淺灘疏浚水力沖挖清淤施工技術(shù)及應(yīng)用

(浙江省疏浚工程有限公司，浙江 湖州 313000)

1 工程概況

嘉興市北部湖蕩整治及河湖連通工程(秀洲片)PPP項(xiàng)目，位于嘉興市秀洲區(qū)北部的油車港鎮(zhèn)與王江涇鎮(zhèn)。該項(xiàng)目由防洪排澇提升工程、河湖調(diào)蓄能力改善工程、生態(tài)修復(fù)工程、水文化和景觀工程等組成。整治湖蕩36個(gè)(圩外17個(gè)，圩內(nèi)19)，建設(shè)堤防長(zhǎng)度20.4km，整治河道長(zhǎng)度103.7km，建設(shè)護(hù)岸長(zhǎng)度51.8km。疏浚淤泥工程量為1402萬m3，其中河道清淤量為91萬m3，湖蕩清淤量為1311萬m3。

2 水力沖挖施工方法簡(jiǎn)介

水力沖挖的施工，是模擬自然界水流沖刷原理，借水力作用進(jìn)行挖泥、輸泥，即水流經(jīng)高壓泵產(chǎn)生壓力，通過水槍噴出一股密實(shí)的高速水柱，切割、粉碎土體，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊的混合物，再由立式泥漿泵及其輸泥管吸送。利用排泥管道，通過大功率泥漿泵加壓實(shí)現(xiàn)泥漿的輸送[1]。

根據(jù)不同地理環(huán)境，通過采用水上浮管、水下潛管和陸地岸管相結(jié)合組合方式進(jìn)行輸泥管的鋪設(shè)。挖泥船尾連接300m長(zhǎng)的水上浮管，以滿足挖泥船施工移動(dòng)的需要，浮管后連接長(zhǎng)距離水下潛管，水下潛管與陸地的岸管相連，再由岸管延伸入排泥場(chǎng)，并在排泥管道間配一節(jié)波紋橡膠管進(jìn)行過渡，避免排泥管線因熱脹冷縮而拉裂，解決了長(zhǎng)距離復(fù)雜地形排泥管道的鋪設(shè)難題。同時(shí)，管道全線密封牢固連接，實(shí)現(xiàn)淤泥全封閉運(yùn)輸，有效避免管道漏泥、淤積等問題[2]，節(jié)能環(huán)保。

3 施工操作要點(diǎn)

3.1 河道測(cè)量放樣工作

3.1.1 施工控制網(wǎng)布設(shè)

根據(jù)監(jiān)理工程師提供的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)及基本資料和數(shù)據(jù)，在開工前與監(jiān)理工程師共同進(jìn)行認(rèn)真復(fù)測(cè)校核，并按國(guó)家測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)和該工程施工精度要求，測(cè)設(shè)用于工程施工的控制網(wǎng)，布設(shè)平面控制樁及高程控制點(diǎn)，在河岸邊基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)、不易破壞、便于保護(hù)的地方布設(shè)明顯標(biāo)志，并用醒目的油漆予以標(biāo)識(shí)。

3.1.2 河道疏浚前測(cè)量

河道疏浚前測(cè)量采用全站儀按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行斷面劃分，并采用斷面法進(jìn)行水下測(cè)量。測(cè)量精度應(yīng)符合《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》(SL 52—93)規(guī)定。水深測(cè)量與水位觀測(cè)配合進(jìn)行，每次施測(cè)始末各觀測(cè)水位一次。測(cè)量完成后及時(shí)繪制河道斷面圖，報(bào)監(jiān)理審核后作為施工計(jì)量的依據(jù)。

3.2 臨時(shí)圍堰

水力沖挖機(jī)組疏浚前先對(duì)河道進(jìn)行臨時(shí)圍堰施工，臨時(shí)圍堰按500m一段布置，圍堰采用雙排松木樁圍堰，松木樁由簡(jiǎn)易打樁船進(jìn)行打設(shè)，兩排木樁之間采用鋼筋橫拉，在竹片網(wǎng)放置后由袋裝土充實(shí)圍堰。

圍堰修筑后，抽排水后進(jìn)行水力沖挖機(jī)組施工，在此段水力沖挖機(jī)組施工完畢后進(jìn)行臨時(shí)圍堰拆除，并打設(shè)下一河段的臨時(shí)圍堰。

3.3 垃圾土方清理

在沖挖過程中，安排專人清除各類垃圾，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)對(duì)垃圾土方進(jìn)行清理，清理出來的垃圾土方裝自卸汽車運(yùn)輸至垃圾場(chǎng)處理，以避免垃圾堵塞泥泵吸入口。

3.4 管線鋪設(shè)

