庫區(qū)清淤方式探討和應(yīng)用

胡 濤,鄭方帆

(寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計研究院,浙江 寧波 315192)

毛嶼港水庫位于寧?？h茶院鄉(xiāng)南側(cè),茶院溪與力洋溪下游直接匯入毛嶼港水庫,流域壩址以上集水面積102.6 km2。茶園溪及力洋溪等小流域的治理為《寧?？h水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃》的重點建設(shè)項目,為提高區(qū)域整體的防洪排澇能力,保障平原地區(qū)的防洪排澇安全,毛嶼港水庫的清淤擴容迫在眉睫。

1 工程概況

毛嶼港水庫設(shè)計標準為50 a一遇,正常蓄水位1.0 m,總庫容600萬m3,是一座主要以灌溉為主的小 (1)型水庫。毛嶼港水庫為平原水庫,在該地區(qū)流域中起著防洪調(diào)蓄作用。由于常年缺乏治理,整體淤積比較嚴重,由設(shè)計庫底高程-2.0m,淤積至現(xiàn)狀的-0.5 m,導致其調(diào)蓄庫容遭受嚴重壓縮。為保障毛嶼港水庫流域防洪安全,緩解防洪壓力,開展毛嶼港水庫清淤工作十分必要。

2 清淤設(shè)計

2.1 清淤方案的比較

清淤施工方法主要有挖泥船施工與人工沖挖。在條件允許的情況下,應(yīng)優(yōu)先選取挖泥船施工,根據(jù)挖泥船的結(jié)構(gòu)性能不同可分為抓斗式、絞吸式、鏈斗式等;人工沖挖主要利用高壓水槍沖淤泥,配合泥漿泵輸送排泥。本階段結(jié)合毛嶼港水庫的自身條件,從經(jīng)濟效益、環(huán)境影響、施工難度等多方面綜合考慮,選擇機械挖泥船進行清淤。

2.1.1 抓斗式挖泥船

抓斗式挖泥船的作業(yè)方式是利用旋轉(zhuǎn)式挖泥機的吊桿及鋼索將抓斗放入水底抓取泥土,開動斗索絞車,吊斗索即通過吊桿頂端的滑輪,將抓斗關(guān)閉,升起,再轉(zhuǎn)動挖泥機到泥駁將泥卸掉,挖泥機又轉(zhuǎn)回挖掘地點進行挖泥,如此循環(huán)作業(yè)[1-2]。泥駁在裝滿泥后利用拖輪或自航到卸泥區(qū)卸泥。抓斗式挖泥船主要用于挖取黏土、淤泥、孵石,宜抓取細砂、粉砂。

2.1.2 絞吸式挖泥船

絞吸式挖泥船是目前在清淤工程中運用較廣泛的一種船舶,其作業(yè)方式是船上裝有強有力的離心泵,船艏裝有一個鉸刀架,挖泥時將鉸刀架放下,頭部的鉸刀伸放到庫區(qū)底部,旋轉(zhuǎn)鉸刀把底泥絞爛,在鉸刀口下方利用強有力的離心泵(或稱為吸泥泵)吸口把泥漿通過吸泥管吸上來,放入船艙、吹拋到100 m外或直接利用排泥管把泥漿泵送到岸上。挖泥、運泥、卸泥等過程連續(xù)完成,效率高、成本較低。排泥管輸送淤泥方便環(huán)保,對于新建的港口、航道或就近有可拋泥的地方來說是可行的。

為了降低普通鉸刀清淤產(chǎn)生的二次污染,可采用環(huán)保鉸刀。由荷蘭IHC公司制造的環(huán)保鉸刀是當前環(huán)保清淤領(lǐng)域最先進的,裝配有導泥擋板、鉸刀密封罩、鉸刀水平調(diào)節(jié)器等裝置,無論清淤深度如何變化,通過鉸刀水平調(diào)節(jié)器,使鉸刀始終保持水平狀態(tài),清淤時鉸刀外罩底邊平貼河床。鉸刀密封罩將鉸刀擾動范圍控制在密封罩內(nèi),確保挖掘范圍內(nèi)的淤泥被泥漿泵充分吸入。與常規(guī)的敞開式鉸刀相比,有效防止因鉸刀擾動使污染底泥向周圍水體擴散,避免施工過程的二次污染。

2.1.3 鏈斗式挖泥船

鏈斗式挖泥船是利用一連串帶有挖斗的斗鏈,借上導輪的帶動,在斗橋上連續(xù)轉(zhuǎn)動,使泥斗在水下挖泥并提升至水面以上,同時收放前、后、左、右所拋的錨纜,使船體前移或左右擺動來進行挖泥工作。挖取的泥土提升至斗塔頂部,倒入泥阱,經(jīng)溜泥槽卸入?？吭谕谀啻缘哪囫g,然后用拖輪將泥駁拖至卸泥地區(qū)卸掉。鏈斗式挖泥船對土質(zhì)的適應(yīng)能力較強,可挖除巖石以外的各種泥土,并且挖槽截面規(guī)則,誤差較小,適用于截面規(guī)格要求較高的建筑物 (如港口碼頭泊位)的施工[1-2]。

