自航耙吸挖泥船在江河口潮流區(qū)施工分析

方 磊 白 軍

一、引言

自航耙吸挖泥船在江河口潮流區(qū)（漲、落水流流向和施工區(qū)域走向交角0°～30°之間的水域）施工過(guò)程中，在漲落水流偏大時(shí)，往往采取頂流施工而順流不施工的方法，這不利于施工進(jìn)度和質(zhì)量的保證。筆者通過(guò)多次實(shí)踐和摸索試用，總結(jié)了一套較為實(shí)用的順流施工方法，可利用最短的泥泵運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮最大的挖泥效率來(lái)達(dá)到縮短挖泥周期、降低成本的目的，為同類船舶在類似工況條件下的施工提供參考。

二、自航耙吸船工前準(zhǔn)備及施工流程

1.工前準(zhǔn)備

依據(jù)海圖、潮汐表、港口指南、自然條件、水深情況、施工安排表、施工任務(wù)書、工程船舶布置情況及施工安排等交底資料制訂施工方案及應(yīng)急預(yù)案。

按施工安排及實(shí)際情況，加強(qiáng)疏浚船舶的管、用、養(yǎng)、修，保證船舶航行設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備的完好，確保主機(jī)、舵機(jī)及施工泥泵機(jī)和側(cè)推器等設(shè)備能發(fā)揮正常的效率。

對(duì)疏浚設(shè)備進(jìn)行檢查，及時(shí)矯正耙頭，必要時(shí)對(duì)疏浚設(shè)備局部加強(qiáng)，如耙管的各道法蘭增設(shè)加強(qiáng)筋和加強(qiáng)板，對(duì)耙頭添加保險(xiǎn)鏈，使疏浚設(shè)備處于適挖狀態(tài)，日常加強(qiáng)巡回檢查和維護(hù)保養(yǎng)力度，保證施工期間的設(shè)備隨時(shí)可用。

2.一般疏浚工藝流程

自航耙吸挖泥船一般施工流程如圖1和圖2所示。

（1）從船舶操縱性能的角度看，頂流施工能獲得較好的舵效，可以方便控制航向和船位。[1]

（2）到達(dá)施工區(qū)端點(diǎn)掉頭時(shí)，須充分考慮流壓作用下對(duì)船舶所產(chǎn)生的漂移作用和橫移距離。

（3）頂水掉頭調(diào)向順?biāo)┕ず?，根?jù)流壓作用，使用正、倒車或雙車倒來(lái)控制船速，并使用側(cè)推以及正、倒車控制航向，保持船位并盡量接近下耙所需的船速，待速度接近下耙安全航速時(shí)放下耙頭使其接觸地面達(dá)到滯速的效果。

（4）接近施工區(qū)端點(diǎn)時(shí)充分考慮掉頭區(qū)的距離和自身漂移距離的關(guān)系、與周圍船舶的安全距離，使用正、倒車和耙頭滯速控制船位掉頭，減少沿流方向的漂移距離。

圖1 起始時(shí)頂水施工流程圖

圖2 起始時(shí)順?biāo)┕ち鞒虉D

三、順流施工方法及施工特點(diǎn)

1.順流施工方法

通過(guò)實(shí)踐總結(jié)出如圖3所示的自航耙吸船改進(jìn)后的順流施工方法，在實(shí)踐過(guò)程中雙車、雙舵自航耙吸挖泥船在順?biāo)┕r(shí)，先使用單車微進(jìn)或正、倒車，利用疏浚設(shè)備滯速等方式達(dá)到初期控速；施工過(guò)程中也可根據(jù)實(shí)際情況借助左、右舷耙頭下放的輕重來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)向，全過(guò)程通過(guò)調(diào)整雙車及耙頭對(duì)地角度及壓力使船舶保持所需的挖泥航速。在雙耙觸底施工中利用車、舵控制航向的同時(shí)，可通過(guò)側(cè)推及左右舷耙頭觸底力度的不同輔助航向偏移來(lái)彌補(bǔ)舵效不佳的缺點(diǎn)，在施工端部掉頭時(shí)，采取緩步提升耙頭及拖單耙掉頭的方式滯速來(lái)控制船位，使得自航耙吸船在較強(qiáng)順?biāo)髑闆r下仍能正常施工，達(dá)到保障施工生產(chǎn)率的目的。

2.順流施工特點(diǎn)

順流施工中船速難以控制，船速過(guò)快會(huì)給挖泥設(shè)備帶來(lái)安全隱患，低速下順流航行舵效較差，同時(shí)也對(duì)操縱性影響極大，使得船位不好把控，對(duì)施工布線造成影響。順?biāo)鞯纛^時(shí)船舶漂移的距離增大，在施工航道中通航密度大的情況下會(huì)產(chǎn)生較大的安全隱患，所以在較大的順?biāo)鳟?dāng)中使施工船能夠正常施工是個(gè)難點(diǎn)，也對(duì)整個(gè)施工進(jìn)度和質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。