在集漿池內(nèi)的大功率泥漿泵至排泥場(chǎng)之間鋪設(shè)大口徑輸泥管線，利用開挖區(qū)和堆土區(qū)之間的水系，布設(shè)水下潛管至堆土區(qū)附近的岸邊，再由岸管延伸入堆土區(qū)內(nèi)。

3.4.1 水下管線鋪設(shè)方法

在集漿池內(nèi)的大功率泥漿泵至堆土區(qū)之間的河道內(nèi)，充分利用河道一側(cè)鋪設(shè)水下管線，并固定牢固。輸泥管道通過陸路運(yùn)輸至臨時(shí)碼頭，在臨時(shí)碼頭上拼接成200m一段，由拋錨艇將每段管道牽引至預(yù)定方位后，連接兩端端點(diǎn)站，進(jìn)行水上拼接。

3.4.2 岸管延伸鋪設(shè)入堆土區(qū)

在河岸距離堆土區(qū)之間的陸地上鋪設(shè)岸管，岸管盡量利用溝渠、路沿等設(shè)施布設(shè)。岸管采用法蘭加橡膠墊圈、螺栓連接，岸管鋪設(shè)時(shí)采用運(yùn)管車與人工挑抬配合的方式進(jìn)行施工，鋪設(shè)中盡量平坦順直，避免死彎。

3.5 泥漿泵水力沖挖

3.5.1 施工測(cè)量放樣

根據(jù)河道斷面控制樁，采用測(cè)量?jī)x器和測(cè)繩結(jié)合導(dǎo)標(biāo)放樣，在施工條幅的開挖起迄點(diǎn)、開挖中心線、開挖邊線、河底邊線布設(shè)清晰的樣桿標(biāo)志，放樣間距為10～20m。并在工程河道沿岸布設(shè)一組高程控制點(diǎn)，每前進(jìn)50m測(cè)量一次河底高程及邊坡情況，確保工程質(zhì)量。

3.5.2 水力沖挖

常規(guī)水力沖挖施工方案。一套6PNL-250型泥漿泵機(jī)組設(shè)一臺(tái)高壓水泵和兩把水槍，兩把高壓水槍同時(shí)沖削淤泥，沖削時(shí)水槍與平面應(yīng)保持一定的傾斜角度，形成泥漿，并匯流至低洼處，再由布設(shè)于低洼處的泥漿泵吸漿輸送至堆土場(chǎng)內(nèi)，施工時(shí)，水力沖挖機(jī)在段內(nèi)分區(qū)域平行施工，確保正常施工效率。在沖挖過程中，安排專人清除各類垃圾，并及時(shí)運(yùn)輸至垃圾場(chǎng)堆放，以避免垃圾堵塞泥泵吸入口[3]。

邊坡沖挖施工方案。施工時(shí)，根據(jù)邊坡上下端位置及高程拉線放出邊坡位置及形狀，高壓水槍將邊坡上的淤泥區(qū)域一次沖挖成型，每隔50m拉線布設(shè)邊坡形狀，施工中加強(qiáng)護(hù)岸沉降及位移觀測(cè)，保證河坡穩(wěn)定安全。

河底沖挖施工方案。施工時(shí)，以全站儀和水準(zhǔn)儀相結(jié)合放設(shè)出河底角位置及河底高程，高壓水槍將河底淤泥區(qū)域一次沖挖成型，每隔50m布設(shè)一個(gè)河底高程控制樁，以確保河床高程及滿足平整度要求。

3.6 大功率泥漿泵加壓

在河、湖附近設(shè)置一處集漿池，集漿池內(nèi)布置1臺(tái)大功率泥漿泵，水力沖挖機(jī)組將泥漿輸送入集漿池后，由大功率泥漿泵吸取集漿池內(nèi)的泥漿遠(yuǎn)距離輸送入堆土區(qū)內(nèi)。

3.7 全封閉管道輸送

3.7.1 管道鋪設(shè)流程

管道鋪設(shè)流程見圖1。

圖1 管道鋪設(shè)流程

3.7.2 水上浮管鋪設(shè)

