耙吸式挖泥船在復(fù)雜地質(zhì)航道疏浚工程中施工淺點(diǎn)控制方法研究

邵克晨

（長江南京航道工程局，江蘇 南京 210000）

航道疏浚工程泛指用挖泥船或其他工具在航道中清除水下泥沙的作業(yè)。航道疏浚是開發(fā)航道，增加和維護(hù)航道尺度的主要手段之一。航道疏浚工程根據(jù)工程性質(zhì)主要分為維護(hù)性疏浚工程及基建性疏浚工程。其中，已成型航道受泥沙回淤影響會(huì)不斷積淤變淺，清除一段時(shí)間以來航道內(nèi)的回淤泥沙，維持原航道尺度的疏浚工程即為維護(hù)性疏浚工程；新建航道或在原航道基礎(chǔ)上拓寬增深即為基建性疏浚工程。維護(hù)性疏浚工程施工土質(zhì)主要為回淤土，施工相對(duì)較為容易?；ㄐ允杩９こ淌┕ね临|(zhì)主要為原狀土，根據(jù)工程區(qū)域地質(zhì)條件不同情況，施工難度有所區(qū)別，但總體難度均大于維護(hù)性疏浚工程。本文以耙吸式挖泥船在基建項(xiàng)目施工為例。

受限于施工區(qū)域復(fù)雜地質(zhì)條件影響，耙吸式挖泥船在航道疏浚工程施工作業(yè)后容易出現(xiàn)淺點(diǎn)，若不能有效控制，淺點(diǎn)數(shù)量會(huì)大幅增加，甚至形成溝槽或壟溝，如此不僅增加后期施工難度，影響施工效率，亦會(huì)造成施工成本大幅增加、無法按期完工等風(fēng)險(xiǎn)。因此必須要采取有效方法和手段對(duì)航道疏浚工程各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，全方位考慮避免淺點(diǎn)形成的方法，為此提出此施工淺點(diǎn)綜合控制方法研究。

1 耙吸式挖泥船復(fù)雜地質(zhì)淺點(diǎn)控制方法設(shè)計(jì)

為達(dá)到淺點(diǎn)控制的最佳效果，本綜合控制方法從工前耙吸船船型選擇、施工過程控制和最終掃淺控制三個(gè)階段分階段詳細(xì)說明控制方法。

1.1 耙吸船船型選擇

耙吸船船型選擇是航道疏浚工程中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。設(shè)備選擇不當(dāng)可能出現(xiàn)吃水不夠無法正常施工、設(shè)備挖掘能力不強(qiáng)施工效率低下、設(shè)備配置過高造成不必要成本浪費(fèi)等情況，因此必須高度重視。針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件，必須仔細(xì)研究地質(zhì)報(bào)告，做到深入了解地質(zhì)情況，方能做出最佳選擇。根據(jù)工程存在較多硬黏土、密實(shí)砂及少量鈣質(zhì)結(jié)核物等難挖土質(zhì)特點(diǎn)，可從以下幾個(gè)方面考慮船型選擇。

（1）泥泵。普通耙吸式挖泥船僅擁有艙內(nèi)泵裝置，該類別泥泵挖掘能力稍弱，尤其針對(duì)上述復(fù)雜地質(zhì)條件。部分耙吸式挖泥船在擁有上述艙內(nèi)泵裝置的基礎(chǔ)上還擁有水下泵裝置。水下泵裝置由一臺(tái)單殼泥泵、水下電機(jī)、底座、箱形鋼結(jié)構(gòu)框架、耙中吊架起吊管、吸口膨脹節(jié)、排出泥管、橡膠接頭、高壓沖水管和輔助系統(tǒng)等集成。擁有水下泵裝置挖泥船在同等條件下可比單一擁有艙內(nèi)泵耙吸船施工效率提高30%。根據(jù)上述復(fù)雜地質(zhì)特點(diǎn)，宜選擇擁有水下泵耙吸式挖泥船進(jìn)行施工。

