淺水海域絞吸挖泥船拋吹聯(lián)合施工技術(shù)

王杰，王雪輝

（中交上航（福建）交通建設(shè)工程有限公司，福建 廈門 361028）

0 引言

絞吸挖泥船作為航道疏浚和吹填造陸的重要的船舶設(shè)備之一，應(yīng)用非常廣泛。絞吸挖泥船聯(lián)合供砂船能夠?qū)⑼?、運(yùn)、吹一次性完成，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷施工，具有高效率、低成本的特點(diǎn)。在施工中，如何針對工程特點(diǎn)，進(jìn)行精細(xì)化施工管理，是實(shí)現(xiàn)絞吸船高效低成本施工的重要因素。

目前，與絞吸挖泥船施工技術(shù)相關(guān)的研究已經(jīng)取得了較多成果，主要分為以下幾個(gè)方面：

在絞吸工藝管理方面，方曉敏[1]針對廈門蓮河工程特點(diǎn)，確定了施工工藝流程。劉昊[2]等針對曹妃甸煤碼頭疏浚工程，通過分析工藝參數(shù)開展施工優(yōu)化。劉恩偉[3]通過優(yōu)化施工參數(shù)，加快了馬來西亞碧桂園疏浚工程施工進(jìn)度，節(jié)約了施工成本。

在特殊土質(zhì)疏浚方面，張亞楠[4]等、戴劍波[5]等針對連云港30萬噸級航道一期工程為例，分別開展了絞吸挖掘方式和輸送理論研究、黏土夾鈣混合土質(zhì)輸送技術(shù)。

在絞吸船與其他船舶聯(lián)合施工和遠(yuǎn)距離輸送方面，劉心勝[6]等采用絞吸挖泥船和接力泵船串聯(lián)施工技術(shù)，增加了輸送距離，提高了施工效率。

雖然當(dāng)前已開展了很多絞吸施工技術(shù)應(yīng)用的研究，但是對絞吸與其他船舶聯(lián)合施工方面的研究較少。由于國家對疏浚環(huán)保的要求，砂源情況的變化等原因，采用外海取、運(yùn)，近海拋、吹的聯(lián)合施工越來越多。在施工時(shí)，需要根據(jù)具體施工流程，合理安排絞吸船和拋砂船，在保證時(shí)間利用率的前提下，提高拋砂、吹填施工匹配，對施工技術(shù)與控制要求高。

本文針對古雷增填沙工程拋吹聯(lián)合、吹填強(qiáng)度高、以及在淺水海域原灘面直接拋砂等特點(diǎn)，通過供砂與疏浚參數(shù)的動(dòng)態(tài)控制、絞吸挖泥船和自卸砂船的網(wǎng)格化布置等施工技術(shù)創(chuàng)新，保證了拋砂、吹填施工效率與時(shí)間利用率，實(shí)現(xiàn)了工程效益最大化，可為今后類似工程提供一定的參考。

1 工程概況

福建漳州古雷煉化一體化項(xiàng)目百萬噸級乙烯及下游深加工裝置主廠區(qū)場地增填沙工程（簡稱為古雷增填沙工程）總面積508.08萬m2，填砂總工程量1 078.52萬m3。由于現(xiàn)場條件的限制、施工情況的變更以及業(yè)主對工期的要求，在工程的實(shí)施過程中，主要存在以下特點(diǎn)：

1）工程所需填砂主要由外海取砂，需要采用自卸砂船在拋砂區(qū)拋砂、絞吸船吹填上岸的拋吹聯(lián)合施工技術(shù)。

2）項(xiàng)目由原設(shè)計(jì)開挖儲砂坑后拋砂變更為在儲砂坑南側(cè)水海域原始灘面設(shè)置拋砂區(qū)，底高程-4.5～-7.5 m，平均水深約5.8 m，施工面臨淺水無儲沙坑拋吹施工的技術(shù)挑戰(zhàn)。

3）工期進(jìn)度緊，施工強(qiáng)度高。在4個(gè)月工期內(nèi)，需完成1 078.52萬m3的吹填，單月最高施工強(qiáng)度達(dá)350萬m3，對拋砂-吹填的銜接等方面提出了極高的要求。

2 拋吹聯(lián)合施工工藝設(shè)計(jì)

2.1 拋填砂土質(zhì)分析

根據(jù)GB/T 50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對古雷吹填砂的粒徑、表觀密度、貝殼含量、含泥量進(jìn)行檢測。拋填砂的表觀密度為2.65 g/cm3，貝殼含量約9.5%，含泥量約0.5%，d50為0.59 mm。根據(jù)JTJ/T 320—1996《疏浚巖土分類標(biāo)準(zhǔn)》，工程土質(zhì)為中粗砂。

