疏浚船舶组合在航道疏浚工程施工中的应用研究

随着全球贸易量的增加和船舶尺寸的不断扩大,航道疏浚逐渐成为保证航运安全和港口效率的关键,优化疏浚船舶组合在施工中的应用,对于提高作业效率、降低成本和减少环境影响具有重要意义。为解决现有疏浚作业中存在的效率低下和环境破坏问题,本文首先阐述了疏浚船舶组合的定义与分类,分析了不同类型疏浚船舶的特点及其在航道疏浚中的适用性,探讨了疏浚船舶组合在航道疏浚工程施工中的应用优势与应用原则,最后依托某实际航道疏浚工程,说明了疏浚船舶组合的实际应用方法,实现了疏浚工程成本效益的最大化和环境影响的最小化,以此为相关人员提供实践参考。

绞吸船疏浚中粗砂时泥泵叶轮更换策略分析

大型绞吸船中粗砂输送泥泵叶轮磨损严重,导致泥泵性能下降、油耗增加,针对目前通过泥泵运行过程振动情况来判定叶轮更换时机的现状,分析泥泵不同磨损阶段工效变化特性,对比不同累计输送方量下泥泵更换的成本投入、产能提升和整体经济效益,为泥泵叶轮更换策略优化提供指导。结果表明,1000万m^(3)的工程在200万m^(3)时更换叶轮对比300万m^(3)时更换叶轮,其预计可节省80.1 t燃油;累计输送方量250万m^(3)时,建议达到300万m^(3)或报废后更换,该泥泵叶轮更换策略能显著降低施工成本、实现节能减排。

耙吸挖泥船耙臂水下安全控制技术研究与应用

耙吸挖泥船耙臂在施工过程中受浪流和泥面凹凸不平影响,在水平和垂直2个方向均会发生偏移,而操耙手无法直接观察到耙臂在水下的状态,需通过安装在耙臂上的水平和垂直传感器实时感知耙臂姿态,依靠人工调节耙臂绞车,实现耙臂水下安全施工作业,调节过程完全依靠人工经验进行操作,调节效果因人而异。针对人工操作的弊端,研究提出了耙臂水下施工安全控制技术,实现耙臂水下施工过程自动无人化控制,技术成果在4艘3000 m3等级耙吸挖泥船实船应用,应用效果显著,可适应多种施工工况,实现大面积推广应用。

新建6500 m^3耙吸挖泥船疏浚系统技术研究

6 500 m^3耙吸挖泥船是由荷兰IHC联合上海振华船研中心共同为中交上海航道局有限公司研发设计,专为航道治理、港口疏浚建造的2艘高效环保型耙吸挖泥船。文中以6 500 m^3耙吸挖泥船设计建造为基础,根据全船技术规格设计和疏浚系统技术规格设计,采用理论分析和对比研究的方法,重点研究了6 500 m^3耙吸挖泥船疏浚系统的设计理念和装备配置,通过与国内现有技术对比,针对各个子系统解析全新设计耙吸挖泥船的特点和性能,为后续国内耙吸挖泥船设计优化提供思路。

环保绞吸船管道输送加气增排技术现场试验研究及能效分析

针对河湖库清淤环保绞吸船长排距输送吹距不足、传统接力泵增排方式安装维护困难及使用成本较高的问题,依托现场工程开展射流管加气和风炮管直接加气2种不同加气方式的增排技术试验研究,并对其增排效果和能效进行对比分析。研究表明,射流管加气和风炮管直接加气2种加气方式均具有增压减阻增排增流的效果。二者相比,射流管加气方式更能起到节能降本增效的作用。通过工程现场测试,相比于传统接力泵方式,采用射流管加气工艺可增产约9%,降低单方成本约6.0%,若换算为排距,可在原排距基础上提升排距约16.6%,其节能增排效果显著。本研究结果可为河湖库清淤环保绞吸船的长排距施工提供参考。

基于中粗砂土质输送工况的泥泵轴系疲劳寿命研究

绞吸挖泥船泥泵泵轴的断裂事故时有发生,直接影响疏浚工程的进度和效益。以厦门机场大小嶝造地工程为背景,3500 m~3/h绞吸挖泥船的泥泵轴系为研究对象,建立了泥泵在流量11000 m~3/h、泥砂粒径0.7 mm、混合物体积浓度20%工况下的疲劳寿命预测模型。通过对泥泵运转过程中的多相流场数值分析和对泥泵轴系瞬态动应力响应分析,提取泵轴关键节点处的应力时间历程数据,结合S-N曲线法和线性累积损伤原理,分析泵轴时域疲劳特性,预测相应工况下的泥泵轴系疲劳寿命。以此为基础,为进一步优化施工工艺和提升泵轴运转寿命提供建议。