特點:鏈斗式挖泥船進行作業(yè)時,需拋艏錨、艉錨及橫移邊錨,所占水域面積大,影響其他船舶航行。施工過程中需要拖船、泥駁等輔助船舶較多,且噪音大。

2.2 清淤方案的選取

鏈斗式挖泥船因受各種條件限制不適合本工程采用,傳統(tǒng)絞吸式清淤對避免污泥擴散造成二次污染存在不利因素。抓斗清淤船為直接挖除淤泥,在開挖過程中對原土發(fā)生擾動,形成部分泥漿擴散,存在污泥擴散等問題。環(huán)保式絞吸船因其特殊的 “鉸刀密封罩”結(jié)構(gòu),避免了泥漿擴散造成污染,環(huán)保性強,且施工難度較低。因此從施工條件、環(huán)境要求、施工難度等多方面權(quán)衡考慮,確定環(huán)保式絞吸船清淤為本工程的清淤方案。

3 施工工藝

3.1 垃圾預(yù)清理

毛嶼港水庫庫區(qū)垃圾雜質(zhì)較多,容易纏繞清淤挖泥船鉸刀裝置、堵塞吸泥口和泥泵系統(tǒng),為此必須先進行垃圾清理。在開始疏浚施工前組織自行駁船及人工進行施工區(qū)清理,清除少數(shù)塊石、漁網(wǎng)、漁柵欄、木柵欄、鐵絲網(wǎng)、沉沒的木船、木樁等,以保證清淤挖泥船正常的工作效率,保證施工順利進行。清理物裝船運輸或集中上岸后裝車運送至指定填埋場處理。

3.2 排泥管線鋪設(shè)

3.2.1 陸地管線鋪設(shè)

(1)進入各堆場的陸地管線沿現(xiàn)有圍埝、土堤敷設(shè),如遇道路可建筑坡道或坡路下埋,以不礙道路暢通為原則。

(2)陸地管線由單節(jié)長5 m,直徑300 mm的鋼管和不同角度的彎頭及部分膠管組成,采用法蘭加膠墊圈連接,螺栓采用空壓機帶動的風動板手進行加固,以保證管線連接密封,確保管線不發(fā)生漏泥。

(3)在堆場中距泄水口最遠處布設(shè)入堆場排泥管口,以延長泥漿流程,創(chuàng)造較好的沉淀條件。

(4)排泥管口伸入堆場內(nèi)一定距離,避免泥漿回流造成對圍埝的沖刷。

3.2.2 水上管線組裝方法

除挖泥船后接200 m左右浮管外,其余管道盡可能以水下潛管為主,從而減少因管道鋪設(shè)帶來的政策協(xié)調(diào)問題。潛管全部沉放于庫區(qū)底部,不影響正常船只通行。水上管線一端與施工船排泥管連接,另一端與岸上管連,全部采用法蘭連接。

3.3 挖泥船特性

庫區(qū)內(nèi)水下污染底泥質(zhì)量輕、含水率高,極易流動和碰觸擴散,普通清淤機械施工中容易產(chǎn)生大量逃淤,造成底泥污染物被動釋放,選用專用的環(huán)保絞吸式挖泥船以利于避免二次污染。同時受水庫庫區(qū)范圍、毛嶼港大橋橋高等工況條件的限制,挖泥船必須選用小體型設(shè)備,以保證施工作業(yè)安全。

毛嶼港庫區(qū)應(yīng)選用3005型環(huán)保絞吸式挖泥船,該設(shè)備引進荷蘭IHC公司的技術(shù),裝配專用環(huán)保鉸刀頭,具有先進的定位樁臺車系統(tǒng)、質(zhì)量自動化監(jiān)控系統(tǒng),是目前環(huán)保疏浚領(lǐng)域最先進的專業(yè)施工設(shè)備。其主要特點:①整船寬度僅3.4m,不可拆高度1.5 m,吃水深度1 m,適用于河寬15 m以上,橋梁凈寬小、凈空低的河道清淤;②裝配IHC專用環(huán)保鉸刀,針對河、湖及水庫環(huán)保清淤工程特點而定向開發(fā)研制,是一種可以高效率、高質(zhì)量挖除水下薄層淤泥,而對周邊水環(huán)境影響最小的新型鉸刀,挖掘精度比一般絞吸式設(shè)備高1倍以上,清淤更徹底;③低能耗、低廢氣排放、低噪音,持續(xù)工作時間長。設(shè)備符合國際海事組織IMO環(huán)保標準;④設(shè)備裝配有GPS全球定位儀、深度指示儀、回聲測深儀等先進質(zhì)量自動化監(jiān)控設(shè)備。GPS用于開挖平面控制,深度指示儀和回聲測深儀用于開挖深度控制;⑤集挖運卸為一體,采用全封閉管道輸送淤泥,并應(yīng)用水下潛管技術(shù),整個施工過程為全封閉狀態(tài),對環(huán)境無干擾;⑥船體美觀大方,可與沿河景觀較好協(xié)調(diào),利于提升工程形象。