四、順流施工方法效益分析

（一）江河口潮流自然條件

長(zhǎng)江口外為正規(guī)半日潮，口內(nèi)潮波變形，為非正規(guī)半日淺海潮，潮波變形程度越向上游越大。一日內(nèi)兩漲兩落，一漲一落平均歷時(shí)約12小時(shí)25分，日潮不等現(xiàn)象明顯。[2]長(zhǎng)江河口存在明顯的落潮流偏南、漲潮流偏北的流路分異現(xiàn)象，在漲落潮流路之間的緩流區(qū)，泥沙容易淤積形成水下沙洲、沙島，促使水道分汊。在徑流與潮流兩股強(qiáng)勁動(dòng)力作用下，河口段河床沖淤多變，主槽擺動(dòng)頻繁。四條入海汊道均存在航道攔門沙，其灘頂水深除北支外，一般在6米左右，比較穩(wěn)定。南槽淺灘是長(zhǎng)江河口最大的航道攔門沙，水深不足7米的灘長(zhǎng)25千米左右，不足10米的灘長(zhǎng)達(dá)60余千米，成為入海航道的天然障礙。[3]

圖3 改進(jìn)后施工流程圖

（二）施工船舶

承擔(dān)本次疏浚任務(wù)的自航耙吸挖泥船為“通力輪”，表1所示為“通力輪”基本參數(shù)表。

（三）施工區(qū)域及安排

“通力輪”安排在W02+000 ～ W08+000水域進(jìn)行施工，施工段長(zhǎng)度為6千米。由于深水航道施工船舶與航行船舶較為密集，如圖4所示，施工與航行中必須密切保持與其他船舶的聯(lián)系，及時(shí)避讓以確保安全，工程具有水域條件復(fù)雜、單船土方量計(jì)算精度要求高等特點(diǎn)。

表1 “通力輪”船舶性能參數(shù)表

（四）改進(jìn)方法前后施工對(duì)比分析

1. 裝艙量和裝艙時(shí)間對(duì)比

針對(duì)改進(jìn)的施工方法，可以根據(jù)裝艙量和裝艙時(shí)間的對(duì)比分析來(lái)說(shuō)明該方法的有效性，圖5和圖6分別為原方法施工曲線圖和改進(jìn)后施工曲線圖，圖7和圖8分別為原方法施工測(cè)圖和改進(jìn)后施工測(cè)圖。

圖4 “通力輪”施工區(qū)域與拋泥區(qū)平面示意圖（局部）

圖5 原方法施工曲線圖

圖6 改進(jìn)后施工曲線圖

對(duì)比圖5和圖6可得出，采用順流施工方法單船施工周期節(jié)約將近20分鐘，且生產(chǎn)率提高了近23.9%。另一方面，改進(jìn)的施工方法有效地縮短了泥泵機(jī)在施工航行中的非生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，從而有效地節(jié)約了生產(chǎn)成本。

圖7 原方法施工測(cè)圖

圖8 改進(jìn)后施工測(cè)圖

2. 挖泥船生產(chǎn)率計(jì)算對(duì)比

挖泥船生產(chǎn)率=單船土方量/（重載距離/重載航速+輕載 距離/輕載航速+施工距離/施工航速+掉頭時(shí)間+上線時(shí)間）[4]，依據(jù)圖1、圖2和圖5計(jì)算的原方法施工生產(chǎn)率結(jié)果約為595立方米/小時(shí)，依據(jù)圖3和圖6計(jì)算的改進(jìn)后的順流挖泥生產(chǎn)率結(jié)果約為737立方米/小時(shí)。從圖7和圖8可見，采用改進(jìn)后的順流挖泥施工方法時(shí)，槽內(nèi)測(cè)量平整度效果得到了好轉(zhuǎn)，大塊淺梗明顯減少，施工質(zhì)量得到了保障。

五、結(jié)束語(yǔ)

采用改進(jìn)后的順流挖泥施工方法并結(jié)合順流排線施工和頂流折線施工，將水流對(duì)施工的影響降到了最低，施工質(zhì)量明顯改善，同時(shí)增加了船舶的挖泥時(shí)間，縮短了泥泵非生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，降低了油耗，隨著裝艙率的提升，船舶在大幅度提高日產(chǎn)量的同時(shí)，大大降低了成本，施工進(jìn)度得到保障，同時(shí)減少了船舶進(jìn)出航道上下線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)及對(duì)周圍船舶的影響，在通航密度較大的航槽內(nèi)有效地保障了船舶和施工的安全。

[1]大連海運(yùn)學(xué)院船藝教研室.船藝[M].北京:人民交通出版社，1985.

[2]朱文武，李九發(fā)，等.近年來(lái)長(zhǎng)江口南港河道泥沙特性變化研究[J].海洋通報(bào)，2015(4):377-384.

[3]陳志昌，羅小峰.長(zhǎng)江口南港及南北槽分汊口河床形態(tài)特征研究[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2005(4):1-5.

[4]全國(guó)一級(jí)建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書編寫委員會(huì).港口與航道工程管理與實(shí)務(wù)[M].2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.