（2）高壓沖水裝置。普通耙吸式挖泥船無高壓沖水裝置，此類別耙吸船僅適合淤泥質(zhì)土、回淤土等較軟土質(zhì)的施工，針對(duì)硬黏土、密實(shí)砂等難挖土質(zhì)施工效率將大受影響。為保證施工效率，施工上述復(fù)雜地質(zhì)航道應(yīng)使用配備高壓沖水裝置的耙吸船。高壓沖水裝置由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于耙頭沖水或泥艙沖水。所有高壓沖水管的分支管均由液壓蝶閥在駕駛室遙控。船內(nèi)高壓沖水管除由液動(dòng)蝶閥控制開閉，舷側(cè)另配有手動(dòng)蝶閥，可安全關(guān)閉。高壓沖水裝置可有效切割挖掘土層，提高挖掘效率。高壓沖水破土就是通過船上已有的高壓沖水泵，讓高壓沖水經(jīng)過管路流到耙頭高壓沖水腔內(nèi)，再通過數(shù)個(gè)排出口，以巨大的壓力噴射到土質(zhì)上，讓土層砂質(zhì)流化迫使砂粒分離以促使泥沙沖刷，從而提高挖掘效率。

（3）耙齒選擇。針對(duì)上述復(fù)雜土質(zhì)，耙齒的曲面形狀要利于撕裂土塊，同時(shí)還要防止被切削的粘性土粘連在耙齒曲面上，因而選用類似犁面的曲面作為犁形齒的曲面有利于破土和翻土。根據(jù)施工土質(zhì)特點(diǎn)，如硬粘土居多，則使用專用粘土耙齒，如密實(shí)砂居多，則使用專用砂耙齒。施工過程中根據(jù)實(shí)際施工土質(zhì)選用合適的耙齒。

1.2 施工過程控制

針對(duì)上述復(fù)雜地質(zhì)條件，施工過程控制同樣非常重要。通過合理的施工過程控制，可有效控制淺點(diǎn)數(shù)量和提高航道平整度，提高航道疏浚效果，保證施工質(zhì)量?？蓮囊韵路矫婵刂?。

1．2．1 施工方法選用

根據(jù)不同施工條件（如土質(zhì)、拋泥運(yùn)距、水深、泥層厚度等），選用不同施工方法。

（1）分段施工：①當(dāng)挖槽較長，一次裝艙不能從起始點(diǎn)挖到航道終點(diǎn)時(shí)，可以根據(jù)土質(zhì)不同及耙吸船性能合理分段，逐段疏浚施工。在挖泥過程中，各分段端點(diǎn)要做到相互重疊銜接好，以免漏挖留坎。②挖槽原始水深差異較大或分區(qū)段有深有淺，可將水深相近區(qū)段分為一段。

（2）分帶施工。耙吸挖泥船單耙挖寬僅為2 個(gè)耙頭寬度，因此通常分挖泥航線進(jìn)行施工，所謂分帶是指在挖槽斷面方向的分帶。對(duì)較寬挖槽或者挖槽斷面兩側(cè)深度不一情況，或因工程施工安排或者通航要求，需要將挖槽一部分先挖深等情況，均可采用分帶施工。在施工過程中，各分帶區(qū)域同樣要做好相鄰部位的搭接，避免漏挖欠挖留下壟溝。

（3）分層施工。當(dāng)疏浚航道泥層較厚時(shí)，一般泥層厚度超過3.0m 應(yīng)分層施工。分層時(shí)，上層施工時(shí)可適當(dāng)厚一些，考慮底層已接近設(shè)計(jì)底標(biāo)高，應(yīng)盡量薄一些，如此有利于工程質(zhì)量。土質(zhì)較松軟時(shí)，每層按1.0-1.5m 進(jìn)行開挖，土質(zhì)較硬時(shí)，每層按0.5-1.0m 開挖。根據(jù)上述復(fù)雜地質(zhì)條件，上層按1.0m 進(jìn)行分層，底層按0.5m 分層。

（4）先淺后深。當(dāng)航道內(nèi)淺段的水深較淺，影響耙吸船重載通航時(shí)，應(yīng)將最淺段區(qū)域先挖除，為耙吸船施工所需要的水深創(chuàng)造條件，在施工期較長，泥層較厚，且存在一定自然回淤情況時(shí)，可按照先淺后深，由淺至深，逐步加深。正常情況下，均應(yīng)按照先淺后深的施工步驟，在全槽深度基本相近后，再同步加深，從而避免增大最終掃淺施工量。

