太湖應(yīng)急清淤環(huán)保施工方案淺析

(浙江省疏浚工程有限公司，浙江 湖州 313000)

太湖是我國第三大淡水湖，流域面積3.69km2，太湖流域中80%為平原，是典型的平原河網(wǎng)地區(qū)，流域內(nèi)河流水系以太湖為中心，河道總長約12萬km。根據(jù)2017年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，太湖流域以約占全國0.38%的土地面積、占全國4.4%的人口，創(chuàng)造了全國GDP的9.8%，是我國經(jīng)濟最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一[1]。

1 工程概況

太湖西岸應(yīng)急清淤工程是為消除局部水域的水質(zhì)異?，F(xiàn)象，防止大面積湖泛發(fā)生，在閭江口、月亮灣、楊灣藻水分離站近岸水域?qū)嵤┑膽?yīng)急清淤工程，共分為2個標(biāo)段，清淤方量69.65萬m3，爬高約4.5m，綜合運距34.835km，堆泥場主要是填筑圍堰工程及修建防護(hù)圍欄。

2 工程施工難點分析及解決措施

工程是以改善水環(huán)境為目的的環(huán)保清淤工程，施工時優(yōu)先選擇對水環(huán)境影響小的環(huán)保清淤工藝，開挖土方通過全封閉管道輸送至堆場，以防止二次污染。項目施工質(zhì)量和環(huán)保要求高，不但需要從定位精度、設(shè)備改進(jìn)、施工工藝上采取技術(shù)措施和管理措施，使工程達(dá)到環(huán)保工程的要求，而且應(yīng)對此所產(chǎn)生的費用作出充分的估計。因此采取分區(qū)網(wǎng)絡(luò)開挖法施工，結(jié)合DGPS、測深儀等儀器設(shè)備，實施開挖自動化監(jiān)控，以保證開挖精度。清淤湖區(qū)內(nèi)的淤泥質(zhì)量輕、含水量高，特別是表層淤泥極易流動和碰觸擴散，因此采用專用的環(huán)保型絞吸式挖泥船進(jìn)行施工，確保湖區(qū)水質(zhì)不受施工影響。

3 工藝原理

挖泥船分區(qū)、分條開挖。開挖前先進(jìn)行分區(qū)布置，將開挖區(qū)分為S1區(qū)域和S2區(qū)域，S1區(qū)域淤泥中含大量雜物，采用鏟斗式挖泥船進(jìn)行開挖，開挖淤泥由駁船運至岸邊，通過裝車封閉外運處理。

S2區(qū)域采用環(huán)保絞吸式挖泥船進(jìn)行開挖。首先在S2區(qū)至排泥場線路內(nèi)，組建1條由挖泥船、排泥管道全封閉串聯(lián)的清淤生產(chǎn)線。通過挖泥船定位樁實現(xiàn)船體的中心定位，通過液壓軸臂的伸縮來實現(xiàn)定位樁臺車在船尾滑道內(nèi)的位移，船體通過反作用力短線推進(jìn)，并依靠挖泥船前端左右絞車收放錨纜，使絞刀頭隨著船身左右扇形移動，實現(xiàn)扇形橫挖法作業(yè)。

環(huán)保絞吸式挖泥船采用自動化監(jiān)控系統(tǒng)，GPS全球定位儀實時監(jiān)控船位；深度監(jiān)控儀表動態(tài)控制挖深及調(diào)節(jié)絞刀下放深度；回聲測深儀通過回聲測深信息反饋數(shù)據(jù)與深度監(jiān)控儀表配合操作，調(diào)整絞刀的開挖深度，實現(xiàn)了挖深±5cm級精度監(jiān)控。挖泥船密封開挖、薄層開挖和開挖系統(tǒng)實施速度限制實現(xiàn)低擾動清淤施工，專用環(huán)保絞刀配備導(dǎo)泥擋板、絞刀密封罩、絞刀水平調(diào)節(jié)器，控制有效開挖厚度在20～50cm之間，并使絞刀保持水平狀態(tài)[2]，清淤時將絞刀外罩底邊平貼著湖底，控制絞刀擾動范圍始終在密封罩內(nèi)，確保開挖的淤泥吸入泥泵，避免出現(xiàn)逃淤的情況，保證開挖斷面質(zhì)量。

挖泥船機艙內(nèi)設(shè)置消音設(shè)施，并采用吸音板等吸聲材料進(jìn)行隔音，有效控制了施工噪聲。排泥管道采用浮管、潛管和岸管組配，每隔一段距離配一節(jié)波紋橡膠管，防止管道因熱脹冷縮而拉裂，防止泥漿在高流速的情況產(chǎn)生爆管現(xiàn)象，開挖淤泥經(jīng)排泥管道運輸至堆場。

