耙吸挖泥船疏浚工程淺點(diǎn)的控制與消除

呂玉棋，韓政，陳躍發(fā)，張金林

（中港疏浚有限公司，上海 200120）

0 引言

航道疏浚工程，因?yàn)槭窃谒率┕?，施工過程不能直觀形象地查看，工程過程控制或者實(shí)時(shí)偏差調(diào)整較難實(shí)現(xiàn)，需要通過浚后水深測量來檢驗(yàn)施工質(zhì)量，因此施工質(zhì)量只能通過事后控制。對(duì)于耙吸挖泥船航道疏浚來說，在工程最后的階段經(jīng)常要花費(fèi)較多的時(shí)間與精力并投入很大的設(shè)備力量去完成掃淺，而掃淺的效果也不盡如人意，這是導(dǎo)致航道疏浚工程工期拖延的重要原因，特別是施工土質(zhì)為黏性土?xí)r尤為突出。本文通過分析耙吸挖泥船疏浚工程淺點(diǎn)形成的原因，提出針對(duì)性的解決方案，達(dá)到控制消除淺點(diǎn)的目的。

1 航道淺點(diǎn)形成的原因

通過對(duì)多個(gè)航道疏浚工程項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，疏浚淺點(diǎn)的形成主要由以下幾方面的因素構(gòu)成:

1）清除壟溝時(shí)所遺留的；

2）分層沒控制好；

3）施工布線未能全覆蓋；

4）操耙手操作問題；

5）土質(zhì)的密度差異；

6） 水下障礙物。

隨著科技的發(fā)展，相關(guān)監(jiān)控技術(shù)、設(shè)備陸續(xù)應(yīng)用在疏浚施工船舶上，智能化的監(jiān)控硬件和軟件使得挖泥船的控制精度大幅提高，施工質(zhì)量也有所提升。但是，在目前智能化的監(jiān)控設(shè)備還需要通過人工來完成操作，人的作用仍至關(guān)重要。上述淺點(diǎn)產(chǎn)生的6種原因，除第5項(xiàng)、第6項(xiàng)是受工程環(huán)境等客觀條件影響外，其他原因都是人為因素引起的，其中由壟溝演變而來的淺點(diǎn)清除難度最大，對(duì)施工質(zhì)量與工期的不利影響也最大，第2項(xiàng)、第3項(xiàng)和第4項(xiàng)是造成壟溝的罪魁禍?zhǔn)?，因此控制?、第3、第4就是控制淺點(diǎn)的源頭，找到了根源就可以用相應(yīng)的辦法來解決。

2 原因分析及針對(duì)性對(duì)策研究

2.1 疏浚免掃淺施工理念的實(shí)施

壟溝形成的掃淺代價(jià)是巨大的，假如能防患于未然，避免壟溝形成，也就不需要大面積的掃淺，工期也能得到保證。一般來說，施工技術(shù)人員都知道壟溝形成后會(huì)帶來更大的工作量，但是免掃淺的理念較難得到有效的實(shí)施，原因有兩點(diǎn)；一是現(xiàn)場施工人員急功近利，片面追求產(chǎn)量；另一點(diǎn)是沒掌握相關(guān)的免掃淺的施工方法。根源還是預(yù)防為主的理念沒有深入人心，沒有促使現(xiàn)場管理人員與操作人員自覺控制淺點(diǎn)的形成。

如連云港廟嶺二期港池調(diào)頭區(qū)拓寬增深工程，該項(xiàng)目分成南、北兩個(gè)半槽實(shí)施，其中南半槽由主張免掃淺理念的疏浚船舶和主要技術(shù)人員進(jìn)行施工，施工僅15 d，整個(gè)南半槽就基本成型，平整度控制較好，而工程量與南半槽相近的北半槽由其它免掃淺觀念薄弱的船舶采用常規(guī)施工方法施工，相同的施工時(shí)間在航道北半槽形成大片壟溝與淺點(diǎn)，見圖1。

圖1 連云港航道南半槽免掃淺理念的施工效果對(duì)比Fig.1 Construction effect contrast of the no-swept shallow concept in the southern half of the Lianyungang channel

