1.成果描述

长期以来我国疏浚行业存在重大装备匮乏，只能依赖进口仿制，施工工艺粗放，主要依靠经验和师傅传承等问题。疏浚施工成本高、效率低，严重影响了我国在国际疏浚市场的竞争力。为实现疏浚行业的跨越式发展，争夺国际市场话语权，急需提升我国大型疏浚装备和疏浚工艺的核心技术水平。而作为一门工程技术，疏浚技术的进步很大程度上依赖于实验技术的进步，因此研制高精度、大容量、大比尺的实验平台刻不容缓。

工程中心凭借多年来积累的技术能力和竞争优势，承担了中交天津航道局重大课题《疏浚研究基地总体设计及主要实验平台开发研制》。双方发挥各自优势，组建强力研发团队，共同完成课题各项任务。双方研究确定了接近工程化的实验平台主尺度，并从疏浚挖掘与输送关键技术研发需求出发，对大比尺疏浚实验平台关键技术展开攻关。先后攻克了室内工程化疏浚实验环境创建，挖掘台车耙吸绞吸装置高度集成，复杂、动态、偏心荷载下台车四轮同步驱动，输送管路高浓度大颗粒砂水混合物0.5级测量精度和实验基地“零水耗”环保要求等诸多难题。成功研制了我国首个大比尺、高精度疏浚实验平台，在疏浚技术研发手段和硬件条件上进行了突破。对我国疏浚行业开展挖掘与输送机理的理论研究、疏浚施工的工艺优化研究、疏浚核心装备的国产化研发，具有不可或缺、难以替代的重要作用。为我国疏浚行业解决大型疏浚装备与关键技术“卡脖子”难题，实现从“仿制”到“被仿制”，从“被封锁”到“出口管制”的历史跨越做出了应有的贡献。

图1 大比尺泥泵及管路输送实验平台

图2 挖掘机具及疏浚工艺实验平台

通过大颗粒卵石混砂输送试验、混凝土切削科研试验等一系列模型试验研究，提出了卵石混砂水力输送计算和硬质粘土、岩石切削新模型，并成功用于指导天津南港、大连太平湾、葫芦岛绥中港疏浚工程施工和“大国重器”天鲲号等现代大型挖泥船的耙头/绞刀研制，为企业创造利润15698万元，为国家创税1569.75万元。

中国水运建设行业协会组织鉴定，该成果总体上达到了国际先进水平，其中，疏浚输送实验平台达到了国际领先水平。成果荣获“2017年度中国水运建设行业协会科学技术一等奖”，并入选中国疏浚行业首次评选的“新世纪以来十大创新科技成果”，也是行业内唯一入选的来自高校的成果。

图3 中国水运建设行业协会2017年度科学技术一等奖（河海大学排名第二）

图4 中国水运建设行业协会2017年度科学技术一等奖（主要完成人排名第一）

图5 中国疏浚行业新世纪以来十大创新科技成果

2.典型工程化应用

针对绞刀和耙头在挖掘硬质土及粘土时所遇到的各类工程问题，双方应用挖掘机具及疏浚工艺实验平台，开展了一系列的挖掘实验研究，形成了模型实验及数值仿真的完整的设计方法。所研制的5000kW大功率绞刀，成功应用于天航局建造的大国重器“天鲲号”超重型绞吸挖泥船上，打破了大型绞刀只能依靠进口、周期长、价格贵的局面。所研制的重型主动型挖掘耙头，成功装备到“通途”等大型耙吸挖泥船中。

图6 “天鲲号”超重型绞吸挖泥船

图7 模型绞刀切削混凝土试块实验

图8 研制绞刀应用于大国重器“天鲲号”绞吸船

针对大颗粒土质水力输送计算模型缺乏，施工参数依赖于经验等问题，双方应用大比尺泥泵及管路输送实验平台，开展了砾砂、圆砾卵石混粗砂等多类土质的一系列固液两相流输送研究，成果应用于马来西亚碧桂园及葫芦岛绥中港区港池的疏浚工程施工，取得了良好的社会和经济效益。

(a)管道输送试验用圆卵砾石混粗砂

 (b)实验加料过程

(c)砂料回收至回收池

(d)输送实验台加砂回砂系统

图9 砾砂和圆砾卵石混粗砂的固液两相流输送实验

（供稿：疏浚技术教育和研究中心  审核：白建波）