挖泥船在輸水工程中的應(yīng)用

陳 亮

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

挖泥船在輸水工程中的應(yīng)用

陳 亮

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

輸水工程穿越大型河流傳統(tǒng)的溝槽開挖方式是大型反鏟挖掘機、推土機聯(lián)合作業(yè)開挖。某輸水工程嘗試將反鏟挖掘機等傳統(tǒng)開挖設(shè)備與挖泥船相結(jié)合，發(fā)揮了各自的優(yōu)點，通過工程實踐，做了有意義的嘗試并取得了很好的效果。是一種經(jīng)濟高效的開槽穿越河流施工方式。

輸水工程；穿越河流；挖泥船；土方開挖

1 基本情況

1.1工程概況

某輸水工程設(shè)計穿越遼河、柳河。遼河和柳河是遼寧西北部地區(qū)的主要河流。

遼河穿越工程位于遼寧省法庫縣境內(nèi)，屬于遼河中游地區(qū)，工程從東至西穿越遼河，設(shè)計穿越管線長度2.5km，采用4根直徑3.2m的鋼管同槽鋪設(shè)，鋼管外包混凝土。主河床寬170m，其余為灘地施工。設(shè)計開挖量112萬m3、混凝土9.7萬m3。鋼管單節(jié)長12m，重約24t。

柳河穿越工程位于遼寧省阜新市彰武縣境內(nèi)，屬于柳河中下游地區(qū)，工程由東至西穿越柳河，設(shè)計穿越管線長度1.4km，采用3根直徑3.4m的P C C P管道同槽鋪設(shè)。設(shè)計開挖量101萬m3。P C C P管道單節(jié)長5m，重約50t。

1.2工程地質(zhì)條件

管道斜穿遼河河道，地貌單元為河漫灘地貌，主要由第四紀全新統(tǒng)沖洪積組成，地勢開闊，地形起伏較大，地面高程67.0～72.5m，在穿越段附近，河流成S形流向下游側(cè)，分別于左岸穿越段的下游側(cè)及右岸穿越段的上游有河道變化形成大型河灣水域與主河道相連；河道兩側(cè)建有防洪堤壩。

遼河、柳河的地質(zhì)經(jīng)勘測分為四層，主要為粉細砂，介紹如下∶

第0層∶耕植土，灰褐色，含植物根系，厚度0～0.5m，分布在部分河道兩旁。

第1層∶素填土，雜色，主要由碎石、粘性土等組成，做為河道的堤壩。

第2層∶粉質(zhì)粘土，黃色，可塑狀態(tài)，中等壓縮性，最大揭露厚度2.0m，層底埋深1.2～2.5m。

第3層∶粉細砂，灰白色，中密～密實狀態(tài)，飽和，最大揭露厚度25.0m，層底埋深25.0m。

2 挖泥船選型

2.1挖泥船類型分析

挖泥船是一種有效的疏浚設(shè)備，它的基本功能是挖掘土壤，通過不同方式將土壤運到指定地點。目前常見的挖泥船有絞吸式、耙吸式、斗輪式、反鏟式等，各有其工作特點及適用條件，具體如下。

（1）絞吸式挖泥船

絞吸式挖泥船是利用鉸刀的旋轉(zhuǎn)切削土壤，通過吸泥泵將泥漿吸入排泥管，再泵送到指定地點。它是較常見的、使用最廣泛的一種挖泥船。優(yōu)點是∶能將挖掘、輸送、排出和處理泥漿等工序一次性完成，能連續(xù)作業(yè)、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟性好；對土壤的適應(yīng)范圍較大，可挖掘較硬的土壤、軟巖。缺點是∶一般不具備自航能力，機動性差；挖掘深度較淺，輸泥距離較短；拋錨作業(yè)對水上運輸有影響，輔助作業(yè)費工；需要有一定面積的排泥場；不適合挖掘粘土等。

