航道疏浚施工工藝優(yōu)化組合路徑分析

【摘要】現(xiàn)今，我國隨著“十三五”發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)施以來，國家加快了航空、公路以及水上交通的建設(shè)步伐，對我國交通運(yùn)輸以及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都起著至關(guān)重要的作用。長江水域運(yùn)輸總量可達(dá)11億t/年，其與京杭運(yùn)河、長江三角洲、珠江三角洲以及西江航運(yùn)干線構(gòu)成了我國內(nèi)航道運(yùn)輸樞紐。然而，航道的常年運(yùn)行，造成航道底層淤泥、砂石等物質(zhì)堆積給水上運(yùn)輸造成阻礙，從而影響往來船只的航行安全。內(nèi)河航道疏浚作業(yè)作為水下施工項(xiàng)目，其對施工設(shè)備要求高、施工風(fēng)險(xiǎn)因素多、以及復(fù)雜的施工環(huán)境給航道疏浚施工帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。基于此，本文旨在以項(xiàng)目管理理論為基礎(chǔ)，以長江流域某段航道疏浚施工為例，通過科學(xué)化和現(xiàn)代化的管理手段和措施，從而更有效地完成內(nèi)河航道疏浚工程項(xiàng)目總體目標(biāo)，從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】航道疏浚；施工技術(shù)；優(yōu)化路徑

1、航道疏浚項(xiàng)目概況

長江流域12.5米深水航道疏浚工程二期工程，疏?？偭考s1000萬m3，疏浚土質(zhì)主要為細(xì)粉砂。泥層開挖厚度1.0～2.5m，平均厚度1.75m（包含超深），泥層較薄，施工難度大，耙吸船開挖易嚴(yán)重超深，造成較大浪費(fèi)。該項(xiàng)目疏浚區(qū)航道總長約210km，航道寬500m，設(shè)計(jì)底高程-12.5米 m，超寬3m，超深0.4m，其中超寬超深方量約145萬m3，約占總疏浚方量的25%，為本疏浚項(xiàng)目施工質(zhì)量控制研究的重點(diǎn)（如下圖）。

2、疏浚施工地質(zhì)環(huán)境分析

長江流域水流流向較穩(wěn)定，潮流急。高潮位由口外向口內(nèi)逐漸增高，低潮位由口外向口內(nèi)逐漸降低，潮汐日不等現(xiàn)象低潮較高潮明顯，低潮不等最大差值可達(dá)1.0m以上。疏浚施工區(qū)屬無掩護(hù)區(qū)域，工況條件惡劣，風(fēng)浪大，且施工區(qū)潮差大，潮流急。施工區(qū)周邊適合設(shè)置潮位站的地方在最低潮時(shí)會(huì)出現(xiàn)露灘情況，潮位站布設(shè)困難，且施工區(qū)跨度較大，一個(gè)潮位站不能覆蓋整個(gè)施工區(qū)，設(shè)置5、7個(gè)潮位站時(shí)潮位站之間潮差并非線性關(guān)系，漲落潮時(shí)均會(huì)變化，內(nèi)插法計(jì)算潮位疏浚誤差較大，影響船舶挖深精度控制；因施工區(qū)域面積較大，施工期過程測量采用傳統(tǒng)的單波束測量無法滿足施工需要，無法保證船舶施工質(zhì)量和效率，因此對疏浚施工進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到有效控制項(xiàng)目成本。

3、航道疏浚施工優(yōu)化路徑分析

本次航道疏浚采用雙槳、雙機(jī)復(fù)合驅(qū)動(dòng)超大型自航耙吸式挖泥船，主要用于沿海港口、航道疏浚和吹填作業(yè)。船舶總長約157.80m，設(shè)計(jì)吃水7.50m，挖泥吃水9.00m，艙容13280m3，可載泥19250t，吸泥管內(nèi)徑1200mm。在淤泥類土質(zhì)施工每耙挖深達(dá)40～50cm，設(shè)計(jì)超深為40cm，施工開挖深度控制困難。其優(yōu)點(diǎn)為抗風(fēng)浪能力強(qiáng)，疏浚開挖深度大，施工能力強(qiáng)。

3.1 籌建體系，軟硬結(jié)合

施工工藝管理組織是管理目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的決定性因素。公司應(yīng)在內(nèi)部常設(shè)一個(gè)施工工藝管理機(jī)構(gòu)。施工工藝管理小組成員由總經(jīng)理牽頭，總工程師負(fù)責(zé)日常工作，成員專業(yè)涵蓋工程技術(shù)、航海技術(shù)、輪機(jī)技術(shù)、電氣控制等方面。組織成員均有著明確的工作職責(zé)，日常管理要求分工到人、責(zé)任明確，并建立相關(guān)的管理制度。總工程師對施工工藝管理小組工作負(fù)總責(zé)，總師室負(fù)責(zé)施工工藝測試的策劃、組織協(xié)調(diào)及成果的推廣應(yīng)用；分管施工工藝的副總工程師主要負(fù)責(zé)施工工藝及機(jī)具改進(jìn)，分管科技信息的副總工程師主要負(fù)責(zé)信息技術(shù)，分管電氣控制的副總工程師負(fù)責(zé)儀表儀器；海務(wù)監(jiān)督長負(fù)責(zé)對施工工藝中涉及船舶適航性及安全可靠性的指導(dǎo)；機(jī)務(wù)監(jiān)督長負(fù)責(zé)對施工工藝中設(shè)備適用性及安全性的指導(dǎo)；總師室施工工藝主管負(fù)責(zé)工藝方式、工藝參數(shù)、施工設(shè)備更新改造方案的確定及施工效率測試；工程部項(xiàng)目主管負(fù)責(zé)工程邊界條件確定；項(xiàng)目部總工負(fù)責(zé)現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)及后勤保障；工程船舶船長和輪機(jī)長負(fù)責(zé)船舶端工藝的組織協(xié)調(diào)；施工員負(fù)責(zé)施工工藝的具體實(shí)施和施工數(shù)據(jù)的具體分析；電機(jī)員負(fù)責(zé)船舶端儀器儀表設(shè)備狀態(tài)檢查；公司總師室負(fù)責(zé)施工工藝管理小組的日常工作。

