(yùn)和進(jìn)行排洪、蓄溉的國家?？勺匪莸酱笥碇嗡坝硎杈藕印保呵飸?zhàn)國時(shí)期開始開挖的京杭運(yùn)河目前還在發(fā)揮著重要的作用。 歷史上中國曾經(jīng)是世界造船和航海業(yè)均十分發(fā)達(dá)的泱泱大國。早在600年前，鄭和曾先后七次率領(lǐng)中國自行建造的大型船隊(duì)出使西洋。然而由于清朝廷的日益腐敗和閉關(guān)自守，近代中國屢受西方列強(qiáng)的侵?jǐn)_。1942年鴉片戰(zhàn)爭失敗后，中英簽訂了“南京條約”，上海等5個(gè)沿海港口被辟為通商口岸。此后，西方列強(qiáng)不斷向中國政府威逼，要求盡快對上述口岸的航道予以疏浚，在這樣的背景下，清政府雖然囊中羞澀卻不得不引進(jìn)“機(jī)船”疏通口岸。 1895年清朝政府年向荷蘭IHC購買了一艘350m3/h鏈斗挖泥船，并成立了海河工程局，成為中國最早的疏浚公司，即中交天津航道局有限公司的前身。此后1902年～1924年的20余年間，該局又先后向英國、荷蘭、日本等購買了20余艘挖泥船和泥駁。如1910年從荷蘭引進(jìn)500m3/h自航鏈斗挖泥船“新河”號、1920年向英國布萊尼茲購買500m3自航耙吸船“快利”號等。這些裝備早期為我國航道疏浚做出過貢獻(xiàn)。其后由于長達(dá)8年的抗日戰(zhàn)爭及3年解放戰(zhàn)爭的影響，直到解放前夕，天津港的疏浚裝備不但沒有得到發(fā)展而且飽受摧殘。 1901年，列強(qiáng)們更是強(qiáng)迫清政府將抓緊浚治黃浦江航道的條款列入“辛丑和約”。時(shí)隔4年，1905年中交上海航道局有限公司的前身——上?？Ｆ止こ叹中娉闪ⅲS之西方的疏浚設(shè)備也伴隨而來，主要裝備仍從英、荷、日、德等疏浚制造業(yè)發(fā)達(dá)國家購入。1916年～1937年的21年間形成了以“龍、虎、鯨、象”為主體的疏浚力量，其中海龍?zhí)?、?；⑻枮?00m3∕h鏈斗挖泥船，海鯨號、海象號為1000m3∕h吹泥船。1935年從德國買進(jìn)的自航耙吸挖泥船“建設(shè)”號的艙容為3250m3，堪稱“遠(yuǎn)東第一”，然而這一頗具規(guī)模的船隊(duì)在歷經(jīng)抗日戰(zhàn)爭、解放戰(zhàn)爭磨難之后，已支離破碎，上海解放時(shí)原有的挖泥船只剩下了11艘且散泊于沿海各港。 新中國成立后的五十年代，為了適應(yīng)工程的需要，挖掘老舊船舶的潛力，進(jìn)行了大量的技術(shù)革新和技術(shù)改造，但無論是財(cái)力、物力還是技術(shù)力量都難以支持，大多只能對解放以前遺留下來的若干進(jìn)口小型絞吸、鏈斗挖泥船進(jìn)行測繪仿造，如中華造船廠建造的“水工一號”、武昌造船廠建造的“洞庭號”，均為同類型進(jìn)口船的仿制品。 六十年代，一批專業(yè)設(shè)計(jì)院所陸續(xù)組建，國內(nèi)開始自行設(shè)計(jì)、建造了一些中小型挖泥船。并引進(jìn)了我國第一艘艙容4000m3的雙邊耙耙吸挖泥船。 七十至八十年代，為適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，特別七十年代初期為改變我國港口落后面貌，開始了大規(guī)模的港口建設(shè)，使疏浚裝備得到了較大的發(fā)展。國家向荷蘭先后二次訂購了39艘各類大中型挖泥船，其中4600HP絞吸挖泥船16艘，艙容4500m3耙吸挖泥船4艘以及其他規(guī)格挖泥船。向日本訂購了包括艙容6500m3耙吸挖泥船在內(nèi)的多種挖泥船。采購數(shù)量之巨在我國疏浚史上是空前的。八十年代再次購進(jìn)一批中小型挖泥船。 這一期間，國產(chǎn)挖泥船也開始走上發(fā)展軌道。陸續(xù)開發(fā)出一大批新船型，較具代表性的有：500m3/h鏈斗挖泥船、1470kW絞吸挖泥船、280m3/h斗輪挖泥船、350m3自航自載雙抓挖泥船、4m3抓斗挖泥船及800m1000m1500m4500m3系列自航耙吸挖泥船等各類疏浚船舶。