因此疏浚施工管理、技術(shù)人員要轉(zhuǎn)變觀念，樹立以預(yù)防為主的理念，做好事前控制，避免施工過程中壟溝的形成。

2.2 分層控制

航道疏浚施工根據(jù)工程需要一般采取分層施工[1]，對(duì)于耙吸挖泥船來說，主要采用耙頭定深施工。有些施工船舶施工產(chǎn)生的壟溝，從表面上看也是嚴(yán)格執(zhí)行了定深，但是由于耙吸挖泥船耙頭深度指示系統(tǒng)不準(zhǔn)確，控制挖深與實(shí)際挖深誤差較大，致使定深施工未能真正執(zhí)行分層的要求。隨后，在清除壟溝的過程中必然會(huì)遺留下大量的欠挖部分（淺點(diǎn)）。針對(duì)這種情況，首先要確保耙頭率定準(zhǔn)確，然后根據(jù)不同的土質(zhì)來分層定深，定深一般綜合以下幾種因素來確定合適的分層厚度。

1） 土質(zhì)硬或黏土分層深度小，一般設(shè)定30 cm；土質(zhì)松分層深度大，一般設(shè)定100 cm；

2） 根據(jù)布線密度：布線間隔大，分層定深小，布線間隔小，定深較大；

3）考慮挖泥船泥泵的泵吸能力。

2.3 施工布線

耙吸挖泥船航道開挖施工過程中，布線要做到全覆蓋，如果布線未能全覆蓋，特別是塑性指數(shù)與貫入擊數(shù)高的土質(zhì)[2]，更容易導(dǎo)致耙頭在某一位置過多的挖掘而其它地方?jīng)]有挖掘或少挖掘，從而產(chǎn)生了淺埂與壟溝。要做到布線科學(xué)合理，一般可以采取以下的方法：

1）松散的砂或淤泥取耙吸挖泥船耙頭寬度的2~3倍；

2）中密砂或硬土取耙頭寬度的1.5~2倍；

3） 密實(shí)的砂或粉質(zhì)黏土取耙頭寬度的1~1.5倍。

這樣的布線間隔基本不會(huì)產(chǎn)生壟溝，如果與分層定深配合，可以達(dá)到免掃淺的效果。

2.4 人員操作因素

人員操作因素形成的淺點(diǎn)是指耙吸挖泥船疏浚設(shè)備操作人員沒有操作到位。由于施工船舶航行施工過程中，大部分情況下會(huì)有風(fēng)流壓差，船舶受風(fēng)流壓的作用力，會(huì)向風(fēng)流壓的合力方向偏移，此時(shí)耙吸挖泥船水下的耙頭一側(cè)就會(huì)壓向船底，另一側(cè)耙頭偏離船舷，根據(jù)耙吸挖泥船的操作規(guī)程，操作人員會(huì)立即收耙頭絞車鋼絲使得耙頭垂直，然后再慢慢下放耙頭接地。在這種情況之下，這樣的操作也是造成淺點(diǎn)的主要原因之一，風(fēng)流壓角越大，操耙手的操作也越頻繁，產(chǎn)生的淺點(diǎn)也越多，因?yàn)楫?dāng)鋼絲垂直時(shí)就意味著耙頭已經(jīng)離地，造成階段性的未過耙區(qū)域，形成欠挖區(qū)域。

依據(jù)多年的施工經(jīng)驗(yàn)，要避免這種情況的發(fā)生，建議的操作方法是：收耙頭絞車鋼絲到接近垂直時(shí)停止，始終讓耙頭保持著地狀態(tài)（在安全的前提下且定深還沒到）。

2.5 土質(zhì)差異

土質(zhì)密度差異所形成的淺點(diǎn)，如日照市嵐山港，它的土質(zhì)構(gòu)成是黏土夾石塊，疏松的土質(zhì)容易挖掘，密實(shí)的土質(zhì)較難挖掘。遇到這種土質(zhì)在施工初期就需要嚴(yán)格分層定深，這樣產(chǎn)生的淺點(diǎn)或淺區(qū)借助疏浚監(jiān)控平臺(tái)的軌跡線變化[3]，再將之清除。施工的重點(diǎn)是對(duì)淺區(qū)的主動(dòng)式浚挖要貫穿到施工全過程中，要等這一分層施工完成，測圖基本通過后才能進(jìn)行下一分層的定深施工，這樣也能減少或消除工程后期低效率的掃淺施工階段，保證施工工期的完成。

