本发明涉及疏浚工程，特别是一种绞吸船及疏浚方法。
背景技术：
1、绞吸式挖泥船（简称绞吸船）是一种广泛应用于疏浚工程的设备，能够将挖泥、运泥、卸泥等疏浚过程一次完成，相较其他类型的船，具有连续作业时间长、生产效率高、施工成本低、操作灵活的特点。如图1所示，绞吸船的前端铰接设置有桥架1，桥架1的前端设有绞刀头3，绞刀头3可相对桥架1转动，绞刀头3的转动轴和桥架1内部固定的电机的输出轴同轴固定；桥架1上还固定有吸泥管2，吸泥管2的一端朝向绞刀头3设置，另一端与泥泵4连通；工作时，船首前端桥架1放到水面以下，通过桥架1前端绞刀头3的旋转将水下泥面绞松，船上离心式泥泵3作用产生负压吸力，通过吸泥管2把挖掘所得的泥浆等吸入，泥浆通过泥泵4泵出，再通过船上输泥管线排出。现有绞吸船适合于大多数软质和中等硬度土质的开挖，但在岩石工况下其性能会受到显著限制；在开挖硬质或岩石层情况下，绞吸船的效率会显著降低，不仅容易出现堵管问题，还会增大船体挖掘阻力和设备负荷，导致设备（比如绞刀头、齿）磨损严重，甚至可能损坏。
2、在某项目的港池疏浚中，发现疏浚土里存在大量10-60cm的孤石，平均5-30分钟不等需停泵并提拉桥架移出水面清理石头，严重影响绞吸船的施工效率，给疏浚作业造成了巨大的阻碍。通过对疏浚港池地质进行浅剖测量，结果显示孤石分布整个港池范围，区域内可探测埋藏孤石的顶面高程范围为-5.0m~-17.5m；并且根据绞吸船施工记录，不仅表层存在孤石，底下各个深度层均存在较多孤石，严重影响疏浚和吹填工效，并对设备损伤太大而造成无法施工，而若将该部分砂土外抛处理，则会造成吹填方量不足。
3、在上述情况下，项目组曾尝试采用在吸泥管的吸泥口处加设网罩的方式，意图将大石头排除在外，避免堵管或堵泥泵的问题，但是在实验过程中发现工程疏浚土的黏性较大，易堵塞网孔，尺寸与隔栅间隙大小接近的石头也易挂网造成堵塞，加大吸泥阻力，泥土输送效果不佳；而且，采用这种将石头排除在外的方式进行吸泥，导致港池疏浚内遗留大量石头，也会给船体水下挖掘产生阻力，绞刀头等构造在回摆和前移过程中仍会和前面所残留的石头接触，影响其它区域或更深层泥面的开掘。
4、因此，如何快速清理港池疏浚土中的孤石，同时又能减少脱泵和提拉桥架清理石头的频次，使满足疏浚工效，是当前亟需研究攻克的难题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：针对现有技术在港池疏浚中发现大量孤石，在采用绞吸船进行疏浚的过程中石头容易吸进泥泵造成堵塞，需频繁停泵清理石头，严重影响绞吸船施工效率，但若将石头采用网罩隔离在外的方式进行泥土输送，又存在黏土及尺寸与隔栅间隙大小接近的石头挂网造成堵塞、给施工带来较大的阻力的问题，提供一种绞吸船及疏浚方法。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种疏浚方法，包括以下步骤：
4、s1：采用抓斗船抓取表层第一预设深度的覆层土中的石头，和/或采用水上挖机耙斗对疏浚区域按第二预设深度进行分层筛分石头；