挖泥船船上輸泥管尾部接上一段300m的水上浮管，水上輸泥浮管鋪設(shè)時(shí)，采用拋錨艇、交通艇和拖輪在施工區(qū)域的水上進(jìn)行接裝，水上輸泥浮管的鋪設(shè)安裝由單根長(zhǎng)6m、直徑400mm的鋼管通過鋼管接頭和1.5m長(zhǎng)橡膠軟管連接而成，每根鋼管上穿設(shè)兩套浮筒，保證水上輸泥浮管漂浮于水面上，橡膠管與鋼管的連接處通過鋼管接頭進(jìn)行緊密牢固，同時(shí)嚴(yán)格控制水上輸泥浮管擺幅，保證線路順暢，每隔30～50m，在水上輸泥浮管的兩側(cè)拋設(shè)浮管錨，將水上輸泥浮管進(jìn)行定位和固定，防止水流、風(fēng)力造成水上輸泥浮管線大幅度擺動(dòng)，影響施工生產(chǎn)和施工區(qū)域通航。在挖泥船與浮管連接處采用回轉(zhuǎn)彎管進(jìn)行連接，適應(yīng)由于船體的移動(dòng)在連接處產(chǎn)生的扭動(dòng)。水上輸泥浮管的管線布置呈流線型彎曲，并留有足夠的富裕長(zhǎng)度，隨挖泥船土方開挖施工進(jìn)程，接長(zhǎng)或拆卸水上輸泥浮管，以滿足不同的長(zhǎng)度需要。

3.7.3 水下潛管鋪設(shè)

水下潛管鋪設(shè)前，預(yù)先對(duì)鋪設(shè)線路進(jìn)行水深測(cè)量，掌握水下地形情況，保證潛管下沉后基本平坦。潛管鋪設(shè)時(shí)，預(yù)先在臨時(shí)碼頭連接管線，每隔3根排泥鋼管配一節(jié)橡膠管柔性連接，并將管線一端采用定制鋼板及橡膠墊圈封堵，連接成100m一段，采用工作船拖帶入水、牽引半潛行，管線基本至預(yù)定方位后，連接兩端端點(diǎn)站，端點(diǎn)站配備水泵和壓縮氣泵及相應(yīng)閘閥件，通過向潛管內(nèi)注水、呼吸閥排氣實(shí)現(xiàn)管線下潛，下潛后管道呈柔性緊貼河床[2]。

3.7.4 陸地岸管鋪設(shè)

岸管由汽車陸路運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，沿岸管路線按各段的管道需求量沿途堆放。之后采用雙膠輪車運(yùn)輸至各個(gè)施工點(diǎn)采用人工挑抬連接施工，一直延伸至淤泥干化場(chǎng)內(nèi)，鋪設(shè)中盡量平坦順直，避免死彎。岸管采用法蘭加橡膠墊圈、螺栓連接。

陸地輸泥管的架設(shè)由熟練管道工配小型吊機(jī)和手拉葫蘆安裝，陸地輸泥管轉(zhuǎn)彎段以彎管或軟管連接，應(yīng)按設(shè)計(jì)線路與鋪設(shè)方法鋪設(shè)，保持陸地輸泥管線平坦、順直、不拐死彎，陸地輸泥管的連接由單根長(zhǎng)6m、直徑400mm的鋼管通過鋼管接頭連接而成，陸地輸泥管線的鋼管接頭必須緊密牢固，整個(gè)鋼管管線和鋼管接頭不得漏泥、漏漿、漏水，發(fā)現(xiàn)泄漏，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)或更換，每隔400m設(shè)一個(gè)水陸接頭，并安裝相應(yīng)的接力泵，保證在陸地輸泥過程中有充足的動(dòng)力。

若輸泥管道主干線經(jīng)過明渠，則沿明渠邊坡架設(shè)，在邊坡不穩(wěn)定處敷設(shè)輸泥管架和混凝土墩支撐。施工時(shí)，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)。架設(shè)引坡時(shí)，根據(jù)道路寬度預(yù)先定制排泥管道兩側(cè)鋼梁結(jié)構(gòu)引坡，待排泥管道在道路上鋪設(shè)后，及時(shí)將定制的鋼架引坡安裝固定在排泥管道兩側(cè)，以保證道路正常通行。

3.7.5 排泥場(chǎng)施工

采用真空預(yù)壓進(jìn)行淤泥干化的湖蕩，在其沿線借用低洼農(nóng)田、漁塘等作為疏浚土方臨時(shí)排泥場(chǎng)。排泥場(chǎng)四周修建圍堰。圍堰施工前先進(jìn)行排水和清基工作，事先開挖排水缺口排出排泥場(chǎng)內(nèi)的積水，再用水泵抽排出積水，同時(shí)在場(chǎng)內(nèi)布設(shè)必要的排水溝網(wǎng)，在圍堰填筑期間實(shí)施日常性排水工作，保持干場(chǎng)作業(yè)。

排泥場(chǎng)圍堰采用土堤結(jié)構(gòu)，填筑時(shí)控制施工加荷速率，并設(shè)置足夠的沉降和位移觀測(cè)點(diǎn)，嚴(yán)密觀測(cè)，謹(jǐn)慎施工，以確保圍堰安全。