3.4清淤流程及注意事項

3.4.1 挖泥船定位及拋錨

當挖泥船由拖輪拖至施工區(qū)域后,利用GPS定位,并用錨艇頂推船頭和船尾,逐漸調(diào)整船位基本到達設(shè)定位置,船停后,放下1個定位樁,并在船首拋設(shè)2個邊錨,并逐步將船位調(diào)整到挖槽中心線上。嚴禁在船行進時落樁,挖泥船的橫移地錨應(yīng)安裝牢固。逆流施工時,地錨的超前角一般不宜大于20°,落后角不得大于10°。挖泥船拋錨時,先拋上風錨,后拋下風錨;收錨時,先收下風錨,后收上風錨。

3.4.2 疏挖順序

首先在疏挖區(qū)邊線上的第1條和最后一條開挖出1條疏浚通道,其它按船體的開挖標準寬度分條,按“近土遠調(diào),遠土近調(diào)”的原則開挖。

3.4.3 疏挖方法

挖泥船疏挖采用橫挖法,即以左定位樁為主樁,作為橫移擺動中心,利用左右纜交替收放,擺動挖泥。主樁前移的軌跡保持在挖槽中心線上,使鉸刀的平面軌跡始終在設(shè)計開挖線內(nèi)前移,避免重挖和漏挖。各疏挖分區(qū)分條、分層開挖,相鄰的開挖分條重疊不小于1 m,以免漏挖。開挖好的分區(qū)由技術(shù)人員按區(qū)域編號、施工時間、施工班組和質(zhì)檢情況作好詳細記錄,并在平面圖上作好標記。

3.4.4 注意事項

結(jié)合毛嶼港庫區(qū)的地質(zhì)特點,本區(qū)域主要以淤泥為主,根據(jù)這類土質(zhì)的特點,以最佳泥漿濃度控制真空表、壓力表。如泥層薄可加大前移距和橫移速度,也可以不用鉸刀而采用定點、定吸的方法。

3.5 淤泥輸送

開挖出的水下淤泥,用管道全封閉遠距離輸送至指定堆場或臨時泥漿池內(nèi),當輸送距離超過單船輸送能力時,中途加接接力泵船加壓輸送,以滿足遠距離輸送要求,同時確保泥漿輸送過程中不外泄。

3.6 質(zhì)量控制

①挖泥船配有精確的全球衛(wèi)星定位 系統(tǒng)(GPS),平面定位采用GPS控制,在開挖區(qū)內(nèi)形成鉸刀移動軌跡,避免漏挖;②開挖前布設(shè)幾組精準水位尺,開挖時,通過船上開挖深度指示儀控制開挖深度,結(jié)合回聲測深儀反饋數(shù)據(jù),嚴禁欠挖和超挖,確保庫區(qū)岸坡穩(wěn)定?？拷哆厱r,應(yīng)降低橫移鉸車速度;③開挖前應(yīng)進行試挖,以求得挖到設(shè)計深度層時的適當橫移速度;④施工水尺及測深繩、測深桿存在誤差也會影響深度,必須經(jīng)常校核。

3.7 余水處理

泥漿進入堆場沉淀后余水通過退水口排出,余水排放視區(qū)域水環(huán)境要求選擇處理或不處理,如需要處理,可選擇采用專用余水處理技術(shù),經(jīng)處理后的余水SS值 (固體懸浮物顆粒含量)指標控制在150 mg/L以內(nèi),以保證周邊水環(huán)境不受影響。

4 結(jié) 語

結(jié)合工程現(xiàn)場的實際情況,選用合適的清淤方法,優(yōu)化疏浚方案,既能很好地減少施工時間、節(jié)約建設(shè)成本,同時也能保證施工質(zhì)量。在工程設(shè)計過程中,進行了多個方案的比較,通過比選確定絞吸式挖泥船清淤方案是可行及合理的。

[1]程昌華.航道工程學[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]李青云.疏浚工程 [M].北京:人民交通出版社,1999.

[3]中華人民共和國交通部.JTJ 319—99疏浚工程技術(shù)規(guī)范 [S].北京:人民交通出版社,1999.

[4]水利水電第十三工程局.SL/17—90疏浚工程施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:水利水電出版社,1990.