5、s2：采用改造过的绞吸船进行疏浚作业。所述绞吸船的吸泥管上设有石头分离装置，所述石头分离装置为一截与所述吸泥管连通设置的管道结构，即所述石头分离装置是泥泵前端吸泥管线上的其中一截，既可以接洽于多段吸泥管之间，也可以接洽于整段吸泥管的端部；具体地，所述石头分离装置的侧壁上设有自动开关门，所述自动开关门朝下设置，所述自动开关门与第一驱动装置连接；所述石头分离装置内设有单向格栅，所述单向格栅位于所述自动开关门靠近绞刀头的一侧，所述单向格栅与所述石头分离装置的管壁铰接连接，所述单向格栅能够从靠近绞刀头的一侧单向导入石头，反之，当石头反向从泥泵侧朝向绞刀头侧回落时，单向格栅能够阻挡石头回落；所述石头分离装置内还设有石头处理机构，所述石头处理机构位于所述自动开关门靠近绞吸船泥泵的一侧，所述石头处理机构用于处理石头并使泥浆过流，保证所述泥泵能够正常工作，避免石头堵塞泥泵；在所述石头处理机构和所述单向格栅之间的空间作为用于暂存石头的收集仓，所述收集仓内的石头能够通过所述自动开关门处的开口排出；所述石头分离装置的下方设有用于存储石头的甲板仓，所述甲板仓与所述自动开关门位置对应。
6、具体地，疏浚作业包含如下步骤：
7、s21：驱动绞刀头转动，使之绞松水下泥土和砂石，驱动泥泵，将泥浆和砂石等疏浚物通过所述吸泥管吸入；
8、s22：当检测到所述吸泥管内的压力为预设压力值后，关闭所述泥泵，通过所述第一驱动装置打开所述自动开关门，连通所述收集仓和所述甲板仓，将所述收集仓内的物料排放到所述甲板仓内；
9、s23：关闭所述自动开关门，重新启动所述泥泵，继续进行疏浚作业。
10、本方案先采用抓斗船清理疏浚区域表层第一预设深度覆层土中的石头，减小绞吸船开掘阻力后再采用技改后的绞吸船进行绞吸挖泥；或者先采用水上挖机耙斗对疏浚区域按第二预设深度分层筛取大于吸泥口尺寸的大石头，降低疏浚区域中可能有尺寸大于吸泥口的石头阻碍绞吸船深入开掘的风险，减小绞吸船开掘阻力，之后再采用技改后的绞吸船进行绞吸挖泥，利于提高绞吸船后续施工效率；又或者，既采用抓斗船初步抓取一遍表层覆层土中的石头，又采用水上挖机耙斗按第二预设深度从上到下分层筛取出尺寸大于吸泥口的石头，之后再采用技改后的绞吸船进行绞吸挖泥。这样利于降低绞吸船使用功耗，提高施工效率。在采用改造后的绞吸船进行疏浚作业的过程中，疏浚物中的石头随泥浆在泥泵负压吸力的作用下进入石头分离装置，石头能够直接撞开单向格栅到达石头处理机构所在位置由石头处理机构进行处理，比如拦截、破碎等，使得进入泥泵的疏浚物能够正常泵出，避免堵塞泥泵；在作业过程中，由于管道内部空间有限、疏浚物具有不同硬度物质等因素，当石头处理机构处待排队处理的石头过多，慢慢的会在管内形成真空，导致吸泥管无法正常实现输送功能，此时则需要停泵清理石头，避免泥泵做无用功消耗甚至被损坏。当泥泵停机后，堆积在收集仓中的石头在重力作用下具有下滑的趋势，设置于自动开关门靠近绞刀头侧的单向格栅可阻挡收集仓中的石头回落，同时允许泥浆回流；此时管道内石头可通过自动开关门自动排出管道外，暂存在甲板仓中，待恢复管道原始通径流量后即可继续进入下一阶段的疏浚作业，无需频繁提桥架清理石头。
11、本方案采用改造后的绞吸船进行疏浚作业，既实现了对疏浚物中的石头清理，减少石头在疏浚港池中的堆积，降低疏浚开掘阻力，也实现将吸泥管道内石头在水下自动排出管道外并收集起来，实时解决堵管、堵泵问题，减少了提桥架清理石头的频次，保证泥泵能够长时间正常工作，从而提高疏浚和吹填工效，也便于石头集中统一处理、实现石头有效利用，环保经济；相对现有技术在发生堵管或堵泵问题后提桥架移出水面，需要通过人工从吸泥口进入管道内进行掏石操作的方式，采用本方案的施工效率高。
12、作为本发明的优选方案，上述疏浚作业还包括步骤：当所述甲板仓达到预设承重压力后，停止所述绞刀头和泥泵工作，提拉桥架将所述绞刀头和吸泥管移出水面；下放所述甲板仓，清理所述甲板仓。
13、作为本发明的优选方案，所述第一预设深度和/或第二预设深度为1.5-3m。
