淺談萬方耙吸挖泥船超淺水施工工藝

黎漢庭 簡多榮 中交廣州航道局有限公司

耙吸式挖泥船集自航、自挖、自載及自卸等功能于一體，隨著科技發(fā)展，船舶逐漸走向大型化、自動(dòng)化，大型耙吸式挖泥船的吃水自然也大很多。蒙巴薩港（Mombasa Port），是肯尼亞最大的港口，也是東非最大的港口。新建KOT石油碼頭建成后將作為肯尼亞石油供應(yīng)主動(dòng)脈，大大緩解肯尼亞石油困境，使原港口的石油處理能力大大提高，對拉動(dòng)肯尼亞發(fā)展具有很強(qiáng)的戰(zhàn)略意義。

2019年2月中交廣州航道局有限公司浚海6輪參建了肯尼亞蒙巴薩港新建KOT項(xiàng)目港池疏浚工程，此項(xiàng)目疏浚區(qū)域的浚前水深較淺，水深小于6.5米的區(qū)域占疏?？偯娣e的82%，而浚海6的空船最大吃水是6.5米，就是正常情況下這種區(qū)域并不適合大型耙吸船浚海6施工，而應(yīng)采用吃水滿足施工條件的絞吸式挖泥船、抓斗船或小型耙吸船等進(jìn)行施工，但使用這些船舶施工將面臨受限于疏浚料處理方式，施工效率低、施工成本較高等缺點(diǎn)，無法實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目整體效益。公司經(jīng)過綜合考慮，決定讓浚海6先行進(jìn)場施工，摸索施工工藝，如果無法單獨(dú)完成施工任務(wù)再安排其他船舶進(jìn)場。

圖1 肯尼亞蒙巴薩港KOT油碼頭工程平面布置圖

1.浚海6的基本參數(shù)

總長：131.3M；型寬：25.4M ；艙容：10288m3；

主機(jī)功率：5780K W×2；設(shè)計(jì)挖泥吃水：8.45M；設(shè)計(jì)挖深：28/39/45m；

設(shè)計(jì)吹距：吹岸管徑為800mm時(shí)，吹距為3000m；

高壓沖水壓力：可達(dá) 17bar；

適應(yīng)土質(zhì)：淤泥、粘地、細(xì)粉沙、中細(xì)砂、粗砂。

圖2 港池疏浚區(qū)域浚前水深圖

2.工程概況

蒙巴薩港（Mombasa）位于肯尼亞東南沿海的蒙巴薩島上，瀕臨印度洋的西側(cè)，是肯尼亞的最大港口，也是東非的最大港口之一。蒙巴薩港現(xiàn)有KOT碼頭的東南側(cè)為擬建的新建KOT項(xiàng)目，新建KOT碼頭為個(gè)離岸式碼頭，長約778m，寬約43m；包含四個(gè)油輪泊位，其中兩個(gè)11萬噸油輪泊位、兩個(gè)8萬噸油輪泊位；輸油管道穿過海底與現(xiàn)有岸上管道相連，海底管線長約1100m，平面布置圖見圖1-2。

其中，港池疏浚區(qū)域呈梯形，疏浚面積（含邊坡）約175萬m2，水深為-1.5m至-21.7m不等，但原始水深主要集中在2m-6.5m，其中水深小于4m的區(qū)域占比疏浚總面積的48%，水深在4m-6.5m之間的區(qū)域占疏?？偯娣e的34%，大于6.5m的區(qū)域僅占疏?？偯娣e的18%。港池疏浚設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-15.10m，設(shè)計(jì)邊坡坡度為1:10，總設(shè)計(jì)疏浚工程量約1,473萬m3，由耙吸船負(fù)責(zé)施工部分的工程量（總工程量的90%以上）約1,326萬m3。疏浚土質(zhì)以淤泥及淤泥質(zhì)粘土為主，疏浚土全部外拋至業(yè)主指定的拋泥區(qū)。本工程的港池疏浚具有原始水深淺、工期短、施工強(qiáng)度高、施工干擾大等特點(diǎn)。