疏浚吹填工程中抛填沙的运动扩散流失问题

为解决疏浚吹填工程中抛填沙的运动扩散和流失导致的工程成本增加、绞吸挖泥船施工效率低下等问题,以福建省古雷石化产业园增填沙工程为对象,研究抛填沙的运动扩散流失问题。通过机理试验、数值模拟和现场实测验证等方法,对抛填沙的水下堆积形态和流失量进行模拟分析和计算,并制定根据潮位、流场变化动态调整优化的施工方法。机理试验和数值模拟表明:抛填沙堆积形态具有分层斜坡式结构的特征;抛填沙总体流失率在14%~16%。工程应用表明,通过控制堆沙高度、调整工程船行进方向、采用斜坡式递进施工工艺等,可有效降低沙堆塌方和绞吸挖泥船“搁桥”的频率,提高施工效率。

污染底泥环保疏浚工程的理念·应用条件·关键问题

污染底泥是水体最主要的内源,存在污染物二次释放的风险,而环保疏浚可以有效地清除污染底泥、降低内源污染负荷及其释放风险,因此近年来该技术在水环境治理中得到广泛的应用.环保疏浚的主要目的是有效清除河流、湖泊(水库)水体污染底泥中累积的污染物,并对浚后污泥进行安全处理处置,为污染河流、湖泊(水库)水质改善与生态修复发挥工程作用.作为湖泊、河流水污染综合治理技术体系的重要组成部分,环保疏浚是生态环境工程技术之一,也是湖泊河流水污染治理的重要手段;但底泥疏浚同时也存在疏浚效果不理想、可能造成原位扰动与异地污染、改变水生态系统的结构与功能等生态风险.研究显示,未来环保疏浚的主要发展方向应包括:(1)基于调查评估基础上的污染底泥分区、分类环保疏浚及处理处置研究;(2)污染底泥环保疏浚与区域生态修复一体化设计研究;(3)污染底泥环保疏浚-浚后干化-处理处置-资源化集成技术研究;(4)污染底泥环保疏浚、处理和资源化全过程监管评估技术研究.

固化剂固化疏浚土的渗透性与微观机理研究

用水泥和石灰等胶结剂及激发剂构成的固化剂对上海市横沙岛东滩的疏浚土进行改良,在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用自配固化剂对岛区疏浚土进行了渗透试验。分析了固化疏浚土的渗透系数与固化剂掺量、养护龄期之间的关系,得到了疏浚土渗透系数在不同固化剂掺入比和龄期下的变化规律。结果表明:固化疏浚土的渗透系数随固化剂掺量和龄期的增加而明显变小,但在同一龄期下,当固化剂掺量继续增加时,其渗透系数变化不大。并利用电镜扫描(SEM)对不同固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测,获得了疏浚土固化前后的微观结构SEM图,结合SEM图对疏浚土固化前后的微观结构变化做了定性的对比和分析,从固化疏浚土微观结构中发现固化疏浚土中含有水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙晶体、无定形文石、钙矾石等能够填充孔隙的胶结物,并从微观上解释了固化剂固化疏浚土的固化机理。

感潮河段污染底泥疏浚扰动对水质影响研究

通过实验室水槽实验,研究了感潮河段疏浚时机械作用对污染底泥释放污染物的影响,并与底泥污染物静态释放过程进行了对比分析。研究结果表明,底泥表面被破坏并产生再悬浮时,底泥中的耗氧性污染物释放到水体中,产生的化学需氧量比静态扩散时大得多。根据实验结果,分别针对静态水流和动态水流条件,利用菲克第一定律和第二定律,推导了反映底泥污染物释放的公式。

多功能疏浚实验台车控制技术的设计与实现

在现代疏浚设备及施工工艺的研究中,大型疏浚施工实验平台发挥了重要作用。文中设计的多功能疏浚实验台车可以搭载耙吸平台和绞吸平台,分别模拟耙吸挖泥船和绞吸挖泥船在多种工况下的施工过程。台车系统具有牵引力大、稳速精度高、起制动功能强、过载能力强等特点。台车采用直流自驱和绞车牵引两种驱动形态。台车的控制也分为直流自驱和绞车牵引两套控制系统,两套控制系统的控制理念一致,均以PLC为核心,采用变频器调节电机转速,从而实现对台车速度的控制,同时通过编码器对台车速度和位置进行实时监测,实现闭环控制。在完成系统电气设计的基础上,通过对PLC的编程完成台车运行中各项设计指标的实现。

USBL技术在大型抓斗水下定位的应用研究

针对大型抓斗船抓斗水下三维定位这一工程技术难点,对比研究了多种定位方法,选定了采用超短基线声学定位系统USBL实现抓斗的水下定位,介绍了该系统需要的适应性改造,对设备的型号选择、安装位置、安装方式及系统使用过程中影响定位精度的主要因素、减小误差的方法进行了分析。

一种多功能疏浚机具风浪流水槽实验平台的设计建设方案研究

本文介绍了一种多功能疏浚机具风浪流水槽设计方案及其控制系统;该系统整合了风浪流共同作用水槽、疏浚机具模拟设备、量测设备及实验模拟方法,并依托多功能水槽搭建了疏浚过程模拟实验平台;依据实验的功能和需求不同,将多功能疏浚机具风浪流水槽实验平台水动力模型实验分类为疏浚机具工况和疏浚土运动模拟这两个主要类别,并介绍了两类模型实验方案的主要内容。

