大型耙吸船與刮板式耙平器在淤泥底質(zhì)航道的聯(lián)合施工應(yīng)用

胡仲?gòu)?qiáng)

摘 要：大型耙吸船在淤泥底質(zhì)航道掃淺施工時(shí)，存在超挖方量多、上線精度低的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致掃淺效率低。攜帶聯(lián)合刮板式耙平器的整平船因其船型較小，可以有很高的上線精度，加之“削高補(bǔ)洼”的施工特點(diǎn)正好可以利用起耙吸船超挖產(chǎn)生的深槽，從而達(dá)到理想、高效的整平效果，最高可達(dá)1600m3/d。本文就巴西巴拉那瓜和安東尼娜港五年維護(hù)疏浚工程整平船聯(lián)合耙吸船掃淺施工的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：耙吸船 整平船 淤泥底質(zhì)航道 掃淺 質(zhì)量控制

大型耙吸挖泥船因其艙容量大的特點(diǎn)，廣泛用于拋泥區(qū)或取沙區(qū)距施工地點(diǎn)較遠(yuǎn)的工程，考慮到裝載效率，通常會(huì)配置與艙容相對(duì)應(yīng)尺寸的吸泥管和耙頭，以及在施工時(shí)使用較高功率的泥泵和高壓水泵。這種特性在疏浚淤泥底質(zhì)航道時(shí)有著很高的效率，一次過(guò)耙就可以到達(dá)非?？捎^的增深效果。

但是在疏浚過(guò)程中，由于復(fù)雜水流條件的影響、航道地形的限制、測(cè)量不及時(shí)以及船舶定位誤差等因素，會(huì)導(dǎo)成大量分散淺點(diǎn)。掃淺施工階段，耙吸船必須依靠精準(zhǔn)走線才能使寬度很小的耙頭挖到淺點(diǎn)，而且走線痕跡必須達(dá)到相當(dāng)高的覆蓋程度才能使淺點(diǎn)逐漸減少直至清除，這是一個(gè)投入產(chǎn)出比極低的作業(yè)過(guò)程。

同時(shí)耙吸船為了消除分散淺點(diǎn)會(huì)反復(fù)上線，導(dǎo)致局部超挖，產(chǎn)生廢方。而利用刮板式耙平器整平船可以有效的進(jìn)行削高補(bǔ)洼，船舶成本也大大低于耙吸船運(yùn)行成本。

巴西巴拉那瓜和安東尼娜港五年維護(hù)疏浚工程在進(jìn)行淤泥底質(zhì)航道掃淺施工時(shí)，通過(guò)優(yōu)化耙吸船和整平船的施工工藝，合理調(diào)配耙吸船與整平船的下耙深度，達(dá)到了很高的掃淺效率，節(jié)約了船舶成本。本文就大型耙吸船聯(lián)合刮板式耙平器整平船在淤泥質(zhì)航道的整平施工進(jìn)行闡述說(shuō)明。

1.工程概況

巴西巴拉那瓜和安東尼娜港五年維護(hù)疏浚工程位于巴西巴拉那瓜灣內(nèi)，是巴西第二大港，本期施工區(qū)域?yàn)樯嫌蜠elta航道，設(shè)計(jì)深度為8.8m，超深0.2m。施工區(qū)域受環(huán)保限制，不允許進(jìn)行溢流作業(yè)，拋泥運(yùn)距達(dá)33海里，且存在環(huán)保窗口期，年度施工工期短。驗(yàn)收要求為單波束10米間距，槽內(nèi)0淺點(diǎn)，邊坡95%合格，驗(yàn)收要求高，施工難度大淺效率，優(yōu)化掃淺工藝，節(jié)約工期成本，探索采用了耙吸船聯(lián)合整平船進(jìn)行掃淺施工。