2.2 施工船舶配置

根據(jù)土質(zhì)分析結(jié)果，開展3 500 m3/h絞吸船現(xiàn)場試挖測試及分析，結(jié)果見表1。

表1 絞吸挖泥船試挖測試Table 1 Test of cutter suction dredger

本工程吹填量約270萬m3/月，根據(jù)工期要求、供砂強(qiáng)度、疏浚土質(zhì)、施工效率等因素，確定在拋砂區(qū)布置新海豚2輪、新海鱷輪、新海鮫輪3艘3 500 m3/h絞吸船，并配置自卸砂船聯(lián)合施工。

2.3 絞吸挖泥船分區(qū)布置

根據(jù)絞吸船的挖寬、排距等施工參數(shù)，將拋砂區(qū)劃分為如圖1所示的3個(gè)施工區(qū)C1～C3，各區(qū)間設(shè)置2個(gè)緩沖區(qū)D1、D2。新海豚2輪布置在北側(cè)C1；新海鮫輪布置在C2，與C1間的緩沖區(qū)D1寬度100 m；新海鱷輪布置在C3，與C2間的緩沖區(qū)D2寬度200 m（新海鱷輪為三纜定位）。設(shè)置緩沖區(qū)使各絞吸船施工不相互影響，保證施工效率。

圖1 階段一拋砂區(qū)域示意圖Fig.1 Diagram of sand throwing area at stage 1

2.4 自卸砂船與絞吸挖泥船施工距離的確定

為保障施工安全，根據(jù)試拋后的水深測量結(jié)果，拋填砂主要堆積在拋點(diǎn)為圓心，半徑約50 m的圓形區(qū)域內(nèi)。因此將自卸砂船和絞吸船的施工距離設(shè)置為50 m。保證絞刀下放后從砂堆邊緣開挖，避免絞刀后方砂堆造成絞吸船擱淺。

2.5 聯(lián)合施工流程

根據(jù)拋砂區(qū)實(shí)際條件，絞吸挖泥船和自卸砂船聯(lián)合施工流程分為三階段：

1）階段一

如圖1所示，絞吸船進(jìn)點(diǎn)前，自卸砂船開始拋一定量的砂（5 d吹砂量）確保連續(xù)施工。拋寬120 m，當(dāng)砂堆底邊線到達(dá)儲砂坑西側(cè)邊線時(shí)，本階段拋砂完成，進(jìn)入下一階段拋砂施工。

2）階段二

由于D1緩沖區(qū)寬度僅100 m，且受新海豚2輪和新海鮫輪橫移錨影響，自卸砂船進(jìn)入拋砂無法保證施工安全，因此在新海豚2輪船尾、吹填管線北側(cè)設(shè)置臨時(shí)拋砂點(diǎn)（如圖2），拋砂約8萬m3。待新海豚2輪C1區(qū)域施工完成后，移船至臨時(shí)拋砂點(diǎn)施工，然后組織船舶進(jìn)行新海豚2輪南側(cè)緩沖區(qū)拋砂，臨時(shí)拋砂點(diǎn)施工完成后新海豚2輪移船至緩沖區(qū)拋砂點(diǎn)施工。

圖2 階段二拋砂區(qū)域示意圖Fig.2 Diagram of sand throwing area at stage 2

新海鮫輪和新海鱷輪第二階段拋砂點(diǎn)在其南側(cè)緩沖區(qū)約120 m寬度內(nèi)，待原C2、C3區(qū)施工完成后，移船至緩沖區(qū)拋砂點(diǎn)施工。

3）階段三

第三階段拋砂與第一階段拋砂區(qū)域一樣，絞吸船位于第二階段拋砂區(qū)域內(nèi)施工，自卸砂船拋砂和絞吸船施工相互配合，各拋砂區(qū)循環(huán)利用。

3 絞吸挖泥船施工

3.1 絞吸挖泥船布置

工程拋砂區(qū)水深較淺，且存在-2.5 m的淺點(diǎn)，絞吸船進(jìn)點(diǎn)施工存在擱淺風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響施工安全與效率。針對這一問題，施工前進(jìn)行詳細(xì)的水深測量，在淺點(diǎn)位置設(shè)置浮標(biāo)，并將水深圖下發(fā)至絞吸船，進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，確保施工安全。

根據(jù)施工富余水深要求，將絞吸船安排在水深-5.0 m位置，保證安全的同時(shí)使絞吸船初始施工位置盡量靠近東側(cè)，絞吸船自東向西施工，實(shí)現(xiàn)自卸砂船拋砂范圍最大化。

