钦州港东航道扩建工程挖掘砂岩比能.pdf
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1、 年 月水运工程 第 期 总第 期 疏浚工程钦州港东航道扩建工程挖掘砂岩比能张更生 曹 凯 殷瑞林 张 勇 李 能(.中交(天津)生态环保设计研究院有限公司 天津.中交天津航道局有限公司 天津市疏浚工程技术企业重点实验室 天津)摘要:依托广西钦州港东航道扩建工程 基于重型绞吸船“天鲲号”疏浚典型砂岩时挖掘困难、刀齿和管线等磨损严重且输送时易堵管问题 分析疏浚砂岩特性指标 从风化砂岩挖掘比能与船舶施工参数相关性角度 基于挖掘施工参数及比能理论 推导出钦州砂岩的特性指标单轴饱和抗压强度、绞刀消耗功率与挖掘产量的计算公式 利用该公式 可预测重型绞吸船挖掘风化岩石的挖掘产量 为疏浚工程经营生产提供技术
2、支撑关键词:疏浚工程 风化砂岩 比能 疏浚生产率 产量预测中图分类号:文献标志码:文章编号:().收稿日期:作者简介:张更生()男 硕士 高级工程师 从事岩土工程勘察设计和疏浚土质研究工作 广西钦州港东航道扩建工程疏浚土质为砂岩在水力、压力和温度等作用下 由砂土颗粒与钙质胶结沉积而成 砂岩具有不均匀性 软硬交替强度较大 可挖性相对较差 在挖掘过程中 对接触刀齿、水下泵和管线等磨损严重 给疏浚施工造成重大隐患 从而影响绞吸船挖掘效率 使施工挖掘产量难确定、施工成本难以准确估算增大疏浚管理和运作风险 针对此类典型风化砂岩 基于比能理论和船舶施工参数 找出疏浚岩石、绞吸船挖掘产量和船舶功率消耗的内在
3、关系进行产量预估 为疏浚岩石进行施工指导 是钦州港东航道扩建工程亟待解决的问题目前 国内外对于疏浚岩土特性与挖掘产量关系的研究取得了系列成果 张更生等 以防城港 万吨级航道疏浚工程为例 针对疏浚砂岩和泥质粉砂岩工程特性 建立了疏浚岩体基本质量指水 运 工 程 年标修正值和疏浚生产率的经验关系 对疏浚生产率进行预测 得到了良好的效果 进行了疏浚岩石破坏机理研究 建立了岩石单轴抗压强度和比能的关系曲线 利用比能、挖掘产量和绞刀消耗功率的关系 预测疏浚岩石施工的产量 他还进行了饱和砂土切削机理研究 建立了砂土破坏时受力与砂土内摩擦角、外摩擦角、刀齿切削角和剪切角相互关系 为疏浚机具的设计提供技术支持
4、 等 基于有限元原理 对饱和密实砂土切削进行数值模拟研究 指出饱和密实砂土的切削力受剪切膨胀影响严重 在疏浚船舶挖掘施工时要考虑此种现象对挖掘产量的影响 综上 国内外关于疏浚岩土对疏浚效率影响的研究 主要集中在密实砂土和岩石等土质切削过程中受力和切削比能研究 采用理论推导和室内试验的方法 对疏浚技术的应用达到了良好的效果本文借鉴国外疏浚土质与疏浚效率研究成果依托广西钦州港东航道扩建工程 基于风化砂岩疏浚特性 建立了风化砂岩特性指标、绞刀功率和疏浚挖掘产量之间的相关关系 预测挖掘产量、优化疏浚施工工艺 提升该类土质疏浚工程施工的时效性、经济性和可靠性 为典型土质疏浚施工提供技术支撑 具有重要的实
5、际应用价值 疏浚砂岩特性依据广西钦州港东航道扩建工程地勘资料疏浚区域底高程 疏浚深度分布着砂岩和上部覆盖层 砂岩主要为细砂 局部含泥岩夹层上部覆盖层主要为黏性土和砂土层 土质特性为:)上部覆盖层 黏性土呈灰褐色灰黄色、流塑可塑状态 标准贯入击数 击 土质不均 软硬交替 含较多砂土颗粒 砂土层以中粗砂为主松散中密状态 标准贯入击数 击 平均值约为 击 局部夹杂角砾和风化残积土)砂岩 覆盖层下为强风化中风化的细颗粒砂岩 强风化岩的单轴饱和抗压强度在 以下 中风化岩的强度指标一般在 以上 见表 表 砂岩特性指标及疏浚级别岩性天然密度()单轴饱和抗压强度岩石质量指标软化系数疏浚岩土工程特性分级强风化砂
6、岩 中风化砂岩 依据疏浚区域的地质勘察资料和水深测图计算出广西钦州港东航道扩建工程覆盖层、强风化砂岩和中风化砂岩的疏浚工程量 见表 表 疏浚工程量岩土类别覆盖层强风化砂岩 中风化砂岩合计疏浚工程量万 由表、可以看出 钦州港东航道扩建工程强风化砂岩工程量为 万 占疏浚工程总量的 强风化砂岩裂隙发育强烈 岩体破碎 完整性很差 单轴饱和抗压强度在 以下 为极软岩 且遇水软化 重型绞吸船“天鲲号”挖掘容易 强风化砂岩经过绞刀破坏、水力作用和管线输送撞击 到达泥塘后呈角砾和卵石混合物 中风化砂岩疏浚工程量为 万 占疏浚工程总量的 疏浚厚度 厚度不均 平均厚度为 是影响疏浚效率的关键土质 单轴饱和抗压强度
7、为 为较软岩较硬岩 裂隙发育不强烈 岩体完整性较好 较破碎完整 软化系数为 岩石经水浸泡后强度下降有限 特别是单轴饱和抗压强度 以上的为完整性较好的砂岩 重型绞吸船“天鲲号”挖掘不容易 施工时绞刀刀臂和刀齿磨损断裂问题突出 最严重时刀齿磨耗为 个万 使得挖掘效率难以控制 给疏浚生产造成极大风险 为了解决疏浚生产率计算问题 引入疏浚风化岩挖掘比能概念 进一步研究具体工况条件下疏浚挖掘产量预测问题 尽量减小疏浚施工风险“天鲲号”挖掘生产率、单轴饱和抗压强度和比能的相互关系.单轴饱和抗压强度与生产率关系广西钦州港东航道扩建工程的施工船舶为“天鲲号”泵(个水下泵和 个舱内泵)施工 第 期张更生 等:钦
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