摘 要：水运工程中在涉及到挖掘密实粉砂时，由于其开挖难度大、沉降速度慢、装舱效果差，最佳的挖泥时间难以确定等特点，严重影响施工产能。而目前国内外对挖掘密实粉砂的有效方法较少，多是仅针对挖掘浓度进行改进，并未改善粉砂的装舱效果，船舶产能严重受限。本文结合具体工程实例，提出了利用重新筛选施工区、确定最佳装舱时间、改进耙齿型式等措施提高挖掘密实粉砂的同时，改善装舱效果。对今后类似的疏浚工程施工具有一定的参考意义。
关键词：航道工程 密实粉砂 挖掘工艺 关键技术
1.前言
随着港口的大型化发展，所要求的通航水深越来越深，由于该地区工程量大、土质复杂、施工干扰大等，疏浚施工进度受到影响，阻碍港口的建设速度。密实粉砂是航道工程施工中经常遇到的地质难题，但是耙吸船在挖掘密实粉砂时，由于其开挖难度大、沉降速度慢、装舱效果差，最佳的挖泥时间难以确定等特点，严重影响施工产能。本文结合具体工程实例，对航道工程中的密实粉砂挖掘关键技术进行介绍。
2.概述
自航耙吸式挖泥船是以挖泥装舱、航行、抛泥（吹填）为基本挖泥循环周期的一种疏浚用工程船舶。其针对不同的土质与施工环境需要采用不同的施工方法以提高施工效率。但耙吸船在挖掘密实粉砂时，由于其开挖难度大、沉降速度慢、装舱效果差，最佳的挖泥时间难以确定等特点，严重影响施工产能。特别是在深槽区域或封闭港区内施工时，由于船舶采取环保型舱底溢流系统，溢流出舱的泥浆仅部分漂移出施工区，溢流效果较小，而其余粉砂再次沉降于施工区内，重新沉积后体积膨胀，严重影响测量结果，甚至可能出现负方的现象，船舶施工效率极低。
3.影响密实粉砂施工效率的因素
3.1土质变化
项目承建方一般通过钻孔资料分析疏浚土质性质。但由于疏浚区域多属于运营航道，钻孔取样不便或钻孔间隔较长，使施工单位很难全面准确地掌握施工区的土质详细分布，无法判断土质发生变化的分界线。因此，在人为给船舶划分施工区时通常仅考虑了船舶舱容大小与施工里程的经济性，而忽略了土质变化。经常出现一个施工区土质分布变化较大的现象，而耙吸船一个周期内通常沿用一种挖掘工艺进行施工，很可能出现浚挖土质与施工工艺不匹配的情况。而对于密实粉砂而言，其密实程度严重影响挖掘效果，而针对浚挖密实粉砂的工艺改进又不适用于其他土质。且如与其他土质混合进舱，将对颗粒较细的密实性粉砂的装舱效果造成巨大的影响，不利于工程的开展。
3.2挖掘困难
在《岩土工程勘察规范》中规定粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的土，应定名为粉砂，具有颗粒较小、颗粒少部分分散大部分胶结（稍加压即能分散）、没有塑性等性质。
其密实度可以从物理指标方面通过标贯击数、天然容重等判定，我们通常所说的密实粉砂，天然密度大于1.96t/m3，标贯击数大于30的粉砂（部分工程曾出现过标贯击数超过50的极密实粉砂）。
3.3粉砂装舱效果极差
由于粉砂的颗粒很细小，通常在在0.075mm左右，沉降速度慢，且泥舱内扰动较大，溢流损失严重，通常一个施工周期内舱内土方量仅为过泵量的20%-25%。耙吸船在没有溢流效果的环境下施工，溢流出舱的土质将再次沉积回施工槽内，形成落淤，土质膨胀造成废方，土质重复挖掘，效率低下。
4.新工艺方案的研究与确定
4.1重新划分施工区
为改变施工区土质变化较难判断，多种土质混合施工，严重影响密实粉砂装舱效果的局面，我们决定重新划分施工区，把密实粉砂划入一个施工区内，单独施工。