14、作为本发明可选的优选方案，所述石头处理机构包括导流格栅和两个呈平行设置的齿辊，所述齿辊上设有破碎刀头，用于破碎石头，所述齿辊与液压马达连接，所述导流格栅分别设置于两个所述齿辊与相应侧的管壁之间，所述导流格栅倾斜设置，所述导流格栅用于将石头导向于两个所述齿辊之间并使泥浆过流；所述石头分离装置的横截面积大于所述吸泥管的横截面积。其中，所述导流格栅呈格栅构造，具有导流和过滤作用。
15、本方案利用导流格栅过流泥浆的同时将大块石头和泥浆分离，将石头导向引入两齿辊之间进行破碎，使得石头破碎至能够通过泥泵叶轮间隙的小石块，直接通过泵管吹填上岸，既实现石头重复利用，又能减少堵塞和停机时间，提高吹填功效；齿辊通过采用液压马达驱动转动，可适应水下作业。相适应地，在设置有破碎结构的情况下，为满足石头分离装置处具有足够流量通径允许泥浆通过，与泥泵性能相适应，应将石头分离装置的横截面增大设置。
16、作为本发明的进一步优选方案，所述石头处理机构的过流通道的横截面积大于或者等于所述吸泥管的横截面积，所述过流通道的横截面积=所述石头处理机构的内腔面积-所述齿辊平面积-所述破碎刀头平面积。
17、作为本发明的进一步优选方案，所述石头分离装置为一段变径管线：所述石头处理机构内腔的横截面形状呈正方形，便于布置相同尺寸规格的齿辊，所述收集仓处的横截面形状呈圆形，与吸泥管横截面形状相适应，方便加工处理，相适应地，所述收集仓内切于所述石头处理机构所在位置的内腔，即所述石头处理机构所在位置的内腔面积大于所述收集仓的横截面积；考虑所述收集仓要储存石头，其横截面积应比吸泥管的横截面积略大，则：所述石头处理机构所在位置的内腔面积>所述收集仓的横截面积>所述吸泥管的横截面积，满足吸泥管输送需求，与泥泵性能相适应。
18、作为本发明的优选方案，两个所述齿辊上的所述破碎刀头之间设有横向间隙，即两齿辊的轴线间距大于两个齿辊上破碎刀头的半径之和。该间隙应小于泥泵叶轮间距、与石头最大允许通过粒径大小相适应。相比现有技术将两齿辊间的破碎刀头紧密设置的方式（比如两齿辊的轴线间距小于或等于两侧破碎刀头半径之和），本方案在两侧破碎刀头之间预留足够大的间隙，一方面能够使得大石头在泥泵负压吸力作用下快速进入在该间隙中进行破碎，另一方面能够有效避免石头在两侧破碎刀头间打滑而停滞在破碎刀头前无法实现有效破碎，提高破碎效率，减少排队石头，降低石头堵塞风险。
19、此外，需要说明的是，为保证破碎后的石头能够顺利通过泥泵叶轮间隙，两齿辊的布置间距应小于绞吸船所选用泥泵叶轮间隙，与泥泵性能相适应。
20、作为本发明的进一步优选方案，所述破碎刀头包括第一刀头和第二刀头，所述第一刀头的直径大于所述第二刀头的直径，在每个所述齿辊上，所述第一刀头和所述第二刀头交替设置且呈间隔设置，两个所述齿辊间的各所述破碎刀头错位设置。本方案采用一大一小不同规格的刀头交替间隔设置，两侧刀头间既能留有较大通入空间，又能通过不同位置上的破碎刀头有效咬住石头进行剪切破碎，利于结构布置紧凑，石头破碎粒径的均匀性好。
21、作为本发明的优选方案，两个所述齿辊分别连接有一个所述液压马达，两个所述液压马达呈异侧布置。这样利于传递大扭矩，相比将液压马达同侧布置的方式，采用本方案的布置方式，石头在破碎中沿齿辊轴向的破碎力较为均衡，石头破碎粒径均匀性好。
22、作为本发明的优选方案，所述石头分离装置的两端分别设有缩颈连接部，所述缩颈连接部呈锥形，所述缩颈连接部用于与两端管道对接；所述缩颈连接部上设有与端面齐平的法兰盘，便于定位。本方案优选采用缩颈连接部渐变连接，泥浆能够沿着缩颈连接部回落，相比凸台样式呈尺寸突变的构造，泥浆在进出口处堆积风险小。