（2）耙吸式挖泥船

耙吸式挖泥船是有一根可運動的耙管，端部裝有耙頭，能伸到河底，通過耙頭有力地擾動使泥漿通過耙吸管將泥漿吸入泥倉，再運輸至指定地點。這種船型的優(yōu)點是∶一般具有自航能力，適合長距離運泥；挖深較大；機動性好，調(diào)遣費用低；對水上運輸不干擾，生產(chǎn)效率高，挖泥成本低。缺點是∶造價高，一次性投入大；吃水較深，不適合淺水工況；對土壤敏感性較強，一般只適用于軟質(zhì)土壤。

（3）斗輪式挖泥船

斗輪式挖泥船是采用斗輪切削土壤。其優(yōu)點∶挖掘功率大，切削能力強；土質(zhì)適應(yīng)范圍較大，尤其適合挖掘硬質(zhì)粘性土壤；可產(chǎn)生高濃度泥漿，生產(chǎn)效率較高；挖掘面比較平整。其缺點類似與絞吸式挖泥船∶機動性差，影響水上交通；挖深有限制，功率消耗大；輸泥距離短、輔助作業(yè)費時等。

（4）反鏟式挖泥船

反鏟式挖泥船實際上是一臺反鏟挖掘機安裝在一個大浮箱上，用反鏟直接挖掘土壤。其優(yōu)點是∶挖掘力大，能有效挖掘各類硬土、砂石和樹根等；對環(huán)境影響??；能配置打樁錘、鉆頭等多種輔助裝置，承擔不同工作。缺點是∶生產(chǎn)效率低，不能連續(xù)作業(yè)；作業(yè)半徑小，挖掘深度淺，一般不超過20m；需要有效的結(jié)構(gòu)來保持作業(yè)的穩(wěn)定。

2.2影響挖泥船選型的主要因素

各類挖泥船根據(jù)自身的特點，有不同的應(yīng)用范圍。對施工環(huán)境、作業(yè)條件的適應(yīng)性也不相同。影響因素有很多，主要有如下幾項∶

（1）水文氣象條件

河床寬度、水深、流速、風浪和潮汐及環(huán)境溫度等對挖泥船選型有著重要影響。

（2）地質(zhì)條件

土壤的類別及特性，包括顆粒、形狀、含水量、粘性和其他物理性能等指標，直接影響挖泥船的工作效率與經(jīng)濟性。

（3）工程特性

工程類別，包括清淤作業(yè)、吹填作業(yè)、采礦作業(yè)等；工程規(guī)模，包括開挖量、工期、開挖深度、運距等；輸送方式，包括水力輸送、直接卸土、膠帶輸送等。

（4）經(jīng)濟指標要求

設(shè)備使用方式（購置或租賃）、設(shè)備購置預(yù)算、土方成本核算、配套人員及設(shè)備情況、備件供應(yīng)及維修服務(wù)等經(jīng)濟指標。

上述因素中，地質(zhì)條件直接決定挖泥船的生產(chǎn)率和適用性；開挖深度直接影響挖泥船的結(jié)構(gòu)尺寸和輔助設(shè)備；運距及輸送方式影響運行成本。這三者是影響挖泥船選型的核心因素。

2.3挖泥船選型

穿越遼河、柳河工程的主要特性如下∶1）工程目標∶利用挖泥船的清淤排泥能力，實現(xiàn)低成本、高效率的土方開挖作業(yè)；2）根據(jù)遼河、柳河的地質(zhì)勘測結(jié)果可知，主要開挖土壤為粉細砂；3）開挖深度小于20m；4）采用管道泵送方式排泥；5）施工區(qū)域周圍有較大面積的灘地可作為排泥場；6）遼河、柳河沒有通航要求；7）工程預(yù)算有限，采用從市場租賃挖泥船的方式開工作業(yè)。

根據(jù)以上的工程特性，穿越遼河選擇D WC S1700型絞吸式挖泥船，開挖效率6800m3/h，穿越柳河選擇Y SC SD-250型絞吸式挖泥船，開挖效率1400m3/h。

