摘要：本文结合中交广州航道局有限公司改造“捷龙”疏浚挖泥工程船的实例，对 “深中通道”工程清淤船 “捷龙”专用吸头的设计方案做了技术分析和探讨。
关键词：“捷龙”；“深中通道”；吸头；功能设计；
1、前言
“捷龙”改成吸淤船之后作为“深中通道”项目工程的关键施工工程船舶，在海底隧道沉管安装之前，专门负责清除用于安放海底隧道沉管的基槽碎石垫层上回淤的淤泥，以免影响海底隧道沉管的安装精度，以及避免海底隧道沉管后期沉降超出允许范围。因此用“捷龙”清除基槽碎石垫层上回淤的淤泥是安装海底隧道沉管之前不可缺少的一道关键施工工序。而吸头又是“捷龙”进行基槽清淤作业的关键装备。
根据“深中通道”的工程需求，“深中通道”工程清淤船 “捷龙”专用吸头的重点满足了如下要求：1、深基槽施工（清淤深度达到－40米）；2、高精度定位（高程精度10厘米内）；3、清淤效率是“港珠澳大桥”工程项目中所使用的“捷龙”船的2-4倍。
2、“深中通道”工程清淤船 “捷龙”专用吸头的功能设计方案
2.1、吸头姿态调整
通过在驾驶室的操纵杆手动控制主动油缸（1条）的伸缩来调整吸头与桥梁之间的姿态角度（即吸头与海平面之间的姿态角度），主动油缸内部安装有行程传感器。桥梁与船体连接的耳轴位置安装有一个角度传感器，吸头与桥梁连接的位置安装有一个角度传感器，当桥梁（使吸头在桥梁下放或提升时操纵主动油缸来手动控制及调整吸头与桥梁之间的姿态角度，使吸头与桥梁连接的位置所安装的角度传感器的读数与桥梁与船体连接的耳轴位置所安装的角度传感器的读数相同，则可保证吸头与海平面保持垂直。吸头姿态也可通过施工定位软件系统屏幕或吸头三维姿态显示系统直接实时查看。吸头姿态最大调整角度为52。（桥梁最大下放角度为41。）。
（备注：“捷龙”“深中通道”专用吸头的姿态调整操纵方式与“捷龙”“港珠澳大桥”专用吸头的操纵方式基本相同）
2.2、吸头触底感知及其缓冲保护
吸头安装有三条弹簧缓冲油缸，弹簧缓冲油缸的最大行程为500mm，弹簧缓冲油缸的初始弹力为10KN，弹簧缓冲油缸的最大弹力为37KN（压缩行程为500mm时），弹簧缓冲油缸内部安装有行程传感器。在桥梁下放过程中，若吸头触及海底平面时而桥梁继续下放，则弹簧缓冲油缸受到压缩，同时在施工定位软件系统屏幕上会有弹簧缓冲油缸压缩行程的数值显示（3条弹簧缓冲油缸的压缩行程数值单独显示）。挖泥手看见施工定位软件系统屏幕上有弹簧缓冲油缸压缩行程的数值显示时，说明此时吸头已触底，需立刻停止继续下放桥梁并且小幅提升桥梁。若施工定位软件系统屏幕上所显示的弹簧缓冲油缸压缩行程达到500mm还继续下放桥梁，则桥梁的重力会损坏吸头和压塌基槽的碎石垫层。当施工定位软件系统屏幕上有弹簧缓冲油缸压缩行程的数值显示时（即吸头触底时），不可通过主动油缸（1条）来手动控制及调整吸头姿态角度，否则会损坏吸头及将基槽的碎石垫层刮出一个凹坑。
2.3、吸头吸入口随海底地形的自适应调整
吸头3条弹簧缓冲油缸的拉杆末端均安装有球铰。当吸头触底时，吸头的吸入口可随基槽碎石垫层的轻微起伏自动微调吸头吸入口的姿态，可使吸头吸入口紧贴基槽碎石垫层的表面。吸头吸入口姿态也可通过施工定位软件系统屏幕或吸头三维姿态显示系统直接实时查看。
2.4、吸头高压冲水
