雙耳軸重型絞吸船深槽基巖開挖施工工藝

周志強(qiáng)， 朱海濤

(中交天津航道局有限公司， 天津300450)

某工程部分區(qū)域須進(jìn)行基槽開挖， 基槽底寬126 m、 長(zhǎng)度310 m， 底質(zhì)主要為砂巖， 原始泥面水深約-9 m， 設(shè)計(jì)挖深-30 m。

1 施工原理

1.1 上、下耳軸更換原理

絞吸船橋架與船體通過耳軸連接， 多數(shù)絞吸船為單耳軸配置， 橋架可繞耳軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)絞刀下放深度變化， 當(dāng)橋架達(dá)到最大傾角時(shí)挖深也達(dá)到最大。 如圖1 所示， 雙耳軸絞吸船在橋架兩側(cè)船體上有上、 下兩個(gè)耳軸孔座， 與之對(duì)應(yīng)的， 在船體與橋架連接處有上、 下兩個(gè)吸口， 橋架上的耳軸可以選擇插入不同孔座中， 并通過蝦節(jié)軟管連接水下泵排出管線和對(duì)應(yīng)吸口， 實(shí)現(xiàn)挖深范圍的調(diào)節(jié)。 由上耳軸更換為下耳軸時(shí)， 橋架整體下移，絞吸船極限挖深增大， 但與此同時(shí)， 絞吸船的最小挖深會(huì)受到限制[1]。

圖1 雙耳軸絞吸船側(cè)視圖

1.2 橫移錨拋開錨加浮橋原理

絞吸船挖巖時(shí)需要較大拉力， 錨桿拋設(shè)橫移錨距離有限， 橫移錨承受的拉力較大而常發(fā)生走錨，尤其是絞刀反刀挖掘時(shí)的受力側(cè)錨。 而拋開錨是常用的解決方法， 可以在橫移錨抓地力不變的情況下顯著提升橫移拉力； 同時(shí)， 拋開錨還可以減少倒錨次數(shù)， 增加絞吸船挖泥時(shí)間。 但對(duì)于巖石底質(zhì)的深槽， 挖槽邊坡坡度較陡， 坡頂邊緣鋒利， 當(dāng)絞吸船左右擺動(dòng)及進(jìn)步挖泥時(shí)， 橫移纜會(huì)與坡頂邊緣發(fā)生摩擦， 易導(dǎo)致橫移纜斷絲、 斷股， 增加斷纜風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)， 可在橫移纜中間位置架設(shè)浮橋， 避免橫移纜與坡頂邊緣接觸， 見圖2[2]。

圖2 橫移錨拋開錨加浮橋示意

浮橋一般可使用浮筒， 但浮筒的尺寸要經(jīng)過計(jì)算， 使得浮筒的浮力滿足拉力要求， 且保證浮筒的質(zhì)量、 尺寸便于吊運(yùn)和調(diào)遣。 同時(shí)， 浮筒拋設(shè)的位置要經(jīng)過計(jì)算， 若浮筒距離底邊線太近， 則當(dāng)絞刀擺至近側(cè)邊線時(shí)， 浮筒與橋架之間的橫移纜與水平方向的夾角太大、 橫移拉力的水平分力太小造成挖掘力不足； 若浮筒距離底邊線太遠(yuǎn)， 則當(dāng)絞刀擺至近側(cè)邊線時(shí)浮筒與橋架之間的橫移纜有接觸坡頂邊緣的危險(xiǎn)， 因此浮筒拋設(shè)位置要適中。

2 施工操作要點(diǎn)

2.1 更換下耳軸

2.1.1 軟管和吸管拆解

將水下泵封水及絞刀軸軸承沖洗軟管法蘭拆下， 蝦節(jié)軟管用手拉葫蘆固定在橋架上， 再將法蘭拆下， 將艙內(nèi)泵上吸口法蘭用盲板封上。

將下吸口專用楔形泥管用專用絲杠吊到位，一端法蘭用螺栓與蝦節(jié)軟管法蘭緊固， 專用絲杠上端用軸銷固定在橋架專用的軸銷座上， 將固定蝦節(jié)軟管的手拉葫蘆拆掉， 檢查楔形法蘭面的密封膠圈， 連同導(dǎo)向塊一同涂上牛油。