23、作为本发明的进一步优选方案，所述缩颈连接部具有大端和小端，所述单向格栅设置于所述缩颈连接部靠近大端的一侧，避免石头停留在缩颈连接部处。
24、作为本发明另一种可选的优选方案，所述石头处理机构包括活动格栅和第二驱动装置，活动格栅与第二驱动装置连接，所述活动格栅用于拦截石头并使泥浆过流，活动格栅为可活动式的格栅结构；比如沿管径方向直线移动、绕管壁孔转动、沿管道内壁移动等方式。通过在自动开关门的泥泵侧设置活动格栅以用以拦截石头，避免石头进入泥泵引起堵管；当活动格栅处堆积的石头引起管道堵塞，则通过第二驱动装置移动或转动活动格栅，松动堵塞在活动格栅处的石头，防止石头卡接在活动格栅处，使得石头能够在重力作用下下滑通过自动开关门处的开口滚落到甲板仓中实现石头管道内清理，从而解决石头堵塞导致管道真空的问题。
25、举例来说，活动格栅通过沿管径方向移动的方式松动堵塞的石头，一种可实施方式可以是：所述活动格栅可以设置一根挡杆，考虑采用具有一定宽度或直径的挡杆或者在管壁两侧设置固定挡块，使两侧固定挡块与单根挡杆之间的距离合适；或者，采用合适数量挡杆，比如两根、三根，使挡杆与挡杆之间以及挡杆与管壁之间的距离合适，可设置部分挡杆或全部挡杆沿轴向可移动。以转动活动格栅松动石头的方式来说，活动格栅可以是带有较宽叶片的挡杆，挡杆穿设于管壁并与外部的第二驱动装置转动连接，叶片与叶片之间，或者叶片与管壁之间留有适当间距过流泥浆，当发生石头堵塞停泵后，通过驱动挡杆转动，使具有较宽的叶片拨动石头，使卡接着的石头松动然后顺着自动开关门的开口落下。不限于上述举例。
26、作为本发明的优选方案，所述甲板仓沿管线轴向方向设置，所述甲板仓的一端与所述桥架或船体铰接连接、另一端与所述桥架可拆卸连接。即工作状态时甲板仓可与桥架位置保持固定状态，当解除工作状态时该端（与桥架活动连接的一端）可绕铰接支点相对桥架转动。
27、作为本发明的优选方案，所述甲板仓上设有若干挡板，若干所述挡板平行设置且沿所述吸泥管长度方向间隔设置，起一定缓冲和格挡作用，防止石头沿着甲板仓的倾斜坡度直线下滑堆积在一处。
28、作为本发明的优选方案，所述单向格栅的顶部与所述石头分离装置铰接连接，这样单向格栅可通过重力作用回落，相比设置于箱壁侧方进行铰接效果更好。
29、作为本发明的优选方案，所述自动开关门与所述石头分离装置铰接连接，所述自动开关门通过第一驱动装置与所述石头分离装置的管壁连接，所述第一驱动装置设置于所述石头分离装置的外部，避免第一驱动装置的布置占据管道流量通径，避免石头撞击，且方便控制。
30、本发明还提供一种吹填方法，包括以下步骤：
31、将吹填泥管线与上述绞吸船上的泥泵连接；
32、将采用上述疏浚方法排出的进行绞吸挖泥，疏浚物通过绞吸船上的吸泥管和泥泵并经由所述吹填泥管线排放到指定围堰位置。
33、本发明还提供一种绞吸船，包括桥架和吸泥管，所述桥架与所述吸泥管连接，所述吸泥管的一端与泥泵连通、另一端朝向绞刀头设置，所述绞刀头设于所述桥架的前端，还包括石头分离装置，所述石头分离装置为设置于所述吸泥管上的一截管道结构，所述石头分离装置的侧壁上设有自动开关门，所述自动开关门朝下设置，所述自动开关门与第一驱动装置连接；
34、所述石头分离装置内设有单向格栅，所述单向格栅位于所述自动开关门靠近绞刀头的一侧，所述单向格栅与所述石头分离装置的管壁铰接连接，所述单向格栅能够从靠近绞刀头的一侧单向导入石头，反之，当石头反向从泥泵侧朝向绞刀头侧回落时，单向格栅能够阻挡石头回落；