3 挖泥船在工程中的應(yīng)用

遼河溝槽開挖底部寬度11.5m，深度10～12m，柳河溝槽開挖底部寬度17.4m，深度14.75m，開挖坡比1∶1.5～1∶1.75。開挖分三層，第一層是表層開挖，用推土機、挖掘機完成1～4m；第二層開挖采用挖泥船開挖，厚度8～10m；第三層是溝槽底部開挖及溝槽整形，由挖掘機開挖。溝槽開挖采用跳格法，依照劃分的施工段進行溝槽開挖，詳見圖1。

3.1第一層開挖

剝離表土及表層1～4m部分，采用2臺液壓反鏟挖掘機開挖，沿縱向退挖甩土出槽后，再用裝載機運至堆土區(qū)。初步形成開挖溝槽，形成溝槽蓄水后，為第二層挖泥船開挖具備下水作業(yè)條件。

3.2第二層開挖

第二層開挖，主要采用挖泥船開挖，輔以挖掘機開挖，挖泥船開挖時預(yù)留馬道部分和邊坡開挖不到設(shè)計開挖邊線部分采用挖掘機開挖整修到位。

圖1 開挖斷面示意圖

挖泥船工作需要一定的吃水深度，故在第一層開挖結(jié)束后，需要對溝槽四周進行修整封閉，并向溝槽中注水，根據(jù)所選擇的挖泥船型號不同，選擇不同的注水深度。在挖泥船作業(yè)過程中，需要監(jiān)測槽內(nèi)水深，保證挖泥船正常作業(yè)。

挖泥船在該層開挖過程中主要作用是降水和開挖最中間部位（運距最遠）的土方；為了避免挖泥船開挖時造成邊坡塌方和超欠挖現(xiàn)象，開挖邊線略小于設(shè)計開挖邊線，開挖邊坡為1∶1。一個標準段長度為300m。具體見圖2∶

圖2 挖泥船斷面布置示意圖

挖泥船在進行第二層土方開挖時，溝槽邊坡隨開挖深度采用反鏟挖掘機進行開挖、修坡，最終形成設(shè)計開挖斷面。

施工前由測量工程師放出溝槽上口開挖邊線，在溝槽兩端設(shè)置開挖的兩端打樁做醒目標記；推土機依照溝槽開挖線進行表土的清理施工，開挖溝槽。

3.3第三層開挖

在第二層開挖完成后，需采用強排結(jié)合井點降水的方式，抽干槽內(nèi)積水，并將地下水位降至溝槽底面0.5m以下，進行第三層開挖。第三層開挖采用反鏟挖掘機、裝載機、人工相結(jié)合的方式進行，主要是修整溝槽、控制槽底高程及平整度，為基礎(chǔ)處理、管道安裝創(chuàng)造條件。

3.4溝槽開挖土的堆筑

挖泥船將高壓水槍噴射出的水柱沖起的淤泥（或細沙等）在水泵的作用下由排砂管道輸送到土方堆存區(qū)域，采用2m3挖掘機進行堆土。

4 結(jié)論

（1）采用絞吸式挖泥船在水利工程穿越河流段進行土方開挖是一種全新的嘗試，值得研究與推廣。

（2）采用傳統(tǒng)土方挖掘設(shè)備和挖泥船結(jié)合作業(yè)，可以提高開挖效率，減少土方倒運量，降低施工成本，是高效經(jīng)濟的組合形式。

（3）絞吸式挖泥船作業(yè)需要較大的排泥場地，也需要現(xiàn)場的多種設(shè)備相互配合，才能充分發(fā)揮它高效經(jīng)濟的優(yōu)勢。所以，此方式對施工現(xiàn)場面積有一定要求，對施工企業(yè)的組織管理能力也有較高要求。

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T V 53＋5

：B

：1672-2469（2016）05-0069-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.026

2016-03-22

陳 亮（1981年—），男，工程師。