试析不同管径在汉南东荆河大堤吹填工程中的运用

２０１２年第２期　２０１２　Ｎｕｍｂｅｒ　２　水电与新能源　总第１０１期　ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　ＡＮＤ　ＮＥＷ　ＥＮＥＲＧＹ　Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１０１　文章编号：１６７１—３３５４（２０１２）０２—００３７—０３　试析不同管径在汉南东荆河大堤吹填工程中的运用　周庆安　（湖北水总水利水电建设股份有限公司，湖北武汉４３００３４）　摘要：以汉南东荆河大堤抢险工程为例，从管道特性、泥泵性能人手，确定挖泥船在不同管径下的操作参数，用于指导　施工。　关键词：挖泥船；不同管径；吹填；东荆河大堤；施工　中图分类号：ＴＶ８７１．２　文献标志码：Ａ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｕｂｅｓ　ｗｉｔｈ　Ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｄｉａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｆｉｌｌｉｎｇ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｈａｎｎａｎ　Ｄｏｎｇｊｉｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　Ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ　　ｔＺＨＯＵ　Ｑｉｎｇｈｎ　（Ｈｕｂａｉ　Ｓｈｕｉｚｏｎｇ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３００３４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　Ｈａｎｎａｎ　Ｄｏｎｇｊｉｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ　ｒｅｓｃｕｅ　ｐｒｏｊｅｅｔ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ｉｎｔｅｎｄｅｄ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｏｕｔ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｄｒｅｄｇｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ｖａｒｉｅｄ—ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｔｕｂｅｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｐｉｐｅｓ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｍｕｄ　ｐｕｍｐ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｇｕｉｄｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｒｅｄｇｅｒ；ｔｕｂｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｉａｍｅｔｅｒｓ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｉｌｌｉｎｇ；Ｄｏｎｇｊｉｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ；ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ　汉南东荆河大堤抢险吹填工程，位于武汉市西南　Ｑ＝，ｉｒＤ　Ｖ／４可得，在相同流量Ｑ的情况下，流速　相　郊，长江北岸，嘉鱼牌洲湾对岸的水洪乡。１９９９年６　差很大，其沿程水头损失和局部损失也不相同。为此，　月１５日，在大堤桩号ＫＭ１６８＋９５０～ＫＭ１６９＋１５０长　将排泥管分两段计算。即大管径的沿程水头损失和局　２００　ｍ的堤段，出现整体滑坡。堤顶下滑最大高度达　部水头损失按大管径来计算，小管径的沿程水头损失　３　ｍ。正值长江主汛期来临，省、市有关领导作出布　和局部水头损失按小管径来计算。然后将它们相加，　署，要求立即对大堤进行抢险。对堤后的鱼塘部分，采　得出整体的沿程水头损失和局部水头损失，再加上排高、　用挖泥船吹填施工，以达到填塘固基的效果。设计吹　行近水头及真空，便得到在这一管长下的总水头损失。　填高程２５．７　ｍ（系吴淞基面，下同），长３８０　ｍ，平均宽　采用不同管径的排泥管施工，有一点需要注意：为　度９３．５０　ｍ，工程量１２．１万ｍ　。　了防止堵管，使水流顺畅排出，以达到吹填的目的，流　本工程的实际排距在１　２８０～１　５１４　ｍ，为防汛抢　速选定时首先满足大管径的流速，此流速　，应大于所　险工程，时间要求紧，为了使本工程尽快脱险，拟派生　开挖土质的不淤流速，小管径内的流速会大于大管径　产率高的海狸４６００型挖泥船施工。但其　７００的钢　内的流速；并采用将大管径的排泥管与挖泥船相连，小　管在短时间内调运工地（浮管数量足够）相当困难，因　管径的排泥管再与大管径的排泥管相连的方法施工。　此决定采用　５００的钢管顶替　７００的钢管施工，在　１．２管道输泥特性的计算方法　水陆接岸处，采用长１　ｍ的变径管联接。挖泥船施工　（１）计算基本数据。浮管Ｌ　＝１　２００　ｍ，折算成标　时，从管道特性和泥泵性能人手进行计算并确定了操　准长度Ｌ＝１　２００×１．５＝１　８００　ｍ，岸管８０～３１４　ｍ，排　作参数。　高暂不计，据汉南区水利局有关技术人员提供取土区　１　管道特性计算的原则与方法　资料为粘土，查有关资料，当浓度Ｐ＝１２％一２０％时，　其流速　不宜小于３　ｍ／ｓ，粘土的比重ｒ＝１．９，取浓度　１．１管道特性计算的原则　Ｐ＝１４％，则泥浆比重ｒ　：１．１２６。．　由于排泥管径不同，其沿程水头损失也不相同；由　（２）计算公式。ｈ沿＝ｒｍ・Ａ・（Ｌ／Ｄ）・（Ｖ２／２ｇ）（１）　收稿日期：２０１１—１１—２１　作者简介：周庆安，男，高级工程师，从事水利水电工程建设与管理工作。　３７　水电与新能源　２０１２年第２期　ｈ局＝０．２　ｈ沿　（２）　３７５—７５０型泥泵的工作特性，利用挖泥船出厂时荷兰　ｈ速＝ｒ　Ｖ２／２ｇ　（３）　矿业学院做的一套清水特性曲线，即转速ｎ＝　ｈ总＝ｈ沿＋　局＋　速七　排　（４）　２７８　ｒ／ｒａｉｎ（相应主机转速为ｎ＝１　２００　ｒ／ｍｉｎ）时的清　０ｏ＝１．９６　研０ｏ　（５）　水特性曲线，和泥泵间的性能关系：　式中：ｈ为水头损失，ｒｎ；Ａ为管道沿程损失系数，对于　７００的管道，取Ａ＝０．