厦门大小嶝造地工程吹填砂起动流速试验研究

大小嶝陆域形成采用耙吸船、绞吸船联合采砂吹填施工方案。其吹填砂料经检测成分主要为粗砂且粒径较为单一。起动流速是疏浚吹填土质基本水动力学特性之一。通过室内物理模型试验,测试了吹填粗砂不同水深下的起动流速,并与当前常用的张瑞瑾、窦国仁、唐存本等起动流速公式进行了比较,推荐适用于该类粗砂的起动流速计算公式,为现场疏浚吹填施工分析计算提供基础数据资料。

疏浚船用离心式泥泵叶轮改型研究及应用

针对绞吸挖泥船短排距施工工况,结合CFD数值模拟对泥泵叶轮进行叶片改型优化,在减少叶片数的同时,将圆柱叶片改型为三维扭曲叶片,模拟清水效率达到了83%,与切割叶轮相比,清水效率提高了18%。改型叶轮在福建莆田石门澳疏浚工程中得到应用,“新海鲲”轮泥泵更换改型叶轮后,可以在1.5 km排距下采用双泵串联的方式作业,而且排管无缩口,与采用直径600 mm的缩口施工相比,生产率提升约34.1%,提高了绞吸挖泥船在短排距工况下的生产率。

隧道管环端面平整偏差自动评估技术研究

为解决当前手段不能实现管环端面平整偏差自动测量的问题,及时为人工补偿平整偏差提供数据依据,基于所建立的模型设计自动测量方案并对测试应用结果进行分析总结。通过分析盾构施工特点,确定可在盾构坐标系内表征测量点坐标,在此基础上推导基于推进油缸行程的管环平整偏差数学模型,证明基点与测量点间距与安装角度关系可由三角函数描述,且可在平面直角坐标系内计算平整偏差。设计基于油缸行程传感器的评估算法、测量方案,实际测试的数据表明,和人工测量结果相比,该系统能以较高精度自动监测管环平整偏差,有效降低测量人员的劳动强度。

耙吸挖泥船耙管姿态全自动自适应控制技术研究与应用

耙管姿态自适应控制是耙吸挖泥船全自动收放耙过程的关键控制技术。在分析控制需求的基础上,引入先进自动控制和智能控制理念,设计了姿态自适应控制策略。针对全自动控制关键流程引入了智能PID控制器,实现了绞车速度的精细化调控。实船应用表明,该控制策略稳定可靠,提高了全自动收放耙的控制精度和控制效率,可快速推广到其他疏浚船应用。

小口径排泥管输送加气技术现场试验研究

小型疏浚工程通常采用小型绞吸船进行施工,小型绞吸船由于泥泵功率较小,导致输送排距无法满足需求,本文探讨小口径排泥管加气技术对管道排距的影响。现场试验依托石门澳蓄滞浚清淤吹填工程,在吹填管上相距300 m的2个位置进行试验,分别使用空压机直接加气和射流器混合加气两种方式。试验结果表明,管道加气技术能够有效提升输送排距。空压机直接加气效果比射流器混合加气效果更好,加气点靠近船端位置效果最好,平均增加排距22.2%,射流器混合加气平均增加排距12%。现场试验验证了疏浚排泥管加气技术的可行性,为疏浚工程排距问题提供了新的解决思路。

航道点云数据可视化技术研究与应用

为解决航道点云数据实时建模显示效果差和耗费时间长的问题,以长江口航道点云数据为对象,在Unity3D开发环境下研究点云数据的预处理、三角网格剖分、插值以及渲染,采用基于高度图的算法,高效地实现航道点云数据的可视化。实验对比分析找出影响显示质量和运行帧率的关键因素,科学合理地划分网格精度。该算法模块为航道数据分析、地质地形建模、仿真系统等提供高效的基础组件,成功应用于发改委资助的创新能力建设项目"耙吸船模拟仿真平台"。

生石灰与粉煤灰对河湖疏浚底泥脱水效果影响的试验研究

采用比阻试验、电镜扫描(SEM)试验以及小型压滤机试验,研究了不同添加比例的生石灰与粉煤灰对河湖疏浚底泥脱水效果的影响规律。粉煤灰和生石灰均能有效改善疏浚泥浆的脱水性能,随着添加量的增加,泥浆比阻值与抽滤时间减少的速率随之加快,脱水性能改善越来越明显,脱水泥饼厚度、密度逐渐增大,含水率逐渐降低。生石灰对疏浚泥浆脱水性能的改善效果优于粉煤灰,起主导作用,粉煤灰起辅助作用,二者混合添加比单独添加效果更优。适当添加粉煤灰既能增加脱水效果,又能降低滤液p H,从而缩减尾水处理成本。