本发明涉及破冰船，特别是涉及一种利用盾构式设备将海上冰层掘开以开辟航道的掘冰工程船。
背景技术：
地处地球南北两极及与寒带相临近的海域上，每年都会发生海面冰封的现象。例如我国北方的一些港口、江河和湖泊，在寒冷的冬季里存在很长时间的封冻期，在该时期内船舶无法通航，既给当地的交通运输带来了极大的不便，也严重制约了当地经济的发展。
为了使船舶能够封冻期的水域上顺利航行，务必要将水面上的冰层破开以开辟出能供航行的航道。在大型海面上，一般采用破冰船开辟专用航道，破冰船可以使用连续破冰的方式，即利用螺旋桨的推力、船舶破冰线型以及破冰船的自重缓慢、起伏地把厚度较低的冰层劈开撞碎，或者采用冲撞破冰的方式，利用船舶前行的冲力冲上冰面，再配合船体自重和压载水将厚度较大的冰层压为碎块。而在近海港口或内陆江湖上，目前主要采用搭载挖掘机的拖船进行破冰作业，其通过挖掘机的抓斗凿开冰层以达到击碎冰凌的目的。
采用连续破冰和冲撞破冰的传统破冰船，其通过船体与海冰的相互作用而使海冰产生破坏，因此要求船舶具有较为巨大的体积、自重和很高的结构强度；同时，传统破冰船需要通过调节压载水来改变船体的纵倾姿态，故其普遍存在破冰缓慢、破冰效率低下且能耗巨大等问题，如果操作不当，还容易造成船体摇晃，甚至倾覆；另外，对于冲撞式破冰船，若冰层过厚时，船舶还很容易冲上冰面但无法破冰从而导致船体被卡住，甚至是搁浅的发生。
而采用搭载挖掘机的拖船进行破冰，其仅适用冰层厚度较小的水域，且该种搭载式船舶的连接强度较差、稳定性低和工作效率都极为低下，而施工、操作难度及危险性都较高，同时，挖掘机破开的浮冰仍漂浮于周边水域，很快会与江水重新结冰，而拖船却难以进行有效的驱冰作业，导致破冰效果极差。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种利用盾构设备进行破冰作业的掘冰工程船，以简化破冰作业和降低施工难度，提高破冰作业速度和工作效率，同时提高掘冰工程船的工作稳定性和破冰效果。
一种盾构掘冰工程船，包括装有动力推进系统的船体，船体的艏部装有以盾构方式进行作业的盾构掘冰机，船体内装有将冰渣排出船体外的排渣抛冰机，船体内还设有将盾构掘冰机破碎后的冰渣导入至排渣抛冰机的送渣管。
本发明所述的盾构掘冰工程船，工程船上安装有以盾构方式作业的盾构掘冰机，该种盾构掘冰机由一个圆柱体组件沿轴线方向一边向前推进一边对冰层进行挖掘，其挖掘能力强，且工作快速而稳定；掘冰过程中船体无需与冰层进行冲击或相互压迫，既可以简化破冰作业，降低施工难度，同时又可以降低船舶受损的可能性，极大地保护了船体安全，又降低了船舶的结构强度要求，使得该设备可适用于各种不同的船舶，极大地降低了设备的使用难度，也提高了设备的适用范围，同时使得设备可适用于如江河湖泊等地的浮萍清理工作。另外，该盾构掘冰工程船上还安装有送渣管和排渣抛冰机，盾构掘冰机挖掘而出的冰渣顺着送渣管进入排渣抛冰机，再由排渣抛冰机将冰渣抛出船外，该过程中，盾构掘冰机挖掘而出的冰渣相比现有的破冰船能够更加有效地减小冰渣的体积，然后排渣抛冰机再对这些冰渣进行抛出，抛出的冰渣远离航道，且抛出的冰渣将与冰层或水面产生撞击，从而形成了体积更小的碎冰，这些碎冰较为难以重新形成冰层，从而极大地降低冰层重新形成所需的时间，有效地维护了破冰效果和航道的通航能力。
附图说明