2.整平船結(jié)構(gòu)及工作原理

整平船為拖輪懸吊刮板式耙平器改裝而成，船長(zhǎng)31m，船寬10m，主機(jī)功率2400Kw，抗風(fēng)浪能力較強(qiáng)。耙平器為鋼構(gòu)構(gòu)造，重量為1.9噸，寬度為12m，長(zhǎng)度為1.9m，船上配置一臺(tái)吊機(jī)和一組絞車，耙平器通過(guò)絞車伸出的兩條鋼纜懸吊于船尾的鋼樁上。整平船構(gòu)造如圖1、圖2所示：

整平船通過(guò)豎向鋼纜控制下耙深度，通過(guò)橫向鋼纜限制耙位和角度，船頭頂部安裝GPS及潮位遙報(bào)儀，根據(jù)GPS安裝位置與耙相對(duì)位置計(jì)算實(shí)際耙位，船內(nèi)配置絞車操作平臺(tái)及監(jiān)控系統(tǒng)。施工時(shí)航速為2節(jié)，根據(jù)整平標(biāo)高和潮位及時(shí)調(diào)整耙平器的鋼纜長(zhǎng)度，通過(guò)“削高補(bǔ)洼”壓茬前進(jìn)。整平船在垂直航道方向施工時(shí)，采用調(diào)頭巡回施工的方式，在水域較窄不能調(diào)頭的區(qū)域采用前進(jìn)時(shí)下耙削高，后退時(shí)起耙。

3.施工步驟及技術(shù)要求

3.1耙吸船施工

由于整平船只能整平，不能長(zhǎng)距離搬運(yùn)，故在整平船掃淺施工之前需要耙吸船先將區(qū)域內(nèi)大部分方量進(jìn)行搬運(yùn)。查詢相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出：剩余淺點(diǎn)工程量要少于實(shí)際超挖工程量的70%，即確保航道已超挖區(qū)域理論上可以全部容納淺點(diǎn)區(qū)域淤泥，整平船才能有很好的掃淺效果。對(duì)于淺區(qū)集中，或者淺點(diǎn)高度大于60cm的區(qū)域利用耙吸船進(jìn)行開挖，確保將大體積的淺區(qū)割裂，耙吸船施工過(guò)程中盡量采用S形走線，確保淺區(qū)被打斷。超挖量必須滿足容納體積需求，否則將造成厚度較薄的大面積淺區(qū)，反而增大掃淺工作量。

3.2整平船施工

待耙吸船把淺區(qū)開挖出若干條均勻的深槽后，整平船開始入場(chǎng)施工，施工步驟如下：

（1）GPS及潮位遙報(bào)儀的安裝

經(jīng)耙吸船施工后水下淺點(diǎn)變得細(xì)小并且分散，因此需要整平船的耙平器有很高的平面位置精度，通過(guò)架立GPS天線和量測(cè)的船型數(shù)據(jù)可以確定耙平器的位置。GPS安置于船舶高點(diǎn)，便于信號(hào)的接收，根據(jù)GPS安裝位置、耙與船的相對(duì)平面位置修正耙平器實(shí)際位置。

施工區(qū)域潮汐為不規(guī)則半日潮，漲、落潮流速大，漲潮時(shí)、落潮時(shí)短，為了嚴(yán)格控制下耙深度，需安裝潮位遙報(bào)儀，遙報(bào)儀天線架立于船頂，和GPS接收天線分開架立，遙報(bào)儀每隔5分鐘接收一次潮位信息，整平船根據(jù)潮位信息計(jì)算放纜長(zhǎng)度。