這期間國內(nèi)所建造的挖泥船無論在數(shù)量、品種、技術(shù)含量上都較七十年代以前有了明顯進(jìn)步，并在各項(xiàng)建設(shè)中發(fā)揮了較好的效益。 九十年代，我國除向荷蘭購置3艘艙容5000m3耙吸挖泥船及10余艘絞吸挖泥船外，中小型基本上以國產(chǎn)船為主，一批高技術(shù)含量的挖泥船相繼問世，具代表性的船舶有：多功能1250m3/h吸盤挖泥船，國際首例采用噴水推進(jìn)的1500m3/h耙吸挖泥船，2000m3/h自航耙吸挖泥船，8m3抓斗挖泥船，裝有國產(chǎn)水下監(jiān)視儀的4m3鏟石船，1750m3/h絞吸挖泥船，1600kW系列斗輪挖泥船等。2．現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 進(jìn)入新世紀(jì)以來，在我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，進(jìn)出口貿(mào)易急劇攀升的情況下，迎來了我國港口建設(shè)史上的新高潮，長江口及珠江口航道治理工程、洋山深水港、天津港25萬噸級航道等一批重大國家戰(zhàn)略項(xiàng)目相繼并工。同時(shí)隨著國家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整，天津?yàn)I海新區(qū)、曹妃甸工業(yè)區(qū)等沿海工業(yè)區(qū)的興起，造就了大批圍海造地項(xiàng)目，在這一巨大市場需求和廣闊的發(fā)展空間刺激下，我國的疏浚裝備也得到了前所未有的快速發(fā)展。挖泥船趨向大型化、智能化，且集中向大型耙吸、絞吸挖泥船發(fā)展。 耙吸挖泥船 2002年11月，中交上海航道局有限公司在荷蘭IHC公司成功地建成了1艘當(dāng)時(shí)世界上技術(shù)最先進(jìn)、自動化程度最高、艙容為12888m3的自航耙吸挖泥船“新海龍”輪。這一舉措打破了國內(nèi)無10000m3艙容耙吸挖泥船的歷史。，，總裝機(jī)功率19528kW，最大挖深達(dá)45m，船舶除了具有通常的挖拋功能外，挖噴、挖吹、右挖左填、淺水拋泥及深水深拋等作業(yè)更是其強(qiáng)項(xiàng)。船上配置的集成控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)船舶位置和航線的全自動化控制，如圖411。圖411 “新海龍”輪船舶圖 在“新海龍”輪建造的同時(shí)，該局公司在充分吸收國外先進(jìn)裝備技術(shù)的基礎(chǔ)上，；2004年11月又成功地改建了1艘艙容13000m取砂深度達(dá)70m的疏浚工程船“新海獅”輪。在此期間，中交廣州航道局有限公司也于2004年在荷蘭IHC建造了1艘艙容為10028m3的自航耙吸挖泥船“萬頃砂”輪；此后，中交上海航道局有限公司又在廣州文沖船廠建造了2艘由國內(nèi)自主設(shè)計(jì)、世界先進(jìn)、國內(nèi)一流的艙容分別為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艘艙容為13500m3的大型耙吸挖泥船，至此我國共有艙容萬m3以上耙吸挖泥船8艘。目前中交股份將在“十一五”期間規(guī)劃1艘國際自航耙吸挖泥船的旗艦船。 絞吸挖泥船 2000年以前，國內(nèi)最大的絞吸挖泥船為中交天津航道局有限公司的津航浚215輪，該船舶總長113m、型寬19m、最大排距4500m、總裝機(jī)功率10800kW、設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率2500m3/h。其他疏浚公司的船舶裝機(jī)功率均小于6000kW。