2.1.2 潛水探摸

下潛水對(duì)艙內(nèi)泵下吸口法蘭面、 左右下耳軸孔座和管線內(nèi)壁進(jìn)行探摸， 清除法蘭面、 耳軸孔座和管線內(nèi)壁的浮生物及其他雜物。

2.1.3 調(diào)整橋架耳軸位置

將起橋絞車轉(zhuǎn)至現(xiàn)場(chǎng)控制， 把橋架上的維修耳軸標(biāo)記與船體上的標(biāo)記上下對(duì)齊， 并左右間隙一致， 然后將橋架維修耳軸插入維修耳軸座中[3]。

將耳軸液壓柱塞的安全銷拔掉， 并將耳軸收起， 啟動(dòng)起橋絞車， 將耳軸液壓柱塞的安全銷插上， 最后將橋架維修耳軸從維修耳軸座中收回。

2.1.4 泥管對(duì)接

將專用絲杠上端軸銷從橋架軸銷座上拆下，并固定在船體專用絲杠軸銷座上， 轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠將楔形管密封膠圈與艙內(nèi)泵吸入管口壓死密封。

2.1.5 軟管對(duì)接

由于橋架下移后， 水下泵封水管及絞刀軸軸承沖洗管等軟管長(zhǎng)度不足， 需要加裝加長(zhǎng)管與船體上對(duì)應(yīng)管線連接。

2.1.6 艙內(nèi)泵管路改線

使用下耳軸時(shí)， 需要將蝦節(jié)軟管移至下吸口，上吸口內(nèi)、 外側(cè)封死， 下吸口連接泵艙內(nèi)管線，上下吸口管線改造原理見圖3。

圖3 使用上、 下吸口時(shí)管線改造原理

因此在泵艙內(nèi)， 需要拆卸艙內(nèi)泵至上吸口的管線， 將艙內(nèi)泵下吸口盲板插下， 將泥泵連接下吸口的管線安裝好， 打開泵前的下吸口閘閥。

2.1.7 調(diào)整絞刀平臺(tái)

調(diào)整絞刀維修平臺(tái)的高度， 至此， 耳軸更換過程結(jié)束。

2.2 橫移錨改開錨

2.2.1 浮筒設(shè)計(jì)

雙耳軸重型絞吸挖泥船額定橫移拉力1 400 kN，浮筒與橋架之間橫移纜與水平面設(shè)計(jì)最大夾角為60°， 橫移纜的豎向分力為1 210 kN， 浮筒與橫移錨之間纜繩的豎向分力可以忽略， 因此浮筒干舷需要提供最少1 210 kN 的浮力[4]。

選用10 m×10 m×2 m 的大型浮筒， 上部安裝護(hù)欄、 系船柱、 導(dǎo)纜孔、 橫移纜系纜裝置等， 浮筒質(zhì)量約50 t， 浮筒吃水0.5 m， 干舷高度1.5 m，其干舷可提供接近1 500 kN 的浮力， 滿足要求，浮筒設(shè)計(jì)模型見圖4。

圖4 浮筒設(shè)計(jì)模型

2.2.2 橫移錨及浮筒拋設(shè)位置計(jì)算

絞刀擺至底邊線圖示見圖5。

圖5 絞刀擺至底邊線

圖5a)中， 假設(shè)當(dāng)絞刀擺至底邊線時(shí)， 橋架耳軸吃水為e， 船體軸線與挖槽軸線夾角為α， 橋架上左右橫移滑輪距離為D； 沿橋架軸線方向， 絞刀頭至橫移滑輪距離為l1， 橫移滑輪至耳軸距離為l2。圖5b)中， 建立平面坐標(biāo)系， 靠近邊線側(cè)的橫移滑輪位置表示為點(diǎn)B， 橫移纜在浮筒上的系纜點(diǎn)表示為點(diǎn)A， 坡頂邊緣表示為點(diǎn)C， 原始泥面至水面距離為h， 原始泥面至開挖泥面高程差為H， 邊坡坡度為n: 1， 浮筒干舷為d，B點(diǎn)坐標(biāo)為(b，f)， 則有:

C點(diǎn)坐標(biāo)為(-H∕n，H)、A點(diǎn)坐標(biāo)為(-m，H+h+d)， 假設(shè)坡頂邊緣C點(diǎn)距離橫移纜AB的垂線距離為p， 則:

圖6 絞刀擺至底邊線俯視圖

p與m之間的函數(shù)關(guān)系表示為p=F(m)。 但在施工過程中， 絞吸船橫移錨位相對(duì)挖泥船位置一直在變化， 圖6 中， 假設(shè)橫移纜與軸線垂線方向夾角為β， 當(dāng)β=0 時(shí)，m=m0， β 角度最大時(shí)(一般為需要移錨時(shí))m=mmax， 橫移錨至浮筒內(nèi)側(cè)系纜點(diǎn)A的距離為L(zhǎng)， 則:

式中: β 為橫移纜與軸線垂線方向夾角；m為浮筒至底邊線距離。

綜上所述， 在拋設(shè)橫移錨及浮筒時(shí)， 橫移錨及浮筒的拋設(shè)位置要根據(jù)橫移錨至浮筒的纜繩長(zhǎng)度、單次移錨的步進(jìn)距離、 原始泥面深度、 挖深、 邊坡坡度、 浮筒及船舶結(jié)構(gòu)尺寸等計(jì)算得出。 如果l1= 10 m、l2=34.5 m、D=10 m、 α=28°、h=9 m 、H=21 m、n=2、d=1.5 m、e=4.5 m 、L=160 m、β=23°、p=1 m， 計(jì)算得，m0=3.2， 則橫移錨拋設(shè)時(shí)， 橫移錨距離挖泥底邊線垂直距離為162.8 m。

2.2.3 橫移錨纜繩改造

錨艇綁帶浮筒靠近絞吸船， 絞吸船使用錨桿將橫移錨提升至水面以上， 用高壓水槍清洗錨身，解除橫移錨的橫移纜， 將解除的橫移纜一端用卡環(huán)固定在浮筒的一端， 將浮筒另一側(cè)固定的鋼絲纜一端用卡環(huán)固定在橫移錨錨身上。

解除錨頭纜卡環(huán)， 回收錨桿， 將錨桿上起錨鋼絲繩的下端固定在絞吸船船舷。 利用一個(gè)鋼絲繩， 一端與錨艇甲板絞車的鋼絲繩連接， 另一端與錨頭相連。

2.2.4 下開錨

用絞吸船吊機(jī)將橫移錨提升， 并掛在錨艇船頭的起錨滾輪上， 解開浮筒與錨艇的纜繩， 錨艇移船至預(yù)定下錨位置， 浮筒被拖拽至橫移錨與船體中間位置。 將錨漂纜繩與橫移錨頭纜相連， 慢慢下放橫移錨， 橫移錨著底后， 解開錨艇甲板絞車鋼絲纜與錨頭纜的連接卡環(huán)， 將錨漂吊至水面，開錨下放完畢。

3 結(jié)論

1)絞吸船使用上耳軸開挖上層， 下層開挖時(shí)快速更換為下耳軸， 僅用時(shí)12 h， 大幅縮短時(shí)間。

2)將錨桿錨改為開錨加浮橋， 船體單次倒錨進(jìn)步距離由原來的27 m 提高到100 m， 最大橫移拉力由原來的1 000 kN 增大到1 400 kN， 移錨時(shí)間減少60%左右。

3)挖掘硬巖時(shí)， 同土級(jí)情況下生產(chǎn)效率平均提高約7%， 可保證順利、 高效地完成基槽開挖任務(wù)。