（5）交叉施工。在挖槽內(nèi)受土質(zhì)分類復(fù)雜、深淺分布不均衡，受水流、潮汐及風(fēng)力影響不同，或施工區(qū)域受運(yùn)營船舶通航影響，應(yīng)根據(jù)具體情況合理安排施工，一般應(yīng)優(yōu)先挖難挖、受影響區(qū)段，總的原則，要以盡可能避開不利影響，充分利用有利條件合理安排施工順序，從而盡可能達(dá)到最佳施工安排。

（6）邊坡施工。邊坡施工，一般按設(shè)計(jì)邊坡分階梯進(jìn)行開挖。當(dāng)設(shè)計(jì)邊坡在1:2-1:3 時(shí)，階梯高度建議取2-3m；當(dāng)設(shè)計(jì)邊坡在1:4-1:10 時(shí)，階梯高度建議取1-2m。如果邊坡質(zhì)量要求較高時(shí)，階梯高度建議取0.5m。邊坡開挖時(shí)，可根據(jù)階梯不同高度連同高度挖槽同步分層開挖。邊坡開挖時(shí)，同樣要求嚴(yán)格控制耙吸船挖泥航線和各階梯挖深。

1．2．2 過程水深測量控制

測量是工程的眼睛，尤其像此類航道疏浚工程，本身為水下隱蔽工程，若無測量輔助，很難了解實(shí)際施工狀況，勢(shì)必影響施工質(zhì)量。正常情況下，航道疏浚工程每10-15 天進(jìn)行一次測量，針對(duì)上述復(fù)雜地質(zhì)條件，為保證施工質(zhì)量，必須加大測量頻次，安排每7 天左右進(jìn)行一次測量。每次測量后及時(shí)開展測量分析，根據(jù)前期施工情況，分析存在的施工質(zhì)量缺陷，并提出針對(duì)性的補(bǔ)救措施，在后續(xù)的施工中作出安排。水深測圖及測量分析結(jié)論及時(shí)反饋施工船舶，指導(dǎo)施工船舶后續(xù)施工。以每次測量為一個(gè)循環(huán)，通過不斷施工、糾偏，使施工質(zhì)量一直處于可控狀態(tài)。

1．2．3 其他針對(duì)性措施

鑒于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，亦可通過施工工藝的變更等方式強(qiáng)化施工質(zhì)量，如考慮黏性土艏吹困難，將耙吸船艏吹施工工藝變更為外拋施工工藝；個(gè)別邊坡區(qū)域耙吸船難以上線，增加抓斗船輔助施工等。

1.3 最終掃淺控制

所謂掃淺施工，是指航道疏浚工程挖泥疏浚后，整體航道水深、邊坡情況已基本達(dá)到設(shè)計(jì)及質(zhì)量要求，但在航槽中仍有少數(shù)未達(dá)到設(shè)計(jì)深度的淺點(diǎn)或小范圍的淺區(qū)需要清除，最后的淺點(diǎn)清除施工，稱為掃淺施工。

掃淺施工時(shí)，一般采用耙吸船定深下耙方式組織施工，施工后及時(shí)測量，可考慮2-3 天測一次。根據(jù)測量數(shù)據(jù)標(biāo)出淺區(qū)位置，針對(duì)性地制定掃淺挖泥航線，耙吸船準(zhǔn)確上點(diǎn)定位挖泥。淺點(diǎn)土質(zhì)一般較硬，可針對(duì)性地增加耙頭著地壓力（如通過調(diào)整波浪補(bǔ)償器壓力）。但不能使吊耙的鋼絲繩過松（當(dāng)挖掘振動(dòng)過大時(shí)，易振斷鋼絲繩）。掃淺方法可采用如多淺點(diǎn)串挖，魚背形淺點(diǎn)按S 形布置航線等。掃淺工作難度較大，施工中船舶駕駛員與操耙手應(yīng)相互做好配合。

