絞吸式挖泥船在航道疏浚施工中的應(yīng)用及優(yōu)化研究

周少仙

（江蘇海藝船舶科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212009）

絞吸式挖泥船在航道疏浚施工中的應(yīng)用及優(yōu)化研究

周少仙

（江蘇海藝船舶科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212009）

絞吸式挖泥船在航道疏浚施工中具有效率高、易操作、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于河道疏浚和維護(hù)中，在提升航道通行能力、保障航道運(yùn)輸安全方面發(fā)揮了積極作用。本文在對(duì)絞吸式挖泥船航道疏浚相關(guān)理論概述基礎(chǔ)上，從施工工藝、排泥管線布設(shè)、開(kāi)挖模式等三方面提出了優(yōu)化舉措，并就提升疏浚施工質(zhì)量進(jìn)行了深入探討，對(duì)研究絞吸式挖泥船在航道疏浚施工中的相關(guān)應(yīng)用具有參考價(jià)值。

絞吸式挖泥船；航道疏浚；應(yīng)用；優(yōu)化

航道是國(guó)家重要的公益性交通基礎(chǔ)設(shè)施。航道疏浚是開(kāi)發(fā)航道、增加和維護(hù)航道尺度的主要手段之一。根據(jù)交通運(yùn)輸部發(fā)布的《全國(guó)航道管理與養(yǎng)護(hù)發(fā)展綱要（2016-2020年）》公布的數(shù)據(jù)顯示：截至2015年，我國(guó)內(nèi)河和沿海航道養(yǎng)護(hù)里程達(dá)10.8萬(wàn)公里，其中內(nèi)河航道一、二類維護(hù)里程分別達(dá)2.38萬(wàn)公里和2.27萬(wàn)公里，航道管理養(yǎng)護(hù)水平逐步提高。計(jì)劃在“十三五”期間，內(nèi)河航道養(yǎng)護(hù)里程要達(dá)到10.4萬(wàn)公里，航道疏浚和維護(hù)面臨著重要發(fā)展機(jī)遇期，做好航道疏浚工作對(duì)提升航道通行能力、保障航道運(yùn)輸安全具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 絞吸式挖泥船航道疏浚概述

近年來(lái)，隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展，與水上運(yùn)輸相關(guān)的機(jī)械設(shè)備普及并得到了廣泛應(yīng)用，挖泥船作為挖掘與清理淤泥、維護(hù)航道中不可缺少的設(shè)備，在保障航道通行能力方面發(fā)揮著重要作用。目前，挖泥船主要分為鏈斗式挖泥船（包括抓斗式、鏟斗式）、吸揚(yáng)式挖泥船（包括斗輪式、絞吸式）、耙吸式挖泥船等。其中，絞吸式挖泥船效率高、成本低等特點(diǎn)，目前是疏浚工程中應(yīng)用較為廣泛的一種船舶。

1.1 絞吸式挖泥船施工原理

絞吸式挖泥船采用鋼樁定位，將一根落在挖槽中心線上的主定位樁作為船體的旋轉(zhuǎn)中心，根據(jù)疏浚區(qū)域的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和要求，依靠橫移作用使絞刀采在挖槽寬度內(nèi)作左右橫向往返擺動(dòng)，使絞刀分層切削開(kāi)挖斷面土層的一種施工方法。絞吸式挖泥船的工作特性是：屬于靜態(tài)作業(yè)，安裝絞刀頭/絞刀作為挖掘工具，泥土被切削之后吸入。絞吸式挖泥船能夠一次性將挖泥、運(yùn)泥和卸泥連續(xù)完成，效率高、成本低。目前，主要有自航式（如天鯨號(hào)）和非自航式兩種。