方法是通过把前期船舶试挖数据导入自主设计的挖泥船分段参数统计程序，统计出不同區域在相同施工工艺下的平均施工参数，如密度、真空、流速、主机功率等，把数值相类似的区域进行合并，间接判断出施工土质的变化情况，总结归纳出土质发生变化的里程位置。在其中筛选出密实粉砂区域，对施工段和挖掘航线进行合理分配，制定出针对性施工方案集中施工密实性粉砂，从而避免了不同土质采用统一工艺的弊端，还减少了其他土质对于密实性粉砂在舱内沉降的影响，提高了施工效率。
4.2增加破土效果
针对密实性的粉砂浚挖，由于其密实度大、硬度高，存在破土困难、挖掘密度低、主机功率大的特点。曾出现过惯基数达到了50击的情况，耙齿入土极其困难，即使入土后耙齿断裂现象也相对严重，且由于需要的推进力较大油耗成本也相对较高。
在对密实粉砂区域耙齿磨损情况进行对比后发现，扁齿仅齿尖磨损，两侧基本完好，可见耙齿基本无法入土，所以磨损的仅为齿尖接触处，而更换了尖齿后，同样出现无法入土现象。之后采取尖齿隔一跳一的方式重新安装，入土效果有所改善，但出现明显的断齿现象，单船挖掘1.5小时耙齿断裂近三分之一，频繁的补焊、修复严重影响了船舶的有效作业时间。
为此可以通过加设破土刃的方法改进耙齿入土困难及主机功率较大的问题：在常规耙齿的基础上加装了三角形破土刀刃，该破土刀刃先于耙齿入土，减小耙齿入土点的面积可以有效提高破土效果，降低了破土阻力，油耗和耙齿消耗数量也相对减少。
4.3耙齿监控与优化
利用船舶监控系统，记录施工航速、活动罩角度及主机推进功率三个参数，计算对应的切削量，通过主机推进功率值的大小，判断不同活动罩角度的切削力大小，进而寻求到耙齿较大入泥深度，较小推进功率的齿床最佳受力角度。
如主机储备功率较大，仍有足够功率供给推进装置，则在耙头本体位置加入公司自主设计的双面犁齿（拆卸掉部分耐磨块），提高挖掘浓度。
普通耙齿安装在耙头罩上，主要利用耙头罩重量及液压缸提供的压力入土，而双面犁齿安装在耙头本体原耐磨块位置上，可利用耙头本体的重量入土，增加了耙头的破土能力。
4.4施工工艺的优化
进行多参数分析，确定出各参数的最佳值，综合确定施工工艺。在分析某个施工参数前，都要固化其它的施工参数，也就是边界条件在相同的情况下，找出最优的参数组合。比如：确定对地航速和密度、流速的关系，需要固化泥泵转速、高压冲水压力、波补压力等相关参数，这样在认为土质变化不大的前提下确定出较好的对地 航速能产生较高的产量；同样，如果接下来确定先前固化的泥泵转速与密度、流速的关系，需要固化对地航速、高压冲水压力、波补压力等相关参数。
4.5提高装舱效果
由相关理论可知，密实性粉土在舱内沉降效果较差，且极不稳定，即使沉降后也极易被高流速泥浆所影响，所以在挖掘时应尽量提高泥浆浓度，减少流速，并降低高流速泥浆对舱内土质的扰动，从而减少溢流损失。通过确定最佳装舱时间，达到最大周期生产率。
5.结语
航道工程密实粉砂挖掘技术是当前水运工程施工中的难点问题。为了能确保工程高质、高效进行，采用了耙平器对浅区进行扫浅施工，利用其切削原理将浅区耙平，随后利用耙吸船进行装舱吹填作业，由于耙平器操作灵活，占用区域小等特点，取得了较好的扫浅效果，同时耙吸船的生产效率也有了明显提高，对类似工程提供一定借鉴经验。
参考文献：
[1]朱时茂，郭素明.长江南京以下12.5m深水航道一期疏浚施工中的难点与对策[J].水运工程，2016（04）：7-12.
[2]钟志坚.航道软基处理的施工组织设计措施[J].中国水运（下半月），2012，12（09）：221-222.