施工论文：某吹填工程排泥管线及分流箱施工能耗和施工效果分析

　　施工论文：某吹填工程排泥管线及分流箱施工能耗和施工效果分析

　　工程概况

　　本工程施工范围上起海门市星岛养猪有限公司，下迄启东市富隆村。施工范围为Q9标延伸段外侧取土区。吹填区在江边围海大堤内（Q9标段），平面尺度为长1100m、宽650m，原始标高-4.0m左右，要求吹填标高2.7m，吹填区面积61万m3，吹填工程量约245万m3。主要施工内容是与本标段的疏浚挖泥区内疏浚，将疏浚土吹填至指定的Q9标延伸段回填区内。

　　该区域水深为-4.0~-5.0m不等，原始水深较浅，水道内多浅滩。施工区底质以细粉砂为主。根据施工情况发现，-6m以上为泥夹砂，-6~-12m主要为细粉砂。

　　管线长度：施工前期浮管500m，沉管700m，岸管60m，船上管60m，总长1320m；排泥管直径850mm；喷口采用直径为350mm的支管4根，在大堤上岸处有分流箱一个。后期取消支管，采用直径650mm缩口。整个施工期间，管线长度在1144-1682m之间。

　　新海鹭轮施工能力测算

　　长江口北支新村沙水域河道整治工程围区吹填工程施工排距较短，整个施工期间，管线长度在1144~1682m之间。土质主要以细粉沙为主，上层有少量淤泥，便于疏浚作业。在排泥管线较短，土质易于挖掘的情况下，如果采用水下泵加舱内泵串联施工，就需在排泥管线出口加缩口，此举将浪费大量能耗。因此，从施工条件及经济利益最大化原则出发，本次工程绞吸船选择水下泵单泵施工。

　　新海鹭轮水下泵功率为1730kw（扬程35m），根据泥泵功率公式

　　式中：Ne—泥泵有效功率，1730kw

　　Q—体积流量，，海昌号打清水最高在10000方/小时左右(流速达到4.25m/s）)。

　　H—总压头，m水柱,。

　　ρ—液体密度，海水水=1.025t/m3

　　η —泥泵的效率，新海鹭轮取值80%。

　　通过计算得出，H≈55m。

　　管线计算

　　1、管线布设

　　绞吸船的吹泥管线由水上浮管、水陆管架接头、陆上管线三部分组成，排距为1.5km左右。前期浮管500m，岸管60m，沉江管700m，船上管60m，总长1320m，排泥管直径850mm，其喷口采用直径为350mm的支管4根；后期取消支管，船上管60m，浮管562m，沉降管400m，陆上管600m，总长1622m，排泥口直径缩小为650mm。

　　表1 有关现场各种管路条件下清水沿程阻力损失情况表

　　2、清水水头计算

　　管路总耗用清水水头按下式计算应该是比较准确的，式中“第一部分”为管路吸入总水头，“第二部分”为管路排出总水头：

　　化简后管路清水特性曲线方程为

　　新海鹭本身弯头10个，30°弯头1个，50°弯头5个，90°弯头4个，闸阀开启2个，吸泥管吸入口1个，橡胶接头66个，排泥管出口排高4.5m ，算出水上、水下、陆上排泥管（附件）局部阻力水头系数总和=14.93

　　计算得出清水消耗水头如下表所示：

　　表2 不同情况下清水消耗水头列表

　　3、缩口清水水头计算

　　缩口流出速度采用下式计算

　　式中： D—所需缩口直径（m）；

　　Q—泥泵在额定轴功率时所产生的流量（m3/s），这里取2.778m3/s。

　　变径消耗的水头计算如下

　　式中： V—缩口出口流速（m/s）；

　　C—缩口流速系数，一般选用0.601～0.636，（按0.62计算）；

　　h—变径代替排泥管消耗掉的水头损失（m水柱），未知量；

　　g—重力加速度（9.81m/s2）。

　　计算得出加缩口或加分流箱后清水消耗水头如下表

　　表3 加缩口或加分流箱后清水消耗水头列表

　　4、总清水水头计算

　　计算得出总清水水头如表4

　　表4 不同情况下总清水水头列表

　　分流箱的应用及施工效果分析

　　1、分流箱的应用

　　在崇启工程吹填施工过程中，发现吹填管线出口由于受到吹填土自身比重、出口压头等影响，吹填土往往容易在出口产生堆积现象，另外在一些土质软的区域大口径主管往往很难进入，即使进入后且不易根据施工现场情况轻易移动。

　　为了解决上述技术难题，一种可以适应软地基，提高吹填质量的绞吸挖泥船吹填管线分流箱。该种分流箱方便易做，经济适用，直接取材于吹填管线主管。分流箱两侧相通，两侧封盖用法兰封闭，这样便于进行吹填过程中及时清除杂物。分流箱采用圆柱体结构，主管在中心位置与其相通，使在吹填过程中箱体内应力平衡，不会产生过大振动，有利于箱体稳定，便于吹填施工平稳进行。通过经分流箱的各支管吹填，有效避免了吹填土原地堆积的现象，提高了工程质量。具体方案如下：

　　一种可以适应软地基，提高吹填质量的绞吸挖泥船吹填管线分流箱，包括主管、分流箱和支管组成。主管直径φ850mm，厚度16~20mm；分流箱直径φ850mm，长200mm左右，厚度16~20mm；支管直径φ350mm，厚度14~18mm，数量4~6个。

　　各支管平行分布，平均间隔15cm，各个支管通过疏浚吹填管线分流箱与主管相连通。

　　分流箱两侧相通，用法兰封闭两侧封盖，此举便于吹填过程中及时清除杂物。

　　各支管通过法兰与各小口径岸管相连接。

　　本实用新型的优点是：当吹填区域土质软，大口径主管无法进入时，小口径支管便于安装和移动；分流箱便于制作，直接取材于主管材料；各个支管使吹填土从不同方向流出，减轻了大口径主管出口处吹填土原地堆积的现象；支管吹填作业时可同时进行袋装砂围堤作业。

　　2、分流箱施工效果分析

　　通过经分流箱的各支管吹填，有效避免了吹填土原地堆积的现象，提高了工程质量，质量好，效率高，具有施工的可行性，施工效果良好。

　　总结与结论

　　通过计算结果分析，采用分流箱进行绞吸吹填，新海鹭轮水下泵单泵施工时清水最高水头和施工中总消耗的水头是匹配的，施工过程中，能耗少，效率高，质量好，该种工艺在今后类似工程中可以推广应用。