3.2 創(chuàng)新管理，多措并舉

在疏浚項(xiàng)目開始作業(yè)前，工程部項(xiàng)目主管須向公司施工工藝管理小組提交必要的施工邊界條件、工況等技術(shù)資料。當(dāng)施工邊界條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)知施工工藝管理小組；當(dāng)項(xiàng)目遇到施工難題時(shí)，應(yīng)報(bào)施工工藝管理小組，小組將收集資料，予以判斷處理。施工工藝管理小組對收集的資料進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、綜合計(jì)算，以確定最優(yōu)施工方案。在工程開工前，施工工藝管理小組負(fù)責(zé)典型段開挖試驗(yàn)，通過大數(shù)據(jù)計(jì)算，確定最佳施工工藝參數(shù)；在開工之后，管理小組負(fù)責(zé)跟蹤船舶施工工藝的落實(shí)情況，并結(jié)合工況提出工藝改進(jìn)措施。施工工藝管理小組對施工工藝進(jìn)行分析、提煉，形成固化、可推廣應(yīng)用的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 大數(shù)據(jù)計(jì)算，確定施工參數(shù)

耙吸式挖泥船現(xiàn)場最佳施工工藝的測定需要建立具體的測試流程，預(yù)先制訂詳細(xì)的計(jì)劃，對數(shù)據(jù)作嚴(yán)謹(jǐn)、可信的分析，并將得到的真實(shí)有用的結(jié)果用以指導(dǎo)船舶施工，以切實(shí)提高船舶的施工效率。在測試前，施工工藝管理小組均會(huì)預(yù)先制訂具體的施工工藝測試大綱，確定本次施工工藝測試的重點(diǎn)和方法。在測試中，小組計(jì)算出船舶的最佳對地航速、耙頭高壓沖水壓力、波浪補(bǔ)償器壓力、泥泵轉(zhuǎn)速等參數(shù)。對于吹填施工來說，影響吹填施工效率的邊界條件有土質(zhì)、吹填長度、排管直徑、管線布置、標(biāo)高、耙吸船性能、耙吸船吹填模式等。基于以上數(shù)據(jù)，最終確定最優(yōu)化的施工工藝參數(shù)及方案，并交予施工人員嚴(yán)格執(zhí)行。

3.4 多管齊下，多維推進(jìn)

施工工藝管理小組采取多因素敏感性分析法、大數(shù)據(jù)分析法、艏吹關(guān)鍵流速云計(jì)算法、最佳施工工藝軟件體系等對施工數(shù)據(jù)進(jìn)行測試分析。在目前的大數(shù)據(jù)計(jì)算中，小組通過正交方陣排列組合和敏感性比較，分析施工參數(shù)的變化趨勢，確定最佳施工工藝參數(shù)，其中關(guān)鍵流速的準(zhǔn)確計(jì)算直接關(guān)系到艏吹施工的效率和經(jīng)濟(jì)性。為此，通過計(jì)算軟件輸入工程參數(shù)和變量，輸出包括圖像信息、最佳施工參數(shù)組合、特征粒徑、特征濃度、沉降速度曲線、原狀土、關(guān)鍵流速、泵性能、蒸汽壓力、呼吸閥、排水口和局部水頭損失系數(shù)等分析數(shù)據(jù)，使軟件功能覆蓋從工況條件到船舶設(shè)備、從耙吸挖泥到艏吹艏噴施工、從公式推導(dǎo)到曲線繪制的耙吸式挖泥船施工的全過程，以此最終甄選出最優(yōu)的施工工藝流程，形成最優(yōu)化的施工工藝。

4、耙吸式挖泥船精挖技術(shù)及管理措施

（1）本工程標(biāo)段疏浚土質(zhì)主要為細(xì)粉砂，5類土占80%，2類土占20%，部分為細(xì)砂混貝殼。根據(jù)工程土質(zhì)選擇帶有高壓沖水的沖刷型耙頭使開挖淤泥和細(xì)砂的破土能力大幅提升。耙齒根據(jù)施工的不同階段調(diào)整平齒和尖齒的交替使用，特別是在收尾階段，由原尖齒改為平齒，耙齒密度增加1倍，且把耙齒排列方式由原“一字”型平行排列改為前后交錯(cuò)排列，有效避免了壟、溝現(xiàn)象的出現(xiàn)，疏?；郾砻嫦鄬ζ秸?，且可一次掃除淺點(diǎn)。

（2）疏浚區(qū)泥層開挖厚度1.0～2.5m，平均厚度1.75m，泥層較薄。通過提高挖泥船的下耙精度，長江下流12.5米深水航道工程二期灣外段疏浚減少廢方開挖工程達(dá)200萬m3以上。通過優(yōu)化施工參數(shù)、改進(jìn)施工工藝等一系列措施后，施工船舶泵吸效率提高約17.1%，縮短了取泥時(shí)間，有效降低了運(yùn)泥船的支出成本，工藝優(yōu)化后工程總體減少支出約1210萬元。不僅可加快施工進(jìn)度、保證施工質(zhì)量，同時(shí)可大幅提高經(jīng)濟(jì)效益。

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