０２０　２，对于　５００的管道，取　流量与转速成正比，即Ｑ。／ｑ　＝ｎＩ／ｎ　；扬程日与　Ａ＝０．０２２；Ｌ为管长，ｍ；Ｄ为管道内径，ｒｎ；Ｖ为流速，　转速的平方成正比，即Ｈ　／Ｈ２＝（ｎｌ／ｎｚ）　。　ｍ／ｓ：ｇ＝９．８　ｍ／ｓ　。　另推算出泥泵转速分别为　＝２２９、２２７、２２５　ｒ／ｍｉｎ　（相当于主机转速分别为９８８、９８０、９７１　ｒ／ｍｉｎ）的３条　２泥泵特性　吹清水时的Ｑ—Ｈ曲线，并依据Ｈ。＝ｒｍＨ的关系，将清　对于海狸４６００型挖泥船中压头五叶片１７５０—　水曲线换算成输泥特性曲线其值列于表１。　表１海狸４６００型挖泥船输泥特性曲线　注：日、Ｈ　分别为输送清水、泥浆时的总水头。　将表１中输泥的Ｑ一日值点绘在座标纸上，便得　１　２００　ｒ／ｍｉｎ）的Ｑ—Ｈ曲线为上限，以泥泵转速　到图１不同转速时双泵运行Ｑ—Ｈ曲线（输泥）。　２２５　ｒ／ｍｉｎ（相当于主机转速９７１　ｒ／ｍｉｎ）的Ｑ—Ｈ曲线　为下限，再结合本工程的具体情况前期采用大流量、高　＼　浓度生产，后期指标与前期相比略有变化，采用小流量　＼　＼　Ｌ　＼　生产。　＼　、＼　、＼　、＼　　＼＼　＼　　计算公式仍采用管道输送特性中的公式。　＼　＼　流速问题，对于前期，考虑到流速太大，则损失也　＼　大；流速太小，流量小，不经济。经技术经济评价，拟定　取Ｖ＝３．７　ｍ／ｓ；对于后期，则采用流速Ｖ＝３　ｍ／ｓ。　Ｑ／（Ｌ・ｓ　１　前期当Ｌ岸＝８０　ＩＴｌ，Ｌ浮＝１２００　Ｘ　１．５＝１　８００　ｍ，Ｖ＝　图１不同转速时双泵运行Ｑ—Ｈ曲线（输泥）　３．７　ｍ／ｓ时，由式（１）得浮管的沿程损失：　ｈ浮＝ｒ　・Ａ・（Ｌ／Ｄ）・（ｖ２／２ｇ）　３挖泥参数的确定　＝１．１２６×０．０２０２×（１８００／０．７）Ｘ［３．７　／（２　Ｘ９．８）］　＝根据泥泵和主机的工作特性，对泥泵工作范围作　４０．８５　１１１　了明确规定，以泥泵转速２７８　ｒ／ｍｉｎ（相当于主机转速　岸管的沿程损失：　Ｈ岸＝ｒ　・Ａ・（Ｌ／Ｄ）・（Ｖ２／２ｇ）　３８　周庆安：试析不同管径在汉南东荆河大堤吹填工程中的运用　２ｏ１２年３月　＝１．１２６　ｘＯ．０２２×８０／０．５×［（１．９６／３．７）　／（２　ｘ９．８）］　１０．６４　ｍ　控制在０．４５　Ｐａ左右。　＝管线的沿程损失：　沿＝　浮＋ｈ岸＝４０．８５＋１０．６４＝５１．４９　ｍ　４实际生产情况　第一期管线浮管长１　２００　ｍ，　５００岸管长８０　ｍ，　施工时间为７月４日至７日，水位为２９—２９．５　ｍ，平均　水位２９．２５　Ｉｎ，管口高程２７．５　ｍ，ｈ排＝一１．７５　ｍ，平均　排压５．３０４　Ｐａ，平均真空０．４９　Ｐａ，由ｈ总＝　泥ｈ损＝　．由式（２）得管线的局部损失：　ｈ局＝０．２ｈ沿＝０．２　Ｘ　５１．４９＝１０．３　ｍ　由式（３）得行近水头：　ｈ速＝ｒ　ｖ２／ｚｇ：１１２６　Ｘ　３．７￣／１９６＝０．７９　ｍ　．真＋　排＋　修得（这里＾修　０），ｈ总＝５．３０４＋　０．４９＝５．７９４　Ｐａ。　前期施工时，长江水位２９．０　ｍ，排泥管管口中心　高程约２７．５　ｍ，则　排＝一１．５×１．１２６　ｍ＝一１．６９　ｍ　由式（１）得，第一期　７００管内流速　，　１．１２６×｛［０．０２２×（１２００　Ｘ　１．５／０．７）×（　／　１９．６）＋０．０２２　Ｘ（８０／０．５）×（１．９６Ｖ）　／１９．６］Ｘ　１．２＋　（　／１９．６）一１．７５｝＝６１．０５，得Ｖ＝３．７１　ｍ／ｓ，相应流　由式（４）得管线的总损失：　日总＝　沿＋ｈ局＋　速＋　排＝５１．４９＋１０．６４＋０．