倪 军 杨增海 方振
广东省珠海市平沙镇平东大道2233号5楼F区（国家船舶及海洋工程装备材料质量监督检验中心519055
摘要：本文根据新海虎8轮大型万方耙吸挖泥船在青岛港前湾港区港池加深疏浚工程中出现施工情况，针对施工区自然工况条件，通过对现有的耙头改进、工艺优化和相关管理提升，有效地提高了船舶的生产效率，为公司今后更好地管理大型耙吸船和对类似工程施工都具有一定的借鉴意义。
关键词：耙头改进；工艺优化；管理
一、工程概况
青岛港前湾港区港池加深疏浚工程，位于青岛市黄岛区前湾港区，港池范围疏浚面积142.2万m2，炸礁面积约76.9万m2，要求达到设计水深-16.5m，疏浚土工程量241.088万m3，抛泥运距15km。
施工区域内土质复杂，自上而下主要分布有第四纪全新世滨海相沉积形成的淤泥质粉质粘土及粉土、粘土、粗砾砂及少量粉细砂等。施工质量满足交通运输部《疏浚及吹填工程质量检验标准》（JTJ324-2006）的规定进行四波束扫海验收要求。
二、施工中遇到的难点及解决措施
本工程疏浚土采用公司新建造的大型耙吸船新海虎8轮装舱溢流法施工。在该工程工况条件下，新海虎8轮的生产能力的发挥主要取决于二个条件，其一为施工装舱效率的提高，其二为有效挖泥时间的增长。但在迄今1个月的工程实施中遇到的一些问题，在公司相关部室的指导下，采取了一些针对性措施，并根据实际情况加强现场管理，达到了有效提高生产效率的目的。
1、寻找影响施工效率因素，提出改进措施
施工区内土质主要以粉质粘土、粘土为主，内夹杂粗粝砂，粘聚力大，密实性好，渗透系数小，抗剪强度高，表层块石多。“新海虎8”轮在8月30日~9月4日的前期试挖施工实践中，主要存在以下几点影响施工效率发挥因素。
（1）耙头耙齿入土深度小，对粉质粘土切削力作用小，破土效果差，块状泥土进舱比例少；
（2）施工过程中，耙头堵塞严重，时常出现闷耙现象，主要表现为真空度大、排出压力低。
在额定的泥泵功率和流量下，影响挖泥装舱施工效果的主要因素是耙头的真空度、耙齿的破土能力和是否使用耙头高压冲水及其有效性。因此，根据该工程的土质状况，要提高船舶的装舱浓度，应从以下几方面重点考虑。
①提高耙头真空度
耙头真空度和泥泵在一定转速条件所产生的有效扬程、耙头吸口对地状态有关。泥泵所产生的实际有效扬程等于吸、排管的阻力损失和吸口所产生的静压力之和。泥泵最大允许真空与吸、排泥管损失系数、施工流速、吸泥高度、泥浆密度和泥泵与水面的位置高度有关。显然，对于采用特定的施工船舶，在特定的工况条件下，改变泥泵的高度是不切实际的。因此，耙头对地压力大小是影响泥泵产生真空度的主要原因，而它又和波浪补偿器充气压力相关。开工时，新海虎8轮耙头波浪补偿器充气压力设置为65bar，显然在施工密实性土时，施工过程中耙头极易上下较大幅度变动，影响了耙头真空度，降低泥浆吸入浓度。根据现场施工实践及效果，先期施工时，先将波浪补偿器充气压力调整为45bar左右，并根据土质状况和施工效果逐步将波浪指示器充气压力调整至25bar左右组织施工。
②高压冲水
船舶装配的DN1000液压主动型耙头适应性强，耙头的三排高压冲水，预想的效果是通过冲水对泥土进行液化，起到松土和预挖的作用，使耙齿更容易下挖，提高耙齿下挖深度，这种形式对砂性土有很好的效果，但在青岛港前湾港区，由于土质主要是粉质粘土，粘聚力大，密实性好，渗透系数小，抗剪强度高，高压冲水虽能帮助耙齿增加破土能力，但效果有限，从达到的效果与消耗的能耗之间相比是很不经济的，因此对此种土质建议不使用。
③改变耙齿齿形，提高耙头破土能力
耙齿的有效破土能力和切削速度、切入深度和耙齿的几何形状有关。切削速度和船舶航速有关，前湾港区施工区域狭窄，横向宽度0.9km，纵向宽度1.1km左右，航速改变的幅度极为有限，仅保持在1~3kn速度之间。因此通过依靠提高航速达到提高耙头的破土能力也很有限。比较可行的方法是适当增加耙齿切入深度、选用合适的耙齿形状，对提高此种工况条件下的耙头破土能力具有明显的效果，但需根据土质状况，船舶对耙头的拖曳能力，综合考虑耙齿的宽度、厚度和倾角等。
