随着航道拓宽加深,疏浚物的复杂程度也不断加大,挖掘难度增加,在保证产量最大化的同时防止杂物进入施工船舶的管道系统造成堵塞成为当今疏浚行业研究的重要课题。而相对绞吸船来讲,耙吸挖泥船防杂物的方式比较简单,主要依靠格栅。头切削疏浚物使其与水混合,通过舱内的泥泵吸取混合物,并排入自带的泥舱中。因耙吸挖泥船防杂物方法单一,所以格栅的种类和安装方式对生产率影响很大。耙吸挖泥船所用格栅可分为常规格栅和密集格栅2种。
一、常规格栅
耙吸挖泥船所用的常规格栅多由窄钢板焊接而成,格栅间隙应略小于泥泵流道的最大球面直径,其变化范围较小,通常格栅的链条间距比设计通过泥泵杂物的尺寸小10%~15%。对于不同工况,格栅在形式和布设位置上有所不同,可以分为钢板格栅、套筒式振动格栅、链条格栅等几种形式。
1.1钢板格栅
钢板格栅材质为网格式钢板,结构坚固、持久耐用,成为耙吸挖泥船施工时的首选类型。钢板格栅根据安装方向的不同,又分为垂直钢板格栅和水平钢板格栅两种。垂直钢板格栅间隙一般为泥泵最小通过杂物尺寸的90%,格栅垂直安装在耙吸挖泥船吸口处。
垂直钢板格栅的缺陷是不适合用在挖掘黏性土质和石块较多的底质。黏土容易堵在垂直钢板格栅孔处,水流的冲力难以使黏土块通过,黏土逐渐累积,造成堵耙,需起耙停工清理,且清理费时、费力,延误生产;石块容易卡在空隙处造成堵耙,需上架后人员从弯管处钻入用铁锤将石块砸出或用撬棍撬出,耗时较长。
为此,在垂直钢板格栅基础上衍生出了一种改进型格栅,即在每个空隙的钢板中线处加装一个犁刃,可有效防止石块卡死堵耙,且由于犁刃体积较小,对耙头真空影响微弱,对产量影响可忽略不计。但这种格栅的缺点是焊接固定的犁刃会因石块碰撞、挤压而损坏高,稳定性不好,维修量较大。
水平钢板格栅水平安装在耙头调节罩上,不仅可有效增加活动罩质量,利于耙齿入土,并且水平安装的格栅为犁齿的安装提供了良好空间,可有效改善耙头挖掘效果,所以此类格栅对于耙头挖掘硬土效果较好。由于水平钢板格栅需要直接与泥面接触,受力挤压严重,格栅易损坏。
1.2套筒式震动格栅
套筒式震动隔栅多用于施工前期,可以有效地防止石块等杂物的堵耙现象。套筒式震动隔栅由纵向铁板、套筒、芯轴组成,由于套筒外径>铁板开孔孔径>芯轴直径,使套筒和铁板可小范围上下窜动,在挖泥过程中产生震动,使杂物自动脱落,避免堵耙。
1.3链条格栅
链条格栅又称“软格栅”,由链条、卸扣和眼板组成。横向链条通过眼板安装在耙头两侧侧板上,纵向链条通过眼板一端安装在耙头本体内部,另一端安装在耙头活动罩上。横、纵向的各链条采用网格式链接,全面包裹住耙头吸口,交点用卸扣连接,其相互间孔径宜取泥泵流道孔径的85%。
链条格栅多用于疏挖塑性黏土时,不仅可以有效防止耙吸挖泥船吸入大块石头造成堵泵,减少堵耙现象,而且能降低清耙的劳动强度。链条隔栅的安装相对复杂,首先需在耙头内部四周焊上吊耳,用卸扣连接链条和吊耳,链条与链条交叉处用卸扣连接定位,纵、横链条以小于泥泵流道的规格组成软格栅。
链条隔栅靠近引水窗,水流可对隔栅产生清洗作用。在石块或黏土堵塞耙头的情况下,可以通过拆卸卸扣的方法脱开部分隔栅使堵塞物脱落,从而有效降低了清理耙头粘附物的时间和劳动强度。但链条格栅也存在一定缺陷,由于其主要采用链条、卸扣连接,又直接与泥面接触、挤压,所以损坏率较高,维护较多。
二、密集格栅
密集格栅是为防止海底危险物进入施工船舶,在原有格栅基础上进行加密,该格栅的间隙大小应小于海底危险物的最小直径。在有危险物存在区域施工时,密集格栅可有效防止危险物进入管路系统损坏船机设备,但加密的格栅对于耙头的真空、生产率影响极大,产量受限严重。
密集格栅的拆换需要气割处理,耗时较长,若密集格栅的频繁拆装,将严重浪费施工时间。所以密集型格栅多采用活动格栅,即整个密集格栅由4块独立单元组成,在每个单元四角钻孔,用于固定,然后再在耙头内侧对应的位置焊好带孔的基座,最后将4块格栅分别用螺栓与对应的基座固定(图4、5)。采用活动的密集格栅,拆装时间将大大缩短。
结论
格栅作为耙吸挖泥船防杂物的主要方式,其安装需要与工况条件紧密结合。格栅形式和布设位置的选择,对生产率有很大影响。在一般土质及工况条件下,钢板格栅是耙吸挖泥船施工时的首选类型;若疏挖区底泥含少量石块,可选用改良版的钢板格栅。而在石块较多的区域,应优先选用套筒格栅。链条格栅不仅可以有效防止堵泵、堵耙现象的发生,还能降低清耙的时间和劳动强度。但损坏率较高,需要时常关注、维护。密集格栅可以有效地防止海底危险物进入施工船舶,但因其对生产率影响极大,在非危险物所在区域不应采用密集格栅。