吸头设置有2个环形高压水箱，其中外环高压水箱均布有8个喷水嘴（与吸入口成45。的方向），内环高压水箱均布有4个喷水嘴（垂直于吸入口方向），用于冲击海底淤泥，使泥砂颗粒处于悬浮状态，提高泥浆浓度。其中外环高压水箱均布的8个喷水嘴由桥梁上的高压液压蝶阀（右舷高压冲水管）在驾驶室控制开启或关闭，内环高压水箱均布的4个喷水嘴由桥梁上的低压液压蝶阀（左舷高压冲水管）在驾驶室控制开启或关闭，即可以根据吸淤需要来确定单独开启4个、8个或12个喷水嘴，也可将全部喷水嘴关闭。2个环形高压水箱的最大设计工作压力为1.7MPa，因此需注意调整驱动高压冲水泵的柴油机转速，避免高压冲水泵的出口压力超过1.7MPa，以免损坏2个环形高压水箱。
2.5、吸头吸入口流速调整
吸头吸入口设计最大清水流速为2m/s，在吸头吸入口上面设置有3个补水窗口，可根据吸头吸入口流速调整的需要而手动调整3个补水窗口的盖板大小，而达到调整吸头吸入口流速的目的，避免基槽碎石垫层的碎石
也随淤泥被吸走。同时也可通过调整驱动泥泵的柴油机转速来实现调整吸头吸入口流速的目的。
2.6、吸头吸入口防堵格栅
吸头吸入口设置有双层格栅，其中第一层格栅设置在吸头吸入口位置，第二层格栅设置在距离吸头吸入口250mm的外部位置。第二层格栅在防堵的基础上，也可防止基槽碎石垫层的碎石在吸头触底时因吸头吸入口流速过大的原因而随淤泥被吸走，即能保证在吸头触底的情况下吸入口离基槽碎石垫层有250mm的距离。两层格栅可吸入通过的最大物体的尺寸均为76mm×76mm。
2.7、吸头3D实时姿态显示系统
通过采集吸头与桥梁连接的位置安装的1个角度传感器、吸头与桥梁连接的位置所安装的1个角度传感器、1条主动油缸内部安装的1个行程传感器、3条弹簧缓冲油缸内部安装的3个行程传感器的实时数据至吸头3D实时姿态显示系统平台（如图1所示），使吸头实时姿态逼真地显示在屏幕上。另外当吸头触底时，吸头3D实时姿态显示系统的吸头触底警报会导致整个屏幕变成红色背景并且不停闪烁，同时警报蜂鸣器响起，让挖泥手第一时间感知吸头触底而停止下放桥梁，避免误操作的发生。吸头3D实时姿态显示系统能够直观地将吸头呈现在挖泥手的眼前，能够让挖泥手实时了解吸头在海底水中的状态，有利于挖泥手操纵船舶进行吸淤。
图1
3、结束语
“深中通道”工程清淤船 “捷龙”专用吸头已由中交广州航道局有限公司下属的中交广航船舶装备有限公司设计及制造完毕，现已安装在“捷龙”船上实际使用（如图2所示），吸头的设计及制造均达到预定目标。
图2
“捷龙”吸头是根据“深中通道”工程的特点及需求，专门为“深中通道”工程所量身订制，整个吸头的设计过程就是一个发明创造的过程，横跨多个学科。在确定本设计方案为最终的设计方案之前，也探索过其它几种吸头设计方案，从挖泥手操纵简单及结实耐用的角度考虑而淘汰了之前所探索的其它吸头设计方案。本设计方案具有满足“深中通道”工程所需功能要求，操作控制简单、水下直观可视化、性能可靠等特点。
本着科学的精神，从工程实际出发，历时几个月，设计“深中通道”工程清淤船 “捷龙”专用吸头，为“深中通道”及粤港澳大湾区建设献礼，并作出自己应有的贡献。
论文作者:钟旭辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/6
标签：吸头论文; 桥梁论文; 姿态论文; 油缸论文; 弹簧论文; 碎石论文; 高压论文; 《基层建设》2019年第15期论文;