通過控制可操作流速生產(chǎn)相對高濃度泥漿，降低吹填中的含水量，以減小余水排放量。在堆場一級退水口處設(shè)置余水處理裝置，通過自動控制系統(tǒng)在超標(biāo)的余水中投放絮凝劑，使余水中的細(xì)顆粒迅速凝結(jié)成較大顆粒，加快泥質(zhì)沉淀的速度。經(jīng)余水處理裝置處理后的余水進(jìn)入沉淀池沉淀，經(jīng)檢測達(dá)標(biāo)的余水通過二級退水口排放。

4 施工工藝流程及操作要點

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

4.1 輸泥管線鋪設(shè)

4.1.1 輸泥管鋪設(shè)線路

挖泥船至堆場之間鋪設(shè)一條全封閉輸泥管線，在挖泥船后接300m左右的浮管，然后接潛管至岸邊，再接岸管至堆場內(nèi)(見圖2)。

圖2 輸泥管布置立面示意圖

4.1.2 輸泥管的組裝

挖泥船的輸泥管線直徑為414mm，采用浮管、潛管和岸管組配，挖泥船尾部連接300m長度的水上浮管，再在浮管后連接長距離的水下潛管，潛管再與湖岸邊岸管相連，將岸管直接延伸入堆場內(nèi)。

挖泥船輸泥管線組成：挖泥船、浮管、端點站、長距離潛管(中途串聯(lián)接力泵船)、端點站、岸管、堆場。

4.1.3 輸泥管的鋪設(shè)

4.1.3.1 水上浮管鋪設(shè)方法

浮管前連接挖泥船，后連接潛管。由于敷設(shè)線路流線形彎曲，浮管之間用柔性橡膠管連接，跟隨挖泥船移動(見圖3)。浮管管段間采用法蘭牢固連接，每隔100m進(jìn)行雙向拋小錨定位，防止因水流、風(fēng)速造成的管線大幅度擺動影響施工。

圖3 浮管聯(lián)接示意圖

4.1.3.2 水下潛管鋪設(shè)方法

在清淤區(qū)至排泥場的湖區(qū)或水道內(nèi)，利用開闊水域鋪設(shè)長距離水下潛管；每隔3根輸泥鋼管配一節(jié)柔性橡膠管連接；當(dāng)潛管鋪設(shè)影響航運時，先在湖底開挖溝槽，將潛管沉入溝槽內(nèi)降低管面高程(見圖4、圖5)。

圖4 潛管各單元結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 沉放后潛管示意圖

4.1.3.3 岸管鋪設(shè)方法

在湖岸至排泥場的陸地上鋪設(shè)岸管。岸管采用人工挑抬鋪設(shè)，并利用法蘭加橡膠墊圈、螺栓連接。排泥管線遇到穿越道路時盡量從現(xiàn)有涵洞通過，如實在無法通過則采用破土深埋管道或架設(shè)引坡的辦法穿越道路(見圖6)。施工時，先破土開挖一條深槽，槽底泥土進(jìn)行平整后，將鋼管埋入深槽，再由渣土進(jìn)行回填覆蓋，表層再澆筑一層細(xì)混凝土進(jìn)行埋管保護(hù)。

圖6 架設(shè)引坡施工示意圖

4.2 環(huán)保清淤

4.2.1 鏟斗式挖泥船清淤

4.2.1.1 分區(qū)分條施工

鏟斗式挖泥船施工區(qū)域為S1區(qū)域，S1區(qū)域劃分為1個區(qū)塊，采用GPS定位儀放樣，采取分區(qū)施工。疏浚施工時相對臨時碼頭由近及遠(yuǎn)施工，區(qū)塊內(nèi)根據(jù)鏟斗式挖泥船的適宜挖寬和工藝特點，施工中采用縱向分條開挖，分條寬度為10m左右，條間搭接2m以上。

4.2.1.2 單層開挖

S1區(qū)域開挖土層較薄，厚度約為0.5m，施工中采用鏟斗式挖泥船單層開挖法施工。鏟斗式挖泥船施工時，根據(jù)開挖厚度，嚴(yán)格控制設(shè)備下斗深度，以減少超挖量。

4.2.1.3 土方轉(zhuǎn)運施工

土方轉(zhuǎn)運采用挖掘機進(jìn)行施工，土方轉(zhuǎn)運時，長臂挖掘機停在臨時碼頭上，抓取?？吭谂R時碼頭邊的泥駁內(nèi)的土方，回旋后，將土方裝入自卸汽車內(nèi)，再由自卸汽車外運至指定地點進(jìn)行處理。對臨時碼頭轉(zhuǎn)運區(qū)域，每天用水沖洗，以確保其清潔。

4.2.2 環(huán)保絞吸式挖泥船清淤

4.2.2.1 分區(qū)施工

環(huán)保絞吸式挖泥船施工區(qū)域為S2區(qū)域，S2施工區(qū)域根據(jù)設(shè)計圖紙劃分為20個清淤區(qū)塊，每個區(qū)塊內(nèi)再按100m×100m劃分清淤單元，并設(shè)定開挖順序。