3.土質(zhì)資料

勘鉆孔土質(zhì)情況，如表1。

4.施工前的準(zhǔn)備

4.1 校準(zhǔn)施工的關(guān)鍵設(shè)備

安裝最新的施工文件，校對潮位儀數(shù)據(jù)。校核差分GPS數(shù)據(jù)、施工參數(shù)；校正耙具深度顯示，核對補(bǔ)償船舶吃水，讓駕駛員、挖泥長、值班人員盡快熟悉施工區(qū)域和通航環(huán)境，全體船員應(yīng)熟悉當(dāng)前施工環(huán)境下的安全注意事項(xiàng)。

表1

4.2 組織學(xué)習(xí)施工環(huán)境特點(diǎn)和危險(xiǎn)源辨析

組織駕駛員、挖泥長和值班人員對施工方案及安全技術(shù)交底資料進(jìn)行學(xué)習(xí)、討論。包括施工區(qū)整體情況，航道及通航環(huán)境，港章要求，拋泥區(qū)水深等重要內(nèi)容，根據(jù)本船的操縱性能、駕駛員整體水平等特點(diǎn)，進(jìn)行整個(gè)施工過程和航行過程所有風(fēng)險(xiǎn)源和危險(xiǎn)點(diǎn)的進(jìn)行辨析與分解，有針對性的制定相應(yīng)安全措施，保障施工安全。

4.3 進(jìn)行典型施工，探索最佳施工方案

船舶進(jìn)場施工后，為適應(yīng)施工區(qū)環(huán)境，熟悉航道通航情況，并且尋找最佳施工方法。針對這種淤泥的淺水作業(yè)，設(shè)定合理的波浪補(bǔ)償器壓力，裝艙時(shí)間，溢流門高度的控制，高壓沖水的運(yùn)用對比，首尾吃水差的調(diào)整度等施工參數(shù)，通過典型施工，根據(jù)裝艙曲線再結(jié)合整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期時(shí)間，找到階段性的最高效施工工藝。但土質(zhì)會(huì)隨著疏浚深度不同而變化的，所以施工過程需要密切關(guān)注各參數(shù)的變化，對施工方法及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化施工方案，只有這樣才能提高營運(yùn)效率，為公司做出更大的貢獻(xiàn)。

5.本項(xiàng)目浚海6采取以下幾種施工工藝

（1）排外不裝艙拓進(jìn)最淺區(qū)域。對于原始水深在2米-4米這個(gè)范圍的區(qū)域，浚海6采取抽艙的辦法減少空船舶吃水，在船存油量是總存油量的一半的時(shí)候浚海6在抽艙的情況下，船尾最大吃水為5.8米，在潮位達(dá)到3.5米以上的漲潮時(shí)段，浚海6就可以進(jìn)行這個(gè)淺水區(qū)域進(jìn)行拓展工作面施工，這個(gè)時(shí)段有3個(gè)小時(shí)左右，退潮后潮水到3.5米時(shí)退出到不受水深限制區(qū)域施工，滿艙后外出拋泥。此辦法優(yōu)點(diǎn)是船舶的吃水減少，但船舶吃水的減少會(huì)使泥泵泵效降低，在疏浚土相對松散的區(qū)域，該辦法是可以實(shí)現(xiàn)淺水施工的。使用該方法每月可利用的淺水拓工作面的施工時(shí)間約2天，可完成淺水區(qū)域工作面拓寬約100m，滿足船舶在潮水2.5米以上的連續(xù)施工要求，也就是第二階段區(qū)域的第二種施工工序進(jìn)行。但需要注意的是這種施工辦法先決條件是：疏浚土質(zhì)為單一性的軟性粘土或淤泥，淺水區(qū)域不含有堅(jiān)硬的夾層（珊瑚礁、未完全風(fēng)化的泥巖等），確保船體安全，同時(shí)海底垃圾（如漁網(wǎng)、鋼絲繩等）要少，不然極可能會(huì)損壞螺旋槳和尾軸的密性。

（2）打開前泥門裝艙施工。船舶尾吃水大于艏吃水的情況下，小幅度（約10%）打開最前組泥門，選擇后進(jìn)艙單元裝艙施工，減緩船舶吃水的增加速度，疏浚土進(jìn)入尾部泥艙后，液態(tài)的淤泥將從最前組泥門排出，塑態(tài)和固態(tài)的疏浚土沉淀在泥艙中。該方法主要適用于疏浚區(qū)域加潮水還不能滿足正常施工船舶吃水要求，同時(shí)需要繼續(xù)推進(jìn)施工面積的情況下采用的。改方法對拓展施工工作面很有用，對施工效率影響不大。采用該方法施工的要點(diǎn)是時(shí)間不可過長，以裝艙曲線圖做參考，結(jié)合潮水漲退情況，達(dá)到最佳點(diǎn)時(shí)關(guān)閉泥門。移到可滿足船舶吃水的施工區(qū)域正常施工。

