大型绞吸船挖掘珊瑚礁及千枚岩施工参数.pdf
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1、 大型绞吸船挖掘珊瑚礁及千枚岩施工参数 李 晟,张文峰,徐从贤,庄燊鑫(中港疏浚有限公司,上海 200136)摘要:珊瑚礁、风化岩作为沿海广泛分布的土质,在港口、航道工程施工中通常采用抓斗船进行挖掘清除。随着国内外大型绞吸船装备技术的快速发展,采用装备大功率绞刀的绞吸船挖掘珊瑚礁及风化岩,成为当前最为高效、经济的施工方案。因此,如何根据绞刀设计功率、岩石特性评估绞吸船挖掘施工效率,成为疏浚吹填工程准确测算施工成本、工期的重要难点。本文根据绞刀刀齿二维受力分析,结合三维结构特点,分别计算绞刀切削时的厚度与速度,最终对珊瑚礁、风化岩建立绞刀功率模型,用于测算施工工期与成本。关键词:珊瑚礁;千枚岩;
2、绞刀;功率模型 中图分类号:U616 文献标识码:A 文章编号:1004-9592(2023)04-0088-05 DOI:10.16403/ki.ggjs20230419 Construction Parameters of Large Cutter Suction Dredger Applying to Excavation of Coral Reefs and Melite Rock Li Sheng,Zhang Wenfeng,Xu Congxian,Zhuang Shenxin(CHEC Dredging Co.,Ltd.,Shanghai 200136,China)Abstract
3、:Coral reefs and weathered rocks are usually excavated and removed by using grab boats in the construction of port and channel.With rapid development of large-size cutter suction dredger at home and abroad,the cutter suction dredger equipped with high-power reamer applies to the excavation of coral
4、reefs and weathered rocks,which is regarded as the most efficient and economic construction plan at present.Therefore,the combination of design power of reamer and rock characteristics to evaluate the efficiency of cutter suction dredger becomes the difficulty in calculating accurately the construct
5、ion cost and period of a dredging project.According to the analysis of 2D force acting on the reamer comb as well as 3D structure characteristics,the thickness and speed of the reamer during cutting process are calculated respectively,and reamer power models are finally built to calculate the constr
6、uction period and cost of coral reefs and weathered rock.Key Words:coral reefs;phyllite;reamer;power model 引引 言言 随着国内外大型绞吸船装备技术的快速发展,采用装备大功率绞刀的绞吸船挖掘珊瑚礁及风化岩,成为当前最为高效、经济的施工方案。因此,如何根据绞刀设计功率、岩石特性评估绞吸船挖掘施工效率,成为疏浚吹填工程准确测算施工成本、工期的重要难点。在绞刀切削方面,国内外研究主要采用了理论计算和数模分析两种方式。其中理论计算主要围绕刀臂、刀齿进行二维受力分析1,将刀齿切削收稿日期:2022-
7、09-09 作者简介:李晟(1987-),男,硕士,高级工程师,主要从事疏浚工程技术专业工作。88Port,Waterway and Offshore Engineering89 轨迹简化为二维平面运动,通过受力平衡分析,提出了刀齿在切削过程中的受力公式;马亚生、倪福生2等建立了绞刀片在大切削角度下的力学模型,通过“楔块”的力矩平衡方程,封闭绞刀片大角度切削水饱和沙的力学模型,解出了力学模型中的新变量楔角。在数模分析方面,张德义等3采用有限元 FEM 法研究绞刀切削土壤过程,选取MAT147 为 土 壤 材 料 模 型,采 用 ANSYS/LS-DYNA 模拟绞刀切削,研究土壤切削形态,得出绞
8、刀的切削阻力;杨晨、陈永梅等4亦利用ANSYS/LS-DYNA 软件建立绞刀和土体的有限元模型,应用 LS_DYNA 的显式动力学分析算法,对绞刀切削土壤的动力学过程进行模拟,得到绞刀在切削土体时功率消耗、切削阻力以及土壤的等效应力变化规律。本文针对珊瑚砂、风化岩的土质工程特性,在绞刀刀齿二维受力分析的基础上,结合绞刀三维结构特点,建立绞刀切削功率模型,用于评估绞刀在珊瑚礁、风化岩等碎石类土质工况下的挖掘施工效率,为施工成本、工期测算提供依据。1 刀齿受力理论刀齿受力理论 刀齿在切削过程中,主要受 4 个力共同作用,分别为:作用在刀片上的法向力 N2;土体与刀齿间的摩擦力;泥土和刀片之间的粘性
9、的剪切力 A;作用在刀片上的水下压力引起的力 W2。如图 1 所示。图图 1 刀齿受力分析刀齿受力分析 绞刀在挖掘过程中,单个刀齿的平均切削功率为刀齿沿切削方向受力 Fh与刀齿切削速度 VD乘积,则绞刀总功率为参与切削刀齿功率的累积。由此可确定绞刀功率 P计算公式:miDWsDhskbehgVcVFP22111 (1)式中:S参与切削刀齿数量;W清水密度,取 1 025(kg/m3);g重力加速度(9.81 m/s2);VD刀齿切削速度(m/s);e反应土壤空隙特性的系数;hi为刀齿切削厚度(m);b刀齿宽度(m);km反应土体渗透性的系数;c1系数,在既定土质条件下为定值。根据上式,在既定的
10、绞刀结构尺寸、分层厚度、绞刀前移量下,绞刀挖掘效率恒定,但绞刀功率与刀齿切削厚度 hi、刀齿切削速度 VD呈平方正相关,即刀齿切削厚度、速度越大,绞刀功率越高。下文即根据大型绞吸船在某工程施工中所遇到的珊瑚礁与千枚岩的实际参数,对绞刀工作时刀齿切削厚度 hi、刀齿切削速度 VD对挖掘施工效率的影响展开分析,并建立绞刀切削功率模型,为施工提供理论依据。2 刀齿切削厚度刀齿切削厚度 对于刀齿的切削厚度,其主要由刀齿的横移速度和绞刀转速决定,根据大型绞吸船施工理论,横移速度越大,切削厚度越大,绞刀转速越快,切削厚度越小。刀齿切削厚度见图 2。图图 2 刀齿切削厚度刀齿切削厚度 刀齿切削厚度计算原理如
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