图1是盾构掘冰工程船的结构示意图。
图2是图1所示盾构掘冰工程船的工作状态示意图。
图3、4是图1所示盾构掘冰工程船的局部结构示意图。
具体实施方式
一种盾构掘冰工程船，包括装有动力推进系统的船体1，船体的艏部装有以盾构方式进行作业的盾构掘冰机2，船体内装有将冰渣排出船体外的排渣抛冰机3，船体内还设有将盾构掘冰机破碎后的冰渣导入至排渣抛冰机的送渣管4。
如图1-4所示，工程船上安装有以盾构方式作业的盾构掘冰机，该种盾构掘冰机由一个圆柱体组件沿轴线方向一边向前推进一边对冰层进行挖掘，盾构掘冰机挖掘而出的冰渣顺着送渣管进入排渣抛冰机，再由排渣抛冰机将冰渣抛出船外。
所述的盾构掘冰工程船，盾构掘冰机2可装拆地安装于船体1的艏部，当需要进行掘冰作业时将盾构掘冰机安装于船体上即可，而将盾构掘冰机拆除后，船体则可独立兼做拖船，运输工作船等，也可作为各种用途的工作平台，提高了船舶的适用范围。船体1的艏部为圆舭雪橇型结构，艉部为闭式深长隧洞型结构，这可以更加便于盾构掘冰机的装拆，同时也有利于容纳更大径深比的螺旋桨和船舵设备。船体1位于艏部和艉部处分别设置有若干个专用压载舱5，从而可以更加有效地调节船体的吃水，保证盾构掘冰机的盾构刀盘正对冰层中心，提高掘冰效果。向船体1提供动力的动力装置6配备有主动式减摇系统和保温系统，从而提高船体的耐波性，有效减少波浪对船舶的影响，同时更好地适应在冰区航行的保温需要，以根据规范要求进行抗冰结构加强。
所述的盾构掘冰工程船，盾构掘冰机2包括若干个盾构刀盘21，所有盾构刀盘21成直线并排设置或采用多行矩形布置，或者，所有盾构刀盘21的轴线相互平行地设置于同一平面，且相邻盾构刀盘交错间隔地设置，每个盾构刀盘分别连接一个驱动其转动的驱动马达22；船体1内装有提供液压动力的液压动力单元23，液压动力单元同时与所有驱动马达连接；盾构掘冰机2上设有保温装置。多个盾构刀盘共用一台液压动力单元，液压动力单元将液压动力提供至驱动马达，再由驱动马达控制盾构刀盘转动工作，盾构刀盘通过高速旋转掘进冰层以达到粉碎冰的效果，且刀盘的转速和转向可调，而盾构刀盘的数量和排布方式可视具体需要而设定，破冰作业时，盾构刀盘采用正反旋转交错的方式进行掘进；另外，保温装置的设置可以避免盾构刀盘发生结冰，从而保证盾构掘冰机的正常工作。
所述的盾构掘冰工程船，排渣抛冰机3包括收集冰渣的收集仓31、排出冰渣的排渣管32以及提供增压动力的排渣泵33；送渣管4的入口设置于与盾构刀盘21相对处，送渣管的出口连接收集仓的入口，盾构刀盘产生的冰渣从送渣管入口进入并送至收集仓；排渣管的进、出口分别连接收集仓的出口和排渣管的入口，排渣管的出口延伸至船体之外；排渣管32包括延伸至船体甲板上方的垂直段和从垂直段顶端向船体外侧方向延伸的喷射段。
盾构掘冰机掘进过程中产生的冰渣悬浮于水中形成冰水混合物，同时船体航行过程中的作用力和排渣泵通过收集仓、排渣管产生的自吸作用使冰水混合物通过排渣管进入收集仓进行暂存，然后再通过排渣泵和排渣管送出船体之外，而排渣管的末端高于冰层和水面，可以将冰渣抛离至船体之外的较远处，一方面可以使冰渣与冰层或水面撞击而形成更为碎小的碎冰，另一方面也使之远离工程船开辟的航道，以免浮冰影响工程船作业或在航道上重新结冰；排渣泵为由电机驱动的自吸式粉碎泵，集自吸、切割和无堵塞排污于一体，能将大颗粒的浮冰切碎后排出，从而提高破冰效果。