2.6 水下障礙物

水下障礙物形成的淺點(diǎn)，如山腳的延伸、浮筒沉石，沉船，水力部門的拋石護(hù)岸工程、航道部門修筑的丁壩等掉落的石塊，浮冰夾帶的拋石、航行船的遺棄物，等等。清除此類障礙物，除山腳延伸、暗礁等需用爆破或特制的設(shè)備清除外，在施工中碰到的其他障礙物都可以采用一定的工藝來清除，有時(shí)碰到此類障礙物時(shí)，下次測圖顯示的位置會(huì)變化，稱其為移動(dòng)淺點(diǎn)。對(duì)于大石塊類的障礙物，如果嘗試把它挖上來，不但施工效果不理想而且也會(huì)損壞施工設(shè)備，最簡單的方法是：在障礙物的某一側(cè)挖一條溝槽，深度超過障礙物的最大高度，然后從接近90°的方向把石塊拉到溝槽內(nèi)。

3 淺點(diǎn)清除方法

清除壟溝遺留下的淺點(diǎn)以及不同土質(zhì)形成的淺點(diǎn)，施工時(shí)盡量從不同的角度上掃淺，更容易清除淺點(diǎn)。清除淺點(diǎn)時(shí)一定要控制好耙頭深度。如果挖掘點(diǎn)太?。ò翌^定深過淺），則清除淺點(diǎn)效果不明顯；如果挖掘點(diǎn)太大（耙頭定深過大），則淺點(diǎn)挖不掉，見圖2。

圖2 定深掃淺示意圖Fig.2 Sketch map of depth-control swept shallow

耙吸挖泥船在清除淺點(diǎn)的過程中還要控制好波浪補(bǔ)償器的位置，如果沒到達(dá)淺點(diǎn)時(shí)，波浪補(bǔ)償器就抬升，此時(shí)當(dāng)耙頭到達(dá)淺點(diǎn)位置時(shí)，耙頭就會(huì)沿著淺點(diǎn)的側(cè)面滑過（因?yàn)榘翌^鋼絲長度有富裕）。同時(shí)，對(duì)于配備主動(dòng)耙頭的施工船舶，還可以采取下壓耙唇的方法來切削淺點(diǎn)，并且保持上淺點(diǎn)時(shí)的矢量線是向前。

施工人員判斷掃上淺點(diǎn)的方法是：對(duì)于松散的砂或淤泥，現(xiàn)象為波浪補(bǔ)償器不彈起或微彈起、濃度明顯增加；對(duì)于硬砂或硬土，現(xiàn)象是波浪補(bǔ)償器彈起明顯，濃度有所增加。如果波浪補(bǔ)償器反映的情況是不彈起或微彈起，并且濃度沒變化，鋼絲向里或向外飄，說明耙頭深度放得太深，淺點(diǎn)沒挖到，耙頭從淺點(diǎn)的邊上滑過。這種情況非常普遍，施工人員一般認(rèn)為到了淺點(diǎn)位置耙頭就該放深點(diǎn)，怕錯(cuò)過淺點(diǎn)，這是個(gè)誤區(qū)。

4 免掃淺技術(shù)應(yīng)用工程

營口港鲅魚圈港區(qū)位于我國渤海遼東灣東部，其腹地廣闊，地理位置優(yōu)越，交通方便，自然條件良好，是我國沿海主樞紐港之一。公司所承接的營口港鲅魚圈拓寬工程，多波束測量通過，且邊坡也一次成型（圖3），沒有掃淺，工期提前了三分之一，開創(chuàng)了耙吸挖泥船平整度的新典范。

圖3 營口工程浚前、浚后水深斷面對(duì)比圖Fig.3 Comparison of water-depth cross-section of Yingkou Project before and after dredging

5 結(jié)語

事后控制不如事中控制，事中控制不如事前預(yù)防。疏浚工程淺點(diǎn)的出現(xiàn)多數(shù)是由于疏浚施工過程中質(zhì)量控制不佳所引起的，耙吸挖泥船掃淺是事后治標(biāo)的過程。掌握了淺點(diǎn)形成的原因，耙吸船在施工初期和施工過程中采取針對(duì)性的控制措施，就能有效地減少或者消除淺點(diǎn)的形成。

[1] JTJ319—99，疏浚工程技術(shù)規(guī)范[S].JTJ319—99，Technical Codefor Dredging Works[S].

[2] JTJ320—96，疏浚巖土分類標(biāo)準(zhǔn)[S].JTJ320—96，Classification of Rocksand Soilstobe Dredged[S].

[3]耙吸疏浚檢測平臺(tái)v2.0用戶手冊(cè)[M].上海：中港疏浚有限公司，2009.User Guide v2.0 for trailing suction dredge testing platform[M].Shanghai：CHECDredging Co.，Ltd.，2009.