4.2.2.2 分條開挖

挖泥船配備定位系統(tǒng)，在湖區(qū)內(nèi)清淤作業(yè)時，通過挖泥船定位樁實現(xiàn)船體的中心定位，通過液壓軸臂的伸縮來實現(xiàn)定位樁臺車在船尾滑道內(nèi)的位移，船體通過反作用力短線推進(jìn)，并依靠挖泥船前端左右絞車收放錨纜，使絞刀頭隨著船身左右扇形移動，實現(xiàn)扇形橫挖法作業(yè)[3]。

4.2.2.3 低擾動環(huán)保清淤施工

利用環(huán)保絞吸式挖泥船優(yōu)越的環(huán)保機械性能和自動化程度，采用低擾動清淤法施工。

a.密封開挖。采用裝配絞刀水平調(diào)節(jié)器、絞刀密封罩、導(dǎo)泥擋板等裝置的專用環(huán)保絞刀進(jìn)行開挖，絞刀水平調(diào)節(jié)器可使絞刀保持水平狀態(tài)，絞刀密封罩可將絞刀擾動范圍控制在密封罩內(nèi)，確保絞刀開挖淤泥充分吸入泥泵。

b.薄層開挖。根據(jù)工程淤泥層厚度情況，分1～2層開挖，保證湖底淤泥被充分吸取，提高開挖精度。

c.開挖速度控制。絞刀開挖角度調(diào)節(jié)：環(huán)保絞刀頭具有水平調(diào)節(jié)裝置，可在一定角度范圍內(nèi)、不同高程變化條件下的開挖調(diào)節(jié)，在緩坡地段清淤施工時，依靠絞刀調(diào)節(jié)裝置，使絞刀底邊始終緊貼湖底，密封吸挖淤泥，保證淤泥充分有效清除[4]。

絞刀開挖速度控制：根據(jù)經(jīng)驗參數(shù)，首先將絞刀轉(zhuǎn)速設(shè)定在一定區(qū)間內(nèi)，并實時監(jiān)控絞刀壓力，保證開挖斷面質(zhì)量。

d.邊坡開挖。邊坡部位土方采用環(huán)保絞刀順坡開挖法施工，通過控制絞刀開挖深度和羅徑方位角的對應(yīng)操作變化，將邊坡淤泥清除干凈，確保邊坡清淤質(zhì)量。

e.自動化監(jiān)控施工。使用船用GPS全球定位儀進(jìn)行開挖精準(zhǔn)定位，并通過回聲測深儀逐點掃描開挖高程，實時反饋和調(diào)整，實現(xiàn)自動化挖深監(jiān)控施工。

4.3 余水處理

余水處理工藝流程見圖7。

圖7 余水處理工藝流程

4.3.1 余水處理施工方法

a.出泥口設(shè)置在距離堆場退水口的最遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)離退水口吹填施工，按堆場地形適當(dāng)增加格埂，以促使吹填泥漿在格埂的作用下以最長的流徑進(jìn)行物理沉淀，以有效降低余水濃度。

b.設(shè)置退水口裝置，確保退水強度滿足吹填強度要求，若發(fā)現(xiàn)退水濃度偏高，及時抬高退水高程，通過增大富裕沉淀水深，控制余水排放濃度。

c.在堆場一級退水口外設(shè)置沉淀池，余水中的細(xì)顆粒泥沙經(jīng)過沉淀池沉淀后再外排，將有效減少余水排放濃度。

d.清淤施工時，通過控制可操作流速生產(chǎn)相對高濃度泥漿，降低吹填中的含水量，以減小余水排放量。

4.3.2 余水處理裝置

在堆場一級退水口處設(shè)置余水處理裝置，通過自動控制系統(tǒng)在超標(biāo)的余水中投放絮凝劑，使余水中的細(xì)顆粒迅速凝結(jié)成較大顆粒，加快泥質(zhì)沉淀的速度。

a.余水處理裝置由溶藥儲蓄罐、藥劑泵、計量泵和自動程控系統(tǒng)等組成，需預(yù)先在堆場一級退水口旁的圍堰上布置安裝，搭建防雨頂蓬、工作房等。

b.采用符合國家飲用水處理標(biāo)準(zhǔn)的專用絮凝劑，確保不影響水質(zhì)。

c.余水處理時，在溶藥儲蓄罐內(nèi)添加規(guī)定量的絮凝劑，通過溶藥儲蓄罐內(nèi)的攪拌裝置拌和成絮凝劑溶液，通過配水管均勻噴淋入退水口內(nèi)與余水混合。

d.投藥系統(tǒng)根據(jù)在線觀測自動控制投加量或根據(jù)經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)控制投加量，在正常的工程運行中，絮凝劑投藥量保持在20mg/L的水平。

e.經(jīng)余水處理裝置處理后的余水進(jìn)入沉淀池沉淀，經(jīng)檢測達(dá)標(biāo)的余水通過二級退水口排出。

5 結(jié) 語

本文以太湖西岸應(yīng)急清淤工程為例，介紹了一種有效避免二次污染的環(huán)保應(yīng)急清淤施工方法，可提高清淤施工效率，效益顯著，對同類工程具有借鑒價值。