排泥場(chǎng)內(nèi)設(shè)置沉淀池和一、二級(jí)退水口，即在排泥場(chǎng)與沉淀池的圍堰位置，設(shè)置一級(jí)退水口，在沉淀池外圍圍堰適宜位置，設(shè)置二級(jí)退水口[4]。沉淀池圍堰采用土堤結(jié)構(gòu)，退水口兩側(cè)與圍堰結(jié)合部位采用袋裝土加固處理，以保證退水口使用安全，并在一級(jí)退水口位置設(shè)置余水處理房。

在排泥場(chǎng)內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布設(shè)相應(yīng)的隔埂、退水及截水、安全圍欄等排水、安全防護(hù)、環(huán)保及水保設(shè)施。

4 工藝流程

工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程

5 材料與設(shè)備

5.1 材料

使用的材料主要有內(nèi)徑400mm的優(yōu)質(zhì)鋼管、橡膠管、法蘭、橡膠墊圈、螺栓等。

5.2 設(shè)備

使用的機(jī)械設(shè)備主要有泥漿泵機(jī)組、高壓水泵、水槍，泥漿泵、自卸汽車，雙膠輪車、接力泵船、拋錨艇、專用清障船、自航泥駁、挖掘機(jī)、測(cè)量船、交通艇、油駁等。

6 質(zhì)量控制

專職質(zhì)檢員在施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)淤泥高程控制面和樣樁，對(duì)淤泥沖挖質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，隨時(shí)檢查沖挖質(zhì)量。

沖挖施工中，泥漿含泥量要逐漸增大，避免開泵初期產(chǎn)生高含泥量泥漿運(yùn)行的現(xiàn)象。施工中日常監(jiān)測(cè)各段管道壓力，一旦發(fā)生管道淤堵，應(yīng)盡快排除解決，避免產(chǎn)生爆管、脫管等不利情況。

在運(yùn)輸泥漿過程中若出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象，需用清水通管一段時(shí)間，在開機(jī)前再用清水通管后送泥漿，并逐漸增大泥漿含泥量，以防管道淤堵。為確保管道排泥安全，管道輸送流速控制在相對(duì)穩(wěn)定的流速，同時(shí)在管道各主要端口內(nèi)安裝管道壓力表和爆管預(yù)警裝置。

排泥管線在穿越苗木植被區(qū)域時(shí)，嚴(yán)禁系帶林木，并在法蘭處墊設(shè)木板保護(hù)。為避免出現(xiàn)管道泄漏，管道使用前對(duì)鋼管壁厚進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)管材質(zhì)量嚴(yán)格控制，管道法蘭間加設(shè)橡膠墊片，再采用對(duì)口螺栓連接，安裝中做好接頭的緊固密封工作。

7 結(jié) 論

水力沖挖，高壓水泵配合水槍沖挖，采用水上浮管鋪設(shè)、水下潛管鋪設(shè)、陸地岸管鋪設(shè)等多種管道鋪設(shè)相結(jié)合的管道布設(shè)形式，利用泥漿泵將泥漿統(tǒng)一吹填入集漿池，施工機(jī)具簡(jiǎn)單，施工效率高[5]，組合性和現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，可以連續(xù)作業(yè)，工期短，處理能力靈活，場(chǎng)地要求簡(jiǎn)單，適用于各種復(fù)雜施工環(huán)境，有效實(shí)現(xiàn)淤泥長(zhǎng)距離輸送。

在管道各主要端口內(nèi)安裝管道壓力表和爆管預(yù)警裝置，將管道輸送流速控制在相對(duì)穩(wěn)定的流速進(jìn)行施工生產(chǎn)，確保管道排泥安全。 挖泥船清出的淤泥，通過全封閉管道輸送至淤泥干化場(chǎng)，部分排距超出基本排距時(shí)中間串聯(lián)接力泵(水上采用接力泵船，陸上增設(shè)接力泵)接力輸送。挖泥船尾部接少量用于調(diào)節(jié)船位必需的浮管，浮管后大范圍采用水下潛管，管道全線密封牢固連接，實(shí)現(xiàn)淤泥的全封閉輸送，節(jié)能環(huán)保。

采用高抗壓強(qiáng)度鋼管作為排泥管，可有效防止泥漿在高流速的情況產(chǎn)生爆管，提高施工效率。正式清淤生產(chǎn)前，進(jìn)行管線壓力試驗(yàn)，確保管線全線密封無泄漏，在端點(diǎn)站內(nèi)設(shè)置管道壓力表，實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，有效防止管道淤堵、漏漿現(xiàn)象，避免了清淤過程的二次污染，節(jié)能環(huán)保，保護(hù)環(huán)境。