（2）控制下耙定深

拖輪上配置耙平器深度自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)，通過(guò)采集潮位數(shù)據(jù)后自動(dòng)計(jì)算出放纜長(zhǎng)度。施工區(qū)域設(shè)計(jì)深度為8.8m，控制整平船整平深度為8.8m～9.0m，下耙時(shí)先根據(jù)潮位計(jì)算深度，通過(guò)絞車監(jiān)控系統(tǒng)下放至計(jì)算高度，系統(tǒng)根據(jù)下耙深度和角度會(huì)將水平限位鋼纜自動(dòng)拉緊，并觀察鋼纜上的長(zhǎng)度標(biāo)記，校核下耙深度的準(zhǔn)確性，確認(rèn)無(wú)誤后開始施工。下耙不可過(guò)深，過(guò)深會(huì)導(dǎo)致淺點(diǎn)附近區(qū)域土方隆起，起到反作用。

（3）整平施工

耙深控制合格后，整平船開始對(duì)淺區(qū)進(jìn)行整平施工，使用Hypack軟件采集GPS定位數(shù)據(jù)，導(dǎo)入航道背景圖和水深文件，實(shí)時(shí)顯示淺點(diǎn)位置和船舶位置，指導(dǎo)施工。整平時(shí)船速控制在2節(jié)左右。航道拖平施工分為兩種操作方式，一種是順挖槽方向進(jìn)行拖帶，一種是垂直于挖槽拖帶。原則上應(yīng)該采取垂直于挖槽進(jìn)行拖平的施工模式，因?yàn)榭v向開挖會(huì)形成縱向的壟溝，為了更有效地消除這種高低差，應(yīng)該垂直于挖槽軸線方向拖耙。施工航道的寬度僅為110m，拖輪拖帶作業(yè)調(diào)頭頻繁。每次調(diào)頭均需要吊起耙平器，無(wú)效的時(shí)間比較多，時(shí)間利用率較低，但全部沿航道的軸線方向拖耙的掃淺效果又不佳，所以綜合考慮，施工的方向選擇為斜向大角度拖平。這種做法節(jié)約了調(diào)頭的時(shí)間，又能兼顧掃淺的效果。

在施工中遇到被水下有浮筒沉石等障礙物絆住的情況，要做好位置標(biāo)記，在之后的施工中不可把土方攬到此處，防止產(chǎn)生土方聚集。

（4）測(cè)量檢查

每日整平后及時(shí)進(jìn)行測(cè)量檢查，檢查方法為多波束1m間隔掃測(cè)，對(duì)每日航跡線區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量后當(dāng)天出數(shù)據(jù)，并標(biāo)記好淺點(diǎn)，發(fā)送整平船對(duì)淺點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行整平，直到槽內(nèi)無(wú)淺點(diǎn)為止。

4.施工質(zhì)量控制

4.1耙吸船施工質(zhì)量控制

在整平船進(jìn)場(chǎng)前，耙吸船需在淺區(qū)內(nèi)挖除若干條分布均勻的深槽，需滿足剩余淺點(diǎn)工程量要少于實(shí)際超挖工程量的70%，用于容納淺點(diǎn)土方量。

耙吸船在掃淺施工時(shí)需要將施工區(qū)域內(nèi)大量土方搬運(yùn)出去，滿足剩余淺點(diǎn)工程量為設(shè)計(jì)工程量的3%～5%時(shí)才可以有很好的整平效果。

耙吸船在前期施工時(shí)需對(duì)邊坡進(jìn)行修整，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)坡度進(jìn)行施工，不得產(chǎn)生坡度大、落差大的邊坡，防止后期施工產(chǎn)生邊坡土方塌陷。

4.2整平船施工質(zhì)量控制

整平船在淤泥底質(zhì)航道整平施工時(shí)有多處質(zhì)量控制點(diǎn)，在施工中需加以控制，防止整平船產(chǎn)生反效果。

（1）不得在邊坡下耙

整平船施工特點(diǎn)為“削高補(bǔ)洼”，不能帶走土方。邊坡土方由于重力作用受擾動(dòng)后可能會(huì)發(fā)生塌陷，從而在槽內(nèi)產(chǎn)生淤積。施工中需在電腦上標(biāo)記好坡腳線，嚴(yán)格控制整平船下耙位置，防止勾刮到邊坡的土方到槽內(nèi)。