新海虎8轮现用的耙头为挖沙型耙头，耙头中间横档装有25只长40cm的半犁形齿，耙唇处装有11只长25cm平板齿，排列密集，不适合挖掘粘性土。
针对此种情况，为有效提高耙头破土能力，在公司相关部门的指导下，在不影响现有耙头强度和性能的情况下，在耙头底部耐磨板处加桩5只长度50cm的半犁形齿（耙齿的入土深度、数量和耙头阻力存在对应关系，数量过多或过深会导致耙头阻力过大，影响航行速度）；将耙唇处5只长度25cm平板齿加长至42cm左右，前端加工成楔形，间隔布置，同时将耙腔内横档处25只半犁形齿减少为17只，经一天试运行后发现，挖掘效果虽有好转，但耐磨板处新装耙齿长度略长，抗折能力差，齿根部极易在切削粘土过程中折断。
后根据实际使用情况，经进一步比较研究，在耙头底部耐磨块处耙齿的更换为长度45cm，刃身厚度5cm，齿根宽15cm的弧状牛角形齿。
④适当提高疏浚物在耙腔中的通过能力
为保护泥泵疏浚系统设备，原耙腔内设有30×30cm尺寸格栅。前湾港池底质表层遗有建港或前期炸礁后大量大小不均的块石，在挖掘和输送过程中，耙腔中受极易粘聚的疏浚土极易堵塞耙腔，造成闷耙现象，不仅很大程度上影响了船舶有效施工效率的发挥，同时也一定程度上加剧了泥泵的气蚀现象。为此，在充分考虑设备安全使用的情况下能有效提高船舶的施工效率，将原有的格栅尺寸，调整为30×60cm，并耙头吸口尺寸垂直布置，既避免了大体积石块，又有效提高了粘性质疏浚土通过能力，提高了船舶的疏浚产量。
通过对施工工艺的优化和现有耙头一系列改进措施，新海虎8轮在青岛港前湾港区港池加深疏浚工程中，船舶的装舱效率得到了明显提高，据船载疏浚系统显示，船舶的施工装舱效率由8月底开工初的1100m3/h左右，至9月底提高至1710m3/h左右。
2、加强协调，有效提高挖泥施工时间
①减少施工干扰，提高施工时间利用率
青岛港前湾港区的码头已全部建成并投入使用，社会船舶进出港航次频繁，出入港时间不确定，需要不定时避让，给连续正常施工带来极大影响。为最大程度上提高船舶施工时间利用率。在得到当地港航部门和业主的同意下，采取了分幅、分区施工措施（留出200m宽度为社会船舶通航），即沿着航道方向分上下两幅，进出港池的大型船舶以不施工的航道水域为路线进行进出港。这样既能港池社会船舶通航需求，又能确保新海虎8轮施工连续性，并有效确保了船舶航行安全。同时，通过实时调查进出港船舶的情况，包括进出港时间、航线类别等，对于产生影响的进出港船舶，提前做好避让工作，在确保安全的前提下，最大程度上提高新海虎8轮有效施工作业时间。
考虑到港池和航道内同时进行疏浚、炸礁和清礁作业，为最大程度上扩大新海虎8轮施工作业面，确保其施工连续性和有效缩短施工工期，整体提高船舶的生产效率，采取优先施工炸礁区与疏浚区相邻无干扰部分，并尽量加大炸礁船与抓斗船的施工间距，减少相互之间的施工干扰。
②加强修理时间管理，有效保障施工作业时间
在正常做好船舶设备的管、养、修的同时，项目部和船舶也对一些零星修理加强了管理。因工程土质主要是粉质粘土中夹有一定量的粗砾砂，耙头中起破土作用的牛角齿具磨耗大，基本上使用三天就需更换焊装，而烧焊一个齿具，双人电焊作业约需2小时左右，焊装耙齿工作量极大。
通过采取了一系列有效措施，新海虎8轮在9月份施工时间利用率达到97.8%，为顺利完成月度生产任务和后阶段确保正常施工提供了保障。
三、结束语
新海虎8轮是我局公司自主创新，建造的一艘技术装备先进的大型万方自航耙吸船。在合适的施工工况条件下和正确的管理下，能有效发挥出其生产能力，创收能力强，但也是能源消耗大户，日平均油耗达30多吨，月度成本达到900多万元。任何在施工技术和管理上的疏忽、懈怠，造成所付出的成本也是巨大的，都有可能使它成为吞噬项目利润的黑洞。