机械清淤施工技术措施

机械清淤施工技术措施

水库机械清淤技术是指利用机械设备将已经淤积或进入水库的泥沙清除出库，主要分为常规机械清淤技术和特殊机械清淤技术两类。

常规机械清淤技术

（1）空库干挖。空库干挖清淤技术要求在非汛期降低库水位或放空水库，采用常规的挖掘机械进行淤泥、沙土的挖掘与运输。比如，美国Cogswell水库曾采用空库干挖方式进行清淤，并利用所挖泥沙进行工程应用。空库干挖清淤技术的优点是耗水量小、清淤量可控性强、清淤彻底，对环境影响相对较小，缺点是需耗费外部动力装备，清淤范围小、清淤成本高。

（2）挖泥船清淤。挖泥船清淤技术是指利用挖泥船对水库指定区域进行清淤，主要优点是耗水量小、机动性强，不受水库调度影响，缺点是清淤能力有限，汛期容易再次淤积，清淤成本较高。基于各种类型挖泥船工作特点，最适宜水库清淤的挖泥船主要有绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船及DOP（Damen onderwater Pomp，荷兰语，即达门水下泵）挖泥船

特殊机械清淤技术

（1）水力虹吸清淤。 

水力虹吸清淤技术基于虹吸挖泥船、吸头和水下抽沙管道等组成系统，利用水库上下游水位差产生的虹吸作用进行清淤。为提高清淤效率，可借助机械设备进行泥沙搅拌，增大悬浮泥沙浓度。在大坝下泄水流无含沙量限制时，该技术适用于坝前的小规模清淤，山西田家湾水库和法国Rioumajou水库等曾采用过该技术。其主要优点是成本低，设备可拆卸、易运输，可结合农田灌溉排沙；主要缺点是有机碎屑容易阻塞管道且清淤范围有限（最大为坝前3 km）。

（2）气力泵清淤。 

环保疏浚是去除河湖、水库内源污染的有效手段。传统的疏浚方法往往存在疏挖精度低、悬浮物易扩散、底泥含水率高等问题，这都严重限制了环保疏浚行业的发展和疏浚底泥的处理处置。而气力泵生态清淤同步脱水固化技术可使深水湖库的内源污染底泥大幅削减，疏浚精度可控制在10 cm之内，该技术已于2016年在福建省山美水库生态环保疏浚工程中得到良好应用，主要包含环保疏浚系统、预处理除渣系统、调理改性系统、脱水固结系统和资源化利用系统。采用的特种气力泵生态清淤船装备可对湖库底泥进行高精度疏浚，有效防止超挖、漏挖等不良现象产生。

气力泵清淤系统主要由泵体、进出气管、排料管、空气分配器、空气压缩机及水平输料管等组成，其中泵体作为最关键的部件，呈长圆柱状。气力泵整个工作过程分为三个阶段：①排气阶段，气力泵气阀打开，抽出泵内空气，随后气力泵气阀关闭；②进料阶段，气力泵进料口阀门打开，泥、沙及小石块等物料在水的压力与真空负载作用下快速进入泵体，当泵体内物料填充一定时间后，气力泵进料口阀门自动关闭；③进气阶段，气力泵气阀打开，通入压缩空气不断挤压泵体内的物料，将其由排料口排出，物料排完后排料阀门自动关闭，气力泵气阀再次打开，把残余压缩空气排出泵体，从而继续下一个工作循环。

底泥通过疏浚管道输送至岸上后，经过预处理过滤除渣、催化剂改性反应、压滤机脱水固化后，可形成45～65 mm厚的硬质泥饼，可作为烧制陶泥和生态砖的原材料。该技术适用于环保要求严、疏浚深度大、泥浆含水率高的湖库疏浚项目，可有效降低湖库内源污染，推动疏浚底泥的减量化、稳定化和资源化。

（3）射流船清淤。

射流船清淤工作原理，水泵抽吸河水泵送至高压水仓，然后由喷嘴阵列喷出高速射流，喷射到喷射区1中，泥沙不断悬浮，逐渐变成水沙混合层。随着涡流的持续搅动，原本密度不一的水沙混合层逐渐变成密度均匀的固液悬浮混合层，即过渡区2。由于过渡区的密度大于周围水的密度，因此在密度差的作用下混合层开始移动，形成所谓的密度流，带动过渡区2向输运区3不断移动，直到输运到指定清淤地点，完成一次清淤工作。

射流船只需借助水流自身动力将悬浮泥沙输送至预定地点，而无需依靠泥泵的抽吸及管路的输送作用，因此整个清淤过程成本相对较低，然而其对工况要求则更高。射流船只能应用于深槽、深潭等比较狭窄且位能较低的航道，同时疏浚物的主要成分必须是泥或者细砂。针对上述工况，射流船可发挥其能耗低、成本小、效率高及操作便捷等特长。目前，为了扩大应用范围，射流船正逐步通过增大流量和功率等向着大型化发展，且射流船将不再受船型限制，通过将射流装备添加到多功能疏浚船舶或者拖轮上，既可降低成本，又可弥补应用范围狭小的不足。

（4）射流泵清淤。

射流泵清淤技术是指运用伯努利效应在吸头内产生吸力，从水下抽取水和泥沙的混合物，并经管路运输到指定地点排放。高压水管内高压水流经喷嘴时流速会增大，混合腔内会出现负压，在负压作用下吸泥管吸入水和泥沙混合物，并与喷嘴射流混合后通过喉管、扩散管及排泥管排到指定地点。射流泵的主要优点是构造简单且容易加工、尺寸和质量均较小、价格低、安装维修便捷、无运动部件、便于启闭、安全可靠性高，与离心泵串联工作可实现污泥或泥沙的深水清淤；主要缺点是效率较低。

（5）气动冲淤。

正常水流挟沙能力弱、输沙量少的根源在于水流紊动能力弱，因此水流输沙能力提高的关键在于如何提高水流紊动特性与泥沙上扬速度。而气动冲淤技术是指向河底通入空气，引起气、水、沙的充分混合，进而产生联合运动，提高水流紊动能力，最终实现冲淤效果。现有气动冲淤技术主要包括掺气耙冲淤和通气管路冲淤两大类。

掺气耙的发展阶段，主要包括单面齿耙、双面齿耙、掺气耙和改进型掺气耙4个阶段，工效依次提高。改进型掺气耙的工作原理：耙体随牵引船移动时将淤泥耙起，并随水流进入到涡流室；布置于涡流室后侧的高压水嘴喷射高压水流对淤泥进行搅动，使淤泥变成较细颗粒，进而形成固液气三相混合的悬浮层，提高水流的输沙能力，达到清淤目的。

掺气耙清淤船具有成本低、效率高的特点，在维持沿海挡潮闸闸下航道容积、防止闸下航道淤积等方面发挥了很大作用。

通气管路冲淤是指在河床铺埋管路，管路上留有通气孔，空压机将一定压力的气体泵送至通气管路，气泡不断从通气孔冒出，形成上升流挟泥沙上扬，其中沉降速度相对较小的泥沙可以在较弱的水流条件下输送较远的距离。

针对黄河各水库深度不一的特性，建议在潼关段河底水深较小区域使用时，可选用压力低、气量大的空压机；在小浪底水库坝前水深大且要求提高输沙浓度时，可选用气压高的空压机。