７９一　１．６９＝６１．２３　ｍ　量５　１４２　ｍ　／ｈ，按１４％浓度计，则小时产量为７１９　ｍ　／ｈ。　最后一期管线，　７００浮管长１　２００　ｎｌ，　５００岸　管长３１４　ｍ，施工时间为７月１７日至１８日，施工期水　位比预计高，为３０．３　ｒｌｌ，排泥管口２７．５　ｍ，则　ｈ排＝一２．８　ｍ，平均排压为６．０９６　Ｐａ，平均真空为　０．４３３　Ｐａ。　查图（１），当ｎ＝２５５　ｒ／ｍｉｎ，Ｖ＝３．７　ｒｎ／ｓ时（相应　流量为１　４２５　Ｌ／ｓ），其水头Ｈ＝６３．９２　ｍ，比计算损失　水头ｈ掏＝６１．２３　ｍ富余２．６９　ｍ水头，作为储备。　后期：当Ｌ岸＝３１４　ｍ时，采用小流量生产，以利沉　淀，减少流失，取Ｖ＝３　ｍ／ｓ，由式（１）得浮管的沿程损失：　ｈ浮＝ｒ　・Ａ・（Ｌ／Ｄ）・（Ｖ２／２ｇ）　＝贝０　ｈ总＝６．０９６＋０．４３３＝６．２５９　Ｐａ　１．１２６　Ｘ０．０２０２×（１８００／０．７）×（３２／１９．６）　２６．８６　ｍ　＝同样由式（１）得最后一期管内流速　，　１．１２６×｛［０．０２２×（１２００　Ｘ　１．５／０．７）×（俨／　岸管的沿程损失：　ｈ岸＝ｒ　・Ａ・（Ｌ／Ｄ）・（Ｖ２／２ｇ）　１９．６）＋Ｏ．０２２×（３１４／０．５）×（１．９６Ｖ）　／１９．６］Ｘ　１．２＋　（俨／１９．６）一２．８｝＝６８．７９，得Ｖ＝３．１４　ｍ／ｓ，相应流量　４　３５２　Ｉｌｌ　／ｈ，按１４％浓度计，则小时产量为６０９　ｉｎ　／ｈ。　通过以上计算，可以看到，第一期管线，理论计算　流速为３．７　ｍ／ｓ，实际流速为３．７１　ｍ／ｓ，增加　＝１．１２６　ｘＯ．０２２×（３１４／０．５）Ｘ［（３　Ｘ１．９６）　／１９．６］　＝２７．４４　ｉｎ　管线的沿程损失：　ｈ沿＝　浮＋　岸＝２６．８６＋２７．４４：５４．３　ｍ　０．０１　ｍ／ｓ。最后一期管线，理论计算流速为３　ｍ／ｓ，实　际流速为３．１４　ｍ／ｓ，增加了０．１４　ｍ／ｓ。流速增大的主　由式（２）得局部损失：　ｈ局＝０．２　沿＝０．２　Ｘ５４．３＝１０．８６　ｍ　要原因是管道出口比水位低约１．７５～２．８　ｍ，产生虹　吸现象而引起的。　由式（３）得行近水头：　ｈ速＝ｒ　Ｖ２／２ｇ＝１１２６×３２／１９．６＝０．５２　ｍ　．预计尾期施工水位为２９．５　ｍ，ｈ排＝一２　Ｘ　１．１２６　ｍ＝一２．２５　ｍ　５结语　本工程施工期为１９９９年７月４日至７月１９日，　由式（４）得管线的总损失：　Ｈ总＝ｈ沿＋ｈ局＋ｈ速＋　排＝５４．３＋ｌ０。８６＋０．５２—　２．２５９＝６３．４３　ｍ　历时１６　ｄ。施工水位２９～３０．３４　ｍ，挖泥船基本处于　高水位作业。岸管布置是从下游逐渐向上游方向延伸　的。施工期间，机械设备运转正常，管道无堵管现象，　挖泥船保持了正常施工。　吹填鱼塘高程，设计为２５．７　ｍ，根据试验区确定　的泥土固结沉降量，本工程按超高０．１５　ｍ的高度即　２５．８５　ｍ高程进行控制是能满足设计要求的，完工后，　指挥部技术人员对大堤进行监测，大堤未发现新裂缝，　也未发现大堤有滑坡迹象。采用挖泥船进行填塘固　基，达到了预期目的。　３９　查图（１），当ｎ＝２２９　ｒ／ｒａｉｎ，Ｖ＝３　ｍ／ｓ时（相应流　量为１　１５５　Ｌ／ｓ），其水头Ｈ＝６７．１５　ｍ，要比计算的管　道损耗水头ｈ相＝６３．４３　ｍ富余３．７２　ｍ水头，作为储　备，为此，决定设备开挖运行指标如下。　前期：主机转速９７０　ｒ／ｒａｉｎ，排压不大于５．５　Ｐａ，真　空控制在０．５　Ｐａ左右。　后期：主机转速９９０　ｒ／ｒａｉｎ，排压不大于６　Ｐａ，真空