為提高掃淺效果，航道剩余淺點(diǎn)可考慮利用拖耙船（拖輪拖帶耙平器）輔助進(jìn)行掃淺施工。耙平器長度一般為自航耙吸式挖泥船耙頭寬度的4-5 倍，因此可跨越2-3 道壟溝，耙平器需要有一定的重量，靠自重壓在海床上，根據(jù)上述復(fù)雜地質(zhì)條件，自重不小于20t。為提高掃淺能力，選用的耙平器前端需裝配一定數(shù)量的刀齒，用以松土，尾端配備略帶弧形的平整板，可起到平整海床的作用，削峰填溝，提高挖槽平整度，同時(shí)在其拖曳及水流的作用下起導(dǎo)流和沖刷作用，達(dá)到提高掃淺效率、減少廢方、降低施工成本等目的。

此外，在邊坡位置進(jìn)行掃淺時(shí)，應(yīng)根據(jù)水深情況，通航影響情況，施工區(qū)域大小等，選擇相應(yīng)的掃淺方法，做到針對(duì)性掃淺，以達(dá)到事半功倍的效果。針對(duì)本工程復(fù)雜地質(zhì)條件情況，單純耙吸船邊坡掃淺難度較大，考慮邊坡位置對(duì)運(yùn)營船舶通航影響較小，在耙吸船進(jìn)行邊坡掃淺的同時(shí)，可考慮投入少量抓斗式挖泥船，以定點(diǎn)定泊挖除淺點(diǎn)的方式輔助耙吸船進(jìn)行掃淺施工，如此既可加快耙吸船邊坡掃淺效率，亦可一定程度上降低項(xiàng)目掃淺施工成本。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

本次實(shí)驗(yàn)以某航道疏浚工程為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該工程航道長度為3.85km，總體疏浚工程量為1350 萬m，其中外拋工程量約為580 萬m，艏吹工程量約為770 萬m。本次實(shí)驗(yàn)通過上述綜合淺點(diǎn)控制方法，不但施工效率得到大幅提升，且施工全過程施工質(zhì)量均處在一個(gè)較為理想狀態(tài)，得到相關(guān)主管單位的一致好評(píng)。

本次試驗(yàn)共使用了4 艘大型耙吸式挖泥船，船舶艙容均在10000m以上，其中2 艘艙容超過13000 m；所有耙吸船均具有上文所述滿足施工復(fù)雜地質(zhì)條件需求的水下泵、高壓沖水等裝置，且均裝備了挖掘硬質(zhì)粘土專用耙頭耙齒。根據(jù)本工程特點(diǎn)，將航道沿南北方向分成兩段，考慮航道東西半幅間土質(zhì)的差異性，又將航道沿中軸線進(jìn)行分幅，從而將整體航道分成4 塊區(qū)域，4 艘耙吸船各施工其中一個(gè)區(qū)域。經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，使用此類耙吸設(shè)備及上述船機(jī)安排方式，施工能力提升超過50%以上。

總體施工前，鑒于本工程復(fù)雜土質(zhì)情況，經(jīng)審批同意，在保證本工程艏吹、外拋工程總量不變的前提下，酌情考慮艏吹航段“艙內(nèi)殘留情況嚴(yán)重對(duì)應(yīng)粘性土層”轉(zhuǎn)為外拋，由外拋航段“等量砂土層”代為艏吹。通過變更，在提高效率的同時(shí)，施工成本得到顯著降低。經(jīng)測算，通過本次變更，為本項(xiàng)目節(jié)約成本超過1000 萬元。

施工過程中，通過有序的施工組織，合理地分層、分帶，通過高頻率、針對(duì)性的自檢測量，根據(jù)實(shí)際施工情況靈活地調(diào)整施工方案方法；最終掃淺階段，通過大潮汛直線布耙、小潮汛斜線布耙，合理穿插利用拖輪拖帶耙平器輔助掃淺等一系列手段，本工程提前節(jié)點(diǎn)工期1 個(gè)月完成了全部施工任務(wù)，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3 結(jié)束語

綜上所述，文章從耙吸式挖泥船在復(fù)雜地質(zhì)航道疏浚工程中施工掃淺控制方法展開探討，結(jié)合工程實(shí)例，從工程開工前、施工過程中及最終掃淺三個(gè)階段分階段提出淺點(diǎn)控制要點(diǎn)。應(yīng)用此綜合淺點(diǎn)控制方法，在確保航道疏浚工程施工質(zhì)量的同時(shí)，施工效率得到明顯提升，施工成本得到有效降低，對(duì)后續(xù)類似工程具有長遠(yuǎn)指導(dǎo)意義。