3.2 絞吸船施工流程

1）儲砂坑水深較淺，底部為淤泥質(zhì)原灘面，在拋砂過程中，淤泥受到擠壓隆起，在砂堆周圍形成淤泥包，增加自卸砂船進(jìn)出難度和船舶擱淺風(fēng)險(xiǎn)。

針對該現(xiàn)象，高頻率定期測量水深（如圖3），并將淺點(diǎn)標(biāo)記后反饋給絞吸船及現(xiàn)場調(diào)度人員，安排絞吸船通過增加挖寬，改變開挖方向等措施掃除淺點(diǎn)，為后續(xù)拋砂掃清障礙。

圖3 拋砂區(qū)水深及船位布置圖Fig.3 Water depth and ship location layout of sand throwing area

由于拋砂擠壓，儲砂坑淤泥面降低，絞吸船掃除淺點(diǎn)后儲砂坑水深增加，后續(xù)拋砂時(shí)間利用率和砂量顯著提高，由日均拋砂8 h增加到24 h，有效保證了絞吸船施工。

2）拋砂形成的臨時(shí)儲砂堆高度較高，絞吸船施工時(shí)砂堆容易坍塌，造成絞吸船燜車甚至擱淺，并造成吹砂濃度忽高忽低，影響施工效率。

在控制自卸砂船拋砂姿態(tài)的同時(shí)，定期測量砂堆，絞吸船根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分層及前移速度的控制，避免燜車等現(xiàn)象，提高施工效率。

4 自卸砂船施工

4.1 自卸砂船船型參數(shù)與供砂強(qiáng)度

由于水深較淺，且拋砂區(qū)南側(cè)淺點(diǎn)較多，自卸砂船需要乘潮施工。施工中根據(jù)水深情況、拋砂位置動(dòng)態(tài)組織不同吃水深度的自卸砂船進(jìn)場：

1）施工初期3 500～5 000 m3自卸砂船5艘，7 000～8 000 m37艘，10 000 m31艘，日均拋砂時(shí)間約7 h，日均拋砂量約9萬m3；

2）施工后期調(diào)整為2 000～3 000 m3自卸砂船7 艘，3 500～5 000 m3船 3 艘，7 000～8 000 m3船7艘，10 000 m3船1艘，日均拋砂時(shí)間增加至約8 h，日均拋砂量增加至約14萬m3。

施工中根據(jù)水深變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整自卸砂船船型，充分利用潮水及施工區(qū)域水深，合理組織不同吃水船舶運(yùn)砂，以大船主拋、小船補(bǔ)拋；淺水小船拋、深水大船拋；低潮小船拋、高潮大船拋為原則，施工效率與拋砂量顯著提高。

4.2 聯(lián)合施工中的連續(xù)性施工管理

1）設(shè)置儲備砂

自卸砂船受水域環(huán)境影響較大，不能保證連續(xù)供砂。為保證施工連續(xù)性，合理安排取砂及拋砂，根據(jù)天氣情況增加自卸砂船數(shù)量，增加儲砂富余量，保證絞吸船不會(huì)因?yàn)闊o砂可用而停工。

2）拋砂管理

加強(qiáng)現(xiàn)場自卸砂船管控，嚴(yán)禁漏拋、亂拋造成施工區(qū)淺點(diǎn)，進(jìn)而影響后續(xù)自卸砂船進(jìn)出拋砂。

3）充分利用緩沖區(qū)

緩沖區(qū)既作為絞吸船橫移錨拋錨區(qū)域，又作為絞吸船施工安全緩沖區(qū)，更是下一階段拋砂作業(yè)面，實(shí)現(xiàn)儲砂坑循環(huán)利用，保證施工的連續(xù)性。

4.3 自卸砂船網(wǎng)格化拋砂技術(shù)

為提高在狹窄拋砂水域的施工效率和安全，創(chuàng)新的提出了網(wǎng)格化拋砂施工技術(shù)。如圖4所示，將施工區(qū)域劃分為100 m×120 m的方格網(wǎng)，拋砂時(shí)依次拋滿方格，既能更好的指揮自卸砂船拋砂，又能保證砂堆形狀規(guī)則，提高絞吸船施工效率。

圖4 拋砂區(qū)網(wǎng)格化管理分區(qū)圖Fig.4 Grid management partition map of sand throwing area

調(diào)度中心前移現(xiàn)場指揮自卸砂船進(jìn)點(diǎn)，進(jìn)點(diǎn)后將指揮權(quán)交給相應(yīng)的絞吸船，絞吸船指揮自卸砂船調(diào)整船位，控制拋砂位置及高度，調(diào)度中心與絞吸船配合完成對自卸砂船的指揮工作。