1.2 絞吸式挖泥船施工工藝

絞吸船航道疏浚一般采用步進(jìn)橫挖法順?biāo)M(jìn)行疏浚施工，根據(jù)航道疏浚的范圍，采用分層、分條、分段等不同的施工方式。要先以絞吸式挖泥船主樁作為步進(jìn)樁，絞吸式挖泥船的副樁作為定位樁，將主樁設(shè)置在挖槽中心線上（采取分條施工），并將其作為橫移擺動(dòng)的中心，收放船艏絞刀架兩側(cè)的橫移錨纜，疏浚中所產(chǎn)生的泥土通過(guò)排泥管道輸送到制定的拋泥區(qū)內(nèi)。首先是通過(guò)施工人員將絞吸式挖泥船拖至施工作業(yè)區(qū)預(yù)先設(shè)計(jì)的位置上，通過(guò)GPS定位，確定挖槽起點(diǎn)，待挖槽接受后做好排泥管線的接卡，再確定絞刀位置，并做好絞刀橋梁下放工作。嚴(yán)格控制挖泥船施工的遷移距離，一般在0.5米至1.5米范圍之間。其中：①分層式施工，主要是針對(duì)挖槽內(nèi)泥層較厚，一次性無(wú)法挖至預(yù)先設(shè)計(jì)線的情況下選擇的疏浚工藝，在制定分層厚度時(shí)要注意船舶機(jī)具的安全性和坡比情況，科學(xué)論證施工方案，以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。②分條式施工，主要是根據(jù)挖槽設(shè)計(jì)的寬度較寬的航道疏浚進(jìn)行，主要是一槽難以挖至設(shè)計(jì)的挖槽寬度，此時(shí)需要選擇分條式進(jìn)行。分條工藝的選擇主要是根據(jù)航道的自然條件來(lái)定，對(duì)于淤泥夾砂河段的疏浚，分條時(shí)充分考慮砂的密實(shí)度及粘性程度作適當(dāng)?shù)募訉捇蚩s小。粘土類河段疏浚則根據(jù)軟硬程度作適當(dāng)加寬或縮小。③分段施工。航道疏浚時(shí)常常遇到挖槽彎曲或挖槽過(guò)長(zhǎng)時(shí)為了達(dá)到疏浚目標(biāo)，常需要進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，結(jié)合絞吸式挖泥船的航行回旋角度大小等因素設(shè)計(jì)曲度半徑。

1.3 航道疏浚重點(diǎn)環(huán)節(jié)及控制

絞吸式挖泥船在航道疏浚中要重點(diǎn)把握好邊錨拋設(shè)、排泥管線布設(shè)以及施工和通航的安全。其中，邊錨拋設(shè)時(shí)，要在絞吸船作業(yè)時(shí)船艏兩側(cè)與中心線呈一定角度方向（一般是75°）拋2只邊錨，錨位要在挖槽邊線外一定距離，邊錨通常是在絞吸船行進(jìn)25m移動(dòng)一次。為了提高邊錨拋設(shè)效率，在拋設(shè)和移位時(shí)選擇絞錨艇輔助完成。采用GPS定位，嚴(yán)禁將邊錨拋入作業(yè)航道中，要在錨上設(shè)置警示標(biāo)志，保障作業(yè)安全。排泥管線的布設(shè)，應(yīng)根據(jù)作業(yè)區(qū)水流流速以及流向，并根據(jù)管線的長(zhǎng)度等因素選擇合適的移動(dòng)路徑，嚴(yán)禁管線占用航道。做好施工期間的通航和安全，采取順流作業(yè)方式，沿設(shè)置的紅浮連線在航道外作業(yè)，安排安全人員隨時(shí)觀察邊錨及浮管，降低對(duì)航道的通行影響，要保證錨浮燈完好，根據(jù)水面船舶通行情況隨時(shí)注意通行安全。

2 優(yōu)化絞吸式挖泥船航道疏浚工藝

2.1 改進(jìn)施工工藝

通過(guò)增加挖泥時(shí)間達(dá)到提升生產(chǎn)效率的目的。當(dāng)絞吸式挖泥船小時(shí)產(chǎn)量穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)增加挖泥時(shí)間實(shí)現(xiàn)提升施工效率的預(yù)期目標(biāo)。將挖泥船艙內(nèi)泥泵和潛水泵組合起來(lái)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，確定最佳的組合方式。例如，將2臺(tái)艙內(nèi)泵+1臺(tái)潛水泵的初始施工模式，在進(jìn)行清水流量、挖泥時(shí)間利用率、月產(chǎn)量、每小時(shí)油耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，確定了1臺(tái)艙內(nèi)泵+1臺(tái)潛水泵的組合模式，降低施工成本，提供生產(chǎn)效率。

2.2 優(yōu)化排泥管線布設(shè)

絞吸式挖泥船、吸泥船等在航道疏浚施工時(shí)通過(guò)排泥管線將挖掘出的泥漿輸送到指定區(qū)域。因此，排泥管線的布設(shè)與生產(chǎn)效率之間存在著密切聯(lián)系。優(yōu)化排泥管線的布設(shè)應(yīng)做到：管線布設(shè)宜短，在滿足現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)工況條件的了解，設(shè)計(jì)排泥路線圖，盡量減少管線布設(shè)的長(zhǎng)度，縮短接卡距離，降低能源消耗。管線布設(shè)宜直，無(wú)論是水上還是陸上排泥管線的布設(shè)應(yīng)盡量考慮直線布設(shè)，接卡走向時(shí)做好標(biāo)志，控制方向，即便因環(huán)境因素必須彎曲布設(shè)時(shí)，應(yīng)避免彎曲過(guò)大而導(dǎo)致憋管。管線布設(shè)宜低。吹填排泥管線布設(shè)地面高度以施工區(qū)設(shè)計(jì)高度為基準(zhǔn)，宜低不宜高。