35、所述石头分离装置内还设有石头处理机构，所述石头处理机构位于所述自动开关门靠近绞吸船泥泵的一侧，所述石头处理机构用于处理石头并使泥浆过流，保证所述泥泵能够正常工作，避免石头堵塞泥泵；在所述石头处理机构和所述单向格栅之间作为用于暂存石头的收集仓，所述收集仓内的石头能够通过所述自动开关门处的开口排出；
36、所述石头分离装置上和/或所述吸泥管上设有压力检测装置，所述压力检测装置用于检测管道内压力；
37、所述石头分离装置的下方设有用于存储石头的甲板仓，所述甲板仓与所述自动开关门位置对应。
38、本方案通过对现有绞吸船上的吸泥管进行改造，既能实现对疏浚物中的石头进行清理，减少石头在疏浚港池中的堆积，降低疏浚开掘阻力，也能实现将吸泥管道内石头在水下自动排出管道外并收集起来，解决堵管、堵泵问题，减少提桥架清理石头的频次，保证泥泵能够长时间正常工作，从而提高疏浚和吹填工效。
39、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
40、本发明既能实现对疏浚物中的石头清理，减少石头堆积，降低疏浚开掘阻力，也能实现将管道内石头在水下自动排出管道外并收集起来，便于石头集中统一处理、实现石头有效利用，同时能够实时解决堵管、堵泵问题，减少提桥架清理石头的频次，保证泥泵能够长时间正常工作，相对现有技术在发生堵管或堵泵问题后提桥架移出水面，需要通过人工进入管道内进行掏石操作的方式，提升了施工效率。
1.一种疏浚方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种疏浚方法，其特征在于，还包括步骤：当所述甲板仓（5）达到预设承重压力后，停止所述绞刀头（3）和泥泵（4）工作，提拉桥架（1）将所述绞刀头（3）和吸泥管（2）移出水面；下放所述甲板仓（5），清理所述甲板仓（5）。
3.根据权利要求1所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述第一预设深度为1.5-3m，和/或第二预设深度为1.5-3m。
4.根据权利要求1所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述石头处理机构（63）包括导流格栅（631）和两个呈平行设置的齿辊（632），所述齿辊（632）上设有破碎刀头（633），所述齿辊（632）与液压马达（634）连接，所述导流格栅（631）分别设置于两个所述齿辊（632）与相应侧的管壁之间，所述导流格栅（631）倾斜设置以用于将石头导向于两个所述齿辊（632）之间；所述石头分离装置（6）的横截面积大于所述吸泥管（2）的横截面积。
5.根据权利要求4所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述石头处理机构（63）的过流通道的横截面积大于或者等于所述吸泥管（2）的横截面积，所述过流通道的横截面积=所述石头处理机构（63）的内腔面积-所述齿辊（632）平面积-所述破碎刀头（633）平面积。
6.根据权利要求5所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述石头处理机构（63）内腔的横截面形状呈正方形，所述收集仓（62）处的横截面形状呈圆形，所述收集仓（62）内切于所述石头处理机构（63）所在位置的内腔，所述收集仓（62）的横截面积大于所述吸泥管（2）的横截面积。