（2）每次停耙不能在同一位置

整平船施工的實(shí)質(zhì)是區(qū)域內(nèi)土方的平衡，類似于陸上的推土機(jī)。所以在下耙施工過(guò)程中不得每次都停耙在同一位置，防止方量聚集，產(chǎn)生淺點(diǎn)。

（3）注意放耙鋼纜的垂直情況

需時(shí)刻注意放耙鋼纜的垂直度，當(dāng)耙齒碰到土質(zhì)堅(jiān)硬的區(qū)域時(shí)會(huì)產(chǎn)生垂直度偏移，施工中需保證垂直度偏差<5°，當(dāng)偏角過(guò)大時(shí)立即停船檢查橫向限位鋼纜是否發(fā)生斷裂。

（4）下耙施工時(shí)嚴(yán)禁轉(zhuǎn)急彎

整平船在下耙施工時(shí)，要保證走線筆直，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)急彎，下耙時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑不得小于60m。遇到地形限制的，需提耙后才可進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。

（5）嚴(yán)控搭接寬度和下耙深度

為保證整平效果，需嚴(yán)格控制搭接寬度和下耙深度，平行走線時(shí)搭接寬度宜為1/2耙寬，下耙耙深誤差要滿足不小于設(shè)計(jì)深度，不大于設(shè)計(jì)深度+20cm的要求。

5.應(yīng)用效果

5.1施工效率

由于當(dāng)?shù)丨h(huán)保規(guī)定，Delta區(qū)段要求零溢流施工，在此條件下使用大型耙吸船掃淺勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)上線難度高、入艙濃度低、入艙方量少、拋泥頻次多的現(xiàn)象，可以認(rèn)為基本每一船次都是空跑，與之相比，使用整平船聯(lián)合掃淺上線精度高，可24小時(shí)連續(xù)作業(yè)。以Delta1C區(qū)域?yàn)槔?.5天消除槽內(nèi)分散的淺點(diǎn)約4000方，效率高達(dá)1600m3/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)耙吸船掃淺效率。

5.2經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)測(cè)算，整平船在的Delta區(qū)域施工6天，成本總計(jì)27萬(wàn)人民幣，而同樣的下耙挖泥時(shí)間，新?；?輪要11天才能完成該區(qū)域的掃淺，需要成本約350萬(wàn)人民幣。以此計(jì)算，通過(guò)引入整平船聯(lián)合施工，在Delta區(qū)域就節(jié)約工期5天、成本323人民幣。該方法節(jié)約工期、節(jié)省成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.3質(zhì)量效益

通過(guò)嚴(yán)格控制下耙深度，合理進(jìn)行施工部署，使得工程區(qū)域內(nèi)淺點(diǎn)率、平整度大幅降低，產(chǎn)生了意想不到的效果，在短短幾日的施工時(shí)間內(nèi)，就使該工程完全滿足施工的質(zhì)量要求。

6.結(jié)語(yǔ)

使用耙吸船和耙平器整平船聯(lián)合施工技術(shù)可以有效地解決疏浚項(xiàng)目掃淺階段設(shè)備投入多，產(chǎn)出率低，時(shí)間長(zhǎng)、成本高的矛盾，有效地縮短掃淺時(shí)間，降低掃淺成本，保障項(xiàng)目穩(wěn)健通過(guò)驗(yàn)收，使企業(yè)獲得能夠從容應(yīng)對(duì)復(fù)雜的施工局面的技術(shù)能力，在技術(shù)層面上增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。拖輪拖帶耙平器施工無(wú)水動(dòng)力挖泥設(shè)備，對(duì)水下泥土的干擾極小，更有利于環(huán)境保護(hù)，此外，拖輪的油耗低，從節(jié)能減排的意義上來(lái)講，對(duì)企業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)的貢獻(xiàn)都是非常有用的。

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