2002年，中交上海航道局有限公司從國外引進(jìn)了被稱之為“亞洲第一”的，總裝機(jī)功率為11952kW，最大挖深達(dá)27m，生產(chǎn)能力達(dá)3500m3/h的斗輪（絞吸）挖泥船“新海豹”輪如圖412；接著2004年又引進(jìn)了總裝機(jī)功率為11617kW的雙刀輪挖泥船，設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率2700m3/h，最大排距6500m；在引進(jìn)裝備技術(shù)的基礎(chǔ)上，2006年又成功地在國內(nèi)建造了神州第一絞“新海鱷”輪，該船總裝機(jī)功率為14576kW，排距7000m，設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率3500m3/h。與此同時(shí)中交天津航道局有限公司、中交廣州航道局有限公司也分別建成了“天獅”輪、“恒龍”輪等一批大型絞吸挖泥船。至此，我國大型絞吸挖泥船的裝備能力越上了一個(gè)新的臺階。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、國內(nèi)第一的超大型自航絞吸挖泥船“天鯨”輪，該船裝機(jī)功率達(dá)20000kW，生產(chǎn)效率為4500m3/h。此外由于市場需求的不斷刺激，一些民營企業(yè)也紛紛建造了一批生產(chǎn)效率為2500m3/h～3500m3/h的大型絞吸挖泥船。圖412 “新海豹”輪船舶圖 在大力發(fā)展大型耙吸、絞吸挖泥船的同時(shí)，國內(nèi)一些主要疏浚公司，考慮到施工裝備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，原有的鏈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縮，有的已退出疏浚市場。第二節(jié) 耙吸挖泥船舶1．耙吸式挖泥船基本原理圖 421 耙吸挖泥船布置簡圖耙吸挖泥船是一種裝備有耙頭挖掘機(jī)具和水力吸泥裝置的大型自航、裝艙式的挖泥船。在它的舷旁，或尾部開槽，或船中的耙井里，安裝有耙臂（吸泥管）。在耙臂的后端裝有用于挖掘水下土層的耙頭，其前端以彎管與船上的泥漿吸入管相連接。耙臂可作上下升降運(yùn)動，其后端能放入水下一定深度，使耙頭與水下土層的疏浚工作面相接觸。通過船上的推進(jìn)裝置，使該挖泥船在航行中拽曳耙頭前移，對水下土層的泥沙進(jìn)行耙松和挖掘。泥泵的抽吸作用從耙頭的吸口吸入挖掘的泥沙與水流的混合體（泥漿）經(jīng)耙臂、彎管等吸泥管道進(jìn)入泥泵，最后經(jīng)泥泵排出端裝入挖泥船自身設(shè)置的泥艙中。當(dāng)泥艙滿載疏浚泥沙后，即停止疏浚挖泥工作，提升耙臂和耙頭出水，再航行至指定的拋泥區(qū)，通過泥艙底部所置的泥門，自行將艙內(nèi)的泥沙卸空；或通過泥艙所置的吸泥管，用船上的泥泵將其泥漿吸出，經(jīng)甲板上的排泥管系與輸泥浮管或岸管，將泥漿卸至指定區(qū)域或吹泥上岸。然后，駛返原挖泥作業(yè)區(qū)，繼續(xù)進(jìn)行下一次挖泥作業(yè)。自航式耙吸挖泥船的一般布置見圖421所示泥泵是一種特殊結(jié)構(gòu)的離心泵，是吸揚(yáng)裝置的核心部件。挖泥船使用的泥泵，都是單級單吸懸臂式離心泵，它在原動機(jī)的驅(qū)動下，通過葉輪在泵殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生吸入真空和排出壓力進(jìn)行吸排泥工作。圖422是閉式泥泵簡圖。圖422閉式泥泵簡圖為了提高泥泵使用壽命和效率，除在材料上采用新型的耐磨材料外，諸如20Cr5Cu、耐磨橡膠等，泥泵的軸側(cè)、吸入側(cè)均需裝設(shè)密封裝置。設(shè)計(jì)泥泵時(shí)應(yīng)滿足下列特殊要求：1）葉片寬度是等寬的。