（3）控制溢流筒高度裝艙施工。通過調(diào)整溢流筒高度來控制船舶吃水，空載時(shí)選擇在淺水區(qū)下耙，隨著船舶吃水的增加漸漸移向深水區(qū)。該方法主要在項(xiàng)目前期疏浚區(qū)水深對大型耙吸挖泥船疏浚施工影響較小的情況下采用，本階段疏浚施工作業(yè)區(qū)域水深相對較深（原始水深+潮位大于耙吸船滿載最大吃水），且作業(yè)區(qū)靠近深水區(qū)，滿足隨時(shí)正常施工要求。

該施工方法可調(diào)節(jié)最佳裝艙時(shí)間，根據(jù)土質(zhì)情況、運(yùn)距、裝艙曲線和船舶吃水情況綜合確定溢流桶的高度，足夠水深的區(qū)域正常施工時(shí)一般都是把溢流桶放到最高處，然后隨著船舶吃水的增加后慢慢往下調(diào)，保證施工的整個(gè)過程船舶的吃水不超過設(shè)計(jì)吃水。

6.施工質(zhì)量控制

因疏浚區(qū)域浚前水深較淺，船舶在施工過程中需持續(xù)趁潮開拓工作面和結(jié)合潮水有針對性地進(jìn)行相應(yīng)區(qū)域的疏浚施工，挖泥布線受到極大影響，加上耙吸船本身施工時(shí)存在的缺陷，疏浚區(qū)域?qū)⒋嬖谳^多淺點(diǎn)和壟溝，應(yīng)采用以下提高施工平整度：

（1）施工前，項(xiàng)目人員把各施工段斷面、施工圖形輸入挖泥船電子圖形控制系統(tǒng)；船長、駕駛員和挖長要熟悉和掌握施工圖紙的開挖技術(shù)要求。

（2）項(xiàng)目部在施工區(qū)附近合適位置設(shè)置驗(yàn)潮站，并安裝潮位自動(dòng)遙報(bào)系統(tǒng)為耙吸船提供實(shí)時(shí)潮位；在耙吸船船上配備“潮位自動(dòng)遙報(bào)接收機(jī)”實(shí)時(shí)接收并顯示潮位；耙吸船在施工過程中，結(jié)合船舶吃水和實(shí)時(shí)潮位，合理安排施工區(qū)域和控制耙頭下放深度。

（3）當(dāng)班駕駛員應(yīng)利用先進(jìn)的DTPS挖泥軌跡顯示系統(tǒng)覆蓋開挖區(qū)域布線，并控制好航線精確開挖；挖長應(yīng)根據(jù)施工文件顯示的斷面線控制好開挖深度和挖寬，并根據(jù)實(shí)時(shí)潮位變化適時(shí)調(diào)整下耙的深度。采取分層挖掘，船長根據(jù)土質(zhì)，決定分層深度。

（4）定期對挖泥船深度顯示器、下耙深度等進(jìn)行校準(zhǔn)。

（5）根據(jù)船舶施工情況，項(xiàng)目部定期或不定期對施工區(qū)域進(jìn)行測量，并及時(shí)反饋數(shù)據(jù)至船舶。船長組織駕駛員、挖長等對數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析比對，生成開挖橫斷面，制作淺點(diǎn)文件，對于漏挖、超挖問題，應(yīng)多方面分析以找出其中原因，及時(shí)采取相關(guān)措施調(diào)整。

（6）拓寬工作面與整平結(jié)合。結(jié)合潮位和船舶吃水情況，有意識的布線挖掘，消除3m以上壟的形成，船長每日檢查布線情況，及時(shí)作出調(diào)整指示。有條件時(shí)盡可能走“S”線，針對淺點(diǎn)、壟溝合理規(guī)劃船舶走線，提高施工質(zhì)量。