7.根据权利要求4所述的一种疏浚方法，其特征在于，两个所述齿辊（632）上的所述破碎刀头（633）之间设有横向间隙。
8.根据权利要求7所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述破碎刀头（633）包括第一刀头和第二刀头，所述第一刀头的直径大于所述第二刀头的直径，在每个所述齿辊（632）上，所述第一刀头和所述第二刀头交替设置且呈间隔设置，两个所述齿辊（632）间的各所述破碎刀头（633）错位设置。
9.根据权利要求4所述的一种疏浚方法，其特征在于，两个所述齿辊（632）分别连接有一个液压马达（634），两个所述液压马达（634）呈异侧布置。
10.根据权利要求4所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述石头分离装置（6）的两端分别设有缩颈连接部（64），所述缩颈连接部（64）呈锥形，所述缩颈连接部（64）上设有与端面齐平的法兰盘（65）。
11.根据权利要求10所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述缩颈连接部（64）具有大端和小端，所述单向格栅（61）设置于所述缩颈连接部（64）靠近大端的一侧。
12.根据权利要求1所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述石头处理机构（63）包括活动格栅（635）和第二驱动装置（636），所述活动格栅（635）与所述第二驱动装置（636）连接，所述活动格栅（635）用于拦截石头并使泥浆过流，所述活动格栅（635）为可活动式的格栅结构。
13.根据权利要求12所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述活动格栅（635）包括至少一根挡杆（635），所述挡杆（635）和两侧管壁之间形成用于拦截石头的格栅结构，所述挡杆（635）的一端伸出于管壁并与所述第二驱动装置（636）连接，所述第二驱动装置（636）能够带动所述挡杆（635）沿轴向做直线运动。
14.根据权利要求1-13任一项所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述甲板仓（5）沿管线轴向方向设置，所述甲板仓（5）的一端与所述桥架（1）或船体铰接连接、另一端与所述桥架（1）可拆卸连接。
15.根据权利要求14所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述甲板仓（5）上设有若干挡板（51），若干所述挡板（51）平行设置且沿管线轴向方向间隔设置。
16.根据权利要求1-13任一项所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述单向格栅（61）的顶部与所述石头分离装置（6）铰接连接。
17.根据权利要求1-13任一项所述的一种疏浚方法，其特征在于，所述自动开关门（66）与所述石头分离装置铰接连接，所述第一驱动装置（67）设置于所述石头分离装置（6）的外部。
18.一种吹填方法，其特征在于，包括以下步骤：
19.一种绞吸船，包括桥架（1）和吸泥管（2），所述桥架（1）与所述吸泥管（2）连接，所述吸泥管（2）的一端与泥泵（4）连通、另一端朝向绞刀头（3）设置，所述绞刀头（3）设于所述桥架（1）的前端，其特征在于，