施工中定期進(jìn)行砂堆及水深的測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整拋砂位置及高度；同時(shí)將測量數(shù)據(jù)反饋給絞吸船及自卸砂船。

4.4 自卸砂船安全管理

由于拋砂區(qū)水域狹窄，并存在淺點(diǎn)，因此對聯(lián)合施工的安全管理提出了非常高的要求，針對這些情況，制定了以下安全管理措施：

1）設(shè)置準(zhǔn)入制

施工前對自卸砂船進(jìn)行詳細(xì)的檢查，對船員進(jìn)行交底教育考核，船況良好、服從指揮、操控技術(shù)過硬、考核通過的船舶準(zhǔn)許進(jìn)場施工。同時(shí)在施工過程中邀請海事局專家對船員進(jìn)行培訓(xùn)，提高船員職業(yè)技能，施工中對船舶進(jìn)行不定期檢查及日常觀察復(fù)核，對不服從命令、不聽從指揮的船舶堅(jiān)決予以清退。充分保證船舶隊(duì)伍的可靠性，將安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

2）設(shè)置雙中心管理機(jī)制

分別設(shè)置岸上和水上調(diào)度中心，雙調(diào)度中心分工合作。岸上調(diào)度中心負(fù)責(zé)項(xiàng)目部與船舶的聯(lián)系、船舶動(dòng)態(tài)記錄等日常事宜；水上調(diào)度中心負(fù)責(zé)現(xiàn)場施工，與自卸砂船和絞吸船保持24 h高頻暢通，實(shí)時(shí)實(shí)地關(guān)注現(xiàn)場施工動(dòng)態(tài)，根據(jù)潮位、自卸砂船吃水深度和各絞吸船儲砂情況安排自卸砂船進(jìn)點(diǎn)，保證施工安全的前提下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)拋砂。

3）實(shí)行航行報(bào)告制度

自卸砂船航行到六號燈?。ㄟM(jìn)出2次）、進(jìn)點(diǎn)拋砂、拋砂結(jié)束共4次報(bào)告；航行過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶動(dòng)態(tài)，對未報(bào)告及未開啟AIS的船舶按制度進(jìn)行處罰。通過手機(jī)聯(lián)系群實(shí)時(shí)傳達(dá)重要?dú)庀笮畔?、安全注意事?xiàng)、重大交通情況等，信息化管理，保障船舶施工安全。

4）根據(jù)水域氣象條件動(dòng)態(tài)控制施工進(jìn)度

現(xiàn)場調(diào)度及絞吸船密切關(guān)注現(xiàn)場天氣及拋砂過程中自卸砂船姿態(tài)，保證自卸砂船和絞吸船間的安全距離，遇到突發(fā)情況及時(shí)聯(lián)系自卸砂船進(jìn)行調(diào)整甚至停止拋砂退出儲砂坑。

5 結(jié)論與建議

本文針對福建古雷增填沙工程拋吹聯(lián)合、施工強(qiáng)度高、淺水海域原灘面直接拋吹施工等特點(diǎn)，在施工中，通過供砂與疏浚參數(shù)的動(dòng)態(tài)控制、絞吸挖泥船和自卸砂船的網(wǎng)格化管理等創(chuàng)新施工技術(shù)，保障了工程的順利實(shí)施，得到了如下結(jié)論：

1）通過合理布置絞吸船船位，合理安排不同吃水深度的自卸砂船拋砂，制定相應(yīng)的管控措施；

2）根據(jù)工期要求、砂質(zhì)條件、拋砂區(qū)水深情況，及試挖情況確定絞吸船和自卸砂船的數(shù)量，合理布置各施工船舶，提出三階段的施工流程；

3）施工中對拋砂區(qū)水深和儲砂高度動(dòng)態(tài)測量，減小了淺點(diǎn)和塌方對施工安全和效率的影響；

4）在拋砂施工中，合理配置自卸砂船，在控制堆砂高度的基礎(chǔ)上合理倍砂，保證充足的供砂量和施工效率；創(chuàng)新的提出了網(wǎng)格化拋砂施工技術(shù)，將絞吸船施工區(qū)域劃分為100 m×120 m的格網(wǎng)并編號，拋砂時(shí)依次拋滿各方格，提高了在狹窄拋砂水域的施工效率和安全；

5）施工中依然存在自卸砂船管理不規(guī)范、缺少定位設(shè)備、砂方測量精度不高等問題，建議在今后的施工中加強(qiáng)教育考核機(jī)制，采用三維激光測量等新技術(shù)復(fù)核倉容量，并安裝設(shè)備定期更新砂船水深數(shù)據(jù)，保證航行安全和拋砂精準(zhǔn)度。