2.3 優(yōu)化開(kāi)挖模式

絞吸式挖泥船在施工過(guò)程中大多沿用傳統(tǒng)式分層開(kāi)挖模式（又叫小分層），小分層模式能都保障船舶作業(yè)時(shí)相對(duì)穩(wěn)定，減少移船移錨時(shí)間，提高作業(yè)效率。但除了考慮時(shí)間利用效率外，還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工土質(zhì)特點(diǎn)合理選擇大、小分層挖掘。例如，對(duì)于航道中的土質(zhì)為上軟下硬土質(zhì)，以及對(duì)于淤泥和粘土類型的土質(zhì)疏浚項(xiàng)目建議采取大分層開(kāi)挖方式，比傳統(tǒng)的小分層開(kāi)挖施工方式更能提高生產(chǎn)效率。

3 提升絞吸式挖泥船航道疏浚質(zhì)量措施

航道疏浚工程除了要求作業(yè)人員熟練掌握絞吸式挖泥船施工工藝外，還要綜合做好航道疏浚的質(zhì)量管理，提升施工工程質(zhì)量，發(fā)揮絞吸式挖泥船在航道疏浚中的綜合效益[2]。

3.1 合理選擇挖泥船的開(kāi)挖方向

挖泥方向的確定是疏浚工程順利進(jìn)行的重要保障。根據(jù)水流方向的差異，挖泥作業(yè)分為順流施工和逆流施工。具體作業(yè)方向的選擇時(shí)應(yīng)充分考慮安全性和效率性。此外，要盡量避免航道淤積因素，實(shí)踐表明，當(dāng)河道水流流速＜0.5m3/s時(shí)，建議采用順流施工方式，當(dāng)河道水流流速＞0.5m3/s時(shí)建議采用逆流施工方式。

3.2 嚴(yán)格控制河道疏浚開(kāi)挖深度

在具體施工作業(yè)過(guò)程中，疏浚作業(yè)人員要充分掌握河道水情變化，做好固定水尺與臨時(shí)水尺設(shè)置工作，將其設(shè)置在合理的作業(yè)區(qū)域位置，便于疏浚作業(yè)人員及時(shí)識(shí)別讀取，防止施工過(guò)車過(guò)程中發(fā)生碰撞事故。做好日常管理，對(duì)水尺進(jìn)行定期檢查，根據(jù)河道水位變化對(duì)絞刀下放的深度作出相應(yīng)的調(diào)整。河道開(kāi)挖的深度既要考慮實(shí)際設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度，也要根據(jù)河水流速和土質(zhì)等考慮河道回淤，保證河道疏浚時(shí)開(kāi)挖深度的科學(xué)性。

3.3 做好中心線、開(kāi)挖邊線施工放樣

河道疏浚時(shí)，為保障施工作業(yè)的準(zhǔn)確性，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)方案的要求，常常在施工斷面的左岸和右岸分別設(shè)置控制樁和方向樁，在設(shè)置時(shí)要保證控制樁和方向樁與河床的中心保持等距離，布設(shè)后及時(shí)對(duì)其進(jìn)行校核，確保兩種樁布設(shè)的準(zhǔn)確性。根據(jù)之前設(shè)計(jì)的位置和樁號(hào)設(shè)置斷面，沿著河道開(kāi)挖中心線垂直布設(shè)橫斷面的方向，在河道曲線處設(shè)置3個(gè)以上扇形斷面，嚴(yán)格控制好間距。在河槽放樣過(guò)程中要做好橫斷面標(biāo)志、橫向標(biāo)志和縱向標(biāo)志的設(shè)置，便于作業(yè)人員夜間安全施工，可采用燈標(biāo)、浮標(biāo)或標(biāo)桿等醒目標(biāo)志。

4 結(jié)語(yǔ)

絞吸式挖泥船在航道疏浚作業(yè)中有總體應(yīng)用效率較高、費(fèi)用較低、作業(yè)簡(jiǎn)便、用途廣等特點(diǎn)，在目前航道疏浚作業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。絞吸式挖泥船具有適應(yīng)小而振蕩的水流特性，當(dāng)流量很小時(shí)（＜50m3/s以下），可以采用絞吸式挖泥船與船泵聯(lián)合作業(yè)。調(diào)遣費(fèi)用較高成為絞吸式挖泥船實(shí)際應(yīng)用的制約因素之一，在中小型航道疏浚作業(yè)前，應(yīng)做好陸上轉(zhuǎn)移調(diào)遣方式做好跨區(qū)域作業(yè)。

[1]劉守金.絞吸船施工與管理[M]北京：中國(guó)水利水電出版社，2005

[2]王青.絞吸式挖泥船在航道疏浚施工中的應(yīng)用研究[J]住宅與房地產(chǎn)，2016（10）：286-287

U615.35

A

1006—7973（2017）10-0047-02

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.10.020