一般離心水泵的葉片寬度從進(jìn)口到出口是逐漸減小的，這樣會使一些較大的固體物卡在葉片內(nèi)。2）前、后蓋的內(nèi)側(cè)均裝有可更換的耐磨襯板，有的在蝸形流道內(nèi)也裝有襯板。耐磨襯板可借助于調(diào)整螺釘作軸向移動，以保證初始安裝軸向間隙，但這種結(jié)構(gòu)難以調(diào)整，在實(shí)用上受到一定的限制。由于磨損的結(jié)果，使葉墻和前、后蓋之間的軸向間隙增大，這樣既破壞了“水封”，又加劇了泥泵內(nèi)部漏泄，使泥泵的容積效率降低。鑒于以上原因，人們就把泵殼內(nèi)的各種襯板連接成整體，也就是上述的雙層泵殼。3）配置水封泵。對葉輪前、后葉墻和泵殼壓蓋襯板之間進(jìn)行沖水，防止或減少砂粒滲入，從而提高了葉輪軸轂、密封裝置的壽命。沖水泵的壓力必須超過泥泵所產(chǎn)生的揚(yáng)程。沖水泵還可兼作灌注泵，供泥泵啟動時(shí)作灌水用。葉輪是泥泵的主要部件，它有很多種型式。主要包括閉式葉輪、半開式葉輪、開式葉輪。由于開式葉輪的摩擦損失較大，造成磨損嚴(yán)重、效率降低等缺陷，所以現(xiàn)在一般均采用閉式葉輪。閉式葉輪雖然也有磨損，然而能較好地保持葉片原型，保證泥泵工作效率穩(wěn)定，據(jù)觀察，在整個(gè)挖泥作業(yè)期間閉式葉輪的效率只下降2%3℅，而開式葉輪效率下降得很多。采用了閉式葉輪后，對泥泵也帶來了一些新的要求。首先要求通過吸泥頭的顆粒狀物質(zhì)也能順利無阻地通過葉輪，盡管在設(shè)計(jì)中對此賦予了特別注意，但在實(shí)際使用中仍會有較大的硬性物質(zhì)（如錨鏈、鐵棒等）卡在泵殼和葉輪之間。當(dāng)葉輪被硬性物質(zhì)突然卡住時(shí)，有可能損壞泵軸的懸臂部分，或者更有甚者損壞泥泵柴油機(jī)的曲軸。因此要求在柴油機(jī)和泥泵之間需要憑借安全離合器來避免柴油機(jī)突然卡死的工況。目前，較新型的國內(nèi)外泥泵都采用氣胎離合器和高彈性摩擦離合器。安裝這種離合器的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)泥泵卡住時(shí)，離合器的主動部分和從動部分發(fā)生位移，并輸出信號釋放壓縮空氣，使主、從動部分脫開，從而起到安全保護(hù)作用；在維護(hù)時(shí)也可把泥泵和柴油機(jī)脫離，給裝拆、檢修帶來方便；另外，在便于遙控、吸收震動、補(bǔ)償船體變形、簡化安裝工藝等方面也都帶來了很多好處。此外，也有在驅(qū)動泥泵的減速箱內(nèi)安裝片式摩擦離合器，超負(fù)荷發(fā)出訊號，并使主機(jī)和泥泵脫開。采用閉式葉輪后的第二個(gè)要求是：由于前、后葉墻面積不同，因此帶來了比開式葉輪要大得多的軸向力。因此在泥泵裝置的軸線上加裝推力軸承，近代都以滾珠軸承取代老式的滑動式推力軸承。吸泥管有兩段長度管組成，用萬向接頭連接，用臂桿連接到吸泥管彎頭/滑動裝置上。耙管組件：吸泥管主要由下列各部件組成（見圖423）：圖423 耙管組件 一般耙頭由下列各部分組成：1）.吸泥口 耙頭的最下端與河床接觸、挖掘的泥土中由此吸進(jìn)，而吸泥口的面積取決于吸泥管，通常為吸泥管的三倍。2）.格柵 在吸泥口下面開口面裝有格柵，用以防止較大的雜物吸入泥泵，格柵矩形孔邊長尺寸應(yīng)比設(shè)計(jì)通過泥泵雜物的尺寸小10%。3）.刮土板 活動鄂板的下部，起刮泥及破土作用，為保持較好的與泥面吻合，前鄂板是活動的。4）.鄂板 分兩部分，后鄂板在耙唇的上部，前鄂板面固定在吸泥管接頭，兩部分用軸連接，以防止挖掘物外瀉。5）.耙軸 為連接兩塊鄂板的軸鞘，使鄂板活絡(luò)，耙行時(shí)能與河床保持吻合。6）.拖板 位于耙軸的底部，保護(hù)耙頭。7）.壓鐵 防止后鄂上升被卡住不能落下，在其下面裝有壓鐵。壓鐵一般裝在耙唇的后部。8）.安全銷 在耙頭鄂板與吸管之間有連接安全銷，當(dāng)耙行遇到障礙物時(shí)，安全銷會先折斷，以保護(hù)耙頭不受損壞。9）