絞吸式挖泥船水下潛管技術(shù)的應(yīng)用

秦大超

【摘? 要】隨著國家“走出去”戰(zhàn)略和“一帶一路”倡議的實施，港口航道挖泥船疏浚施工越發(fā)顯得重要，作為專門的水上疏浚配套技術(shù)—水下潛管施工，越來越多的應(yīng)用到工程實踐中。為此，完善水下潛管施工，使之成為一種高效、經(jīng)濟(jì)、便捷、環(huán)保的隔江取土施工方法尤為重要。

【關(guān)鍵詞】挖泥船? ;水下潛管;? 隔江取土;? 上浮下沉

引言

絞吸式挖泥船在港口、航道疏浚施工時，當(dāng)挖泥船排泥管線橫跨整個水域時，水面航行船舶受阻。為了解決這一難題，挖泥船水上排泥管線通常采用水下潛管施工技術(shù)。

1.水下潛管技術(shù)特點及原理

水下潛管是以前后兩個端點站、若干數(shù)量的橡膠軟管和鋼管組成。主要特點是在航道通航的條件下解決絞吸式挖泥船隔江取土，并通過排泥管線和水下潛管進(jìn)行吹填施工，從而滿足挖泥船的施工又不影響航道通航。

工作原理和潛水艇相似，利用管線的重力和所受浮力的變化來控制管線的浮沉。水下潛管通過端點站（或挖泥船本身）向管內(nèi)注水使之下沉，起浮時使用空氣壓縮機向管內(nèi)充氣，排出管內(nèi)存水后使得管線重力小于所受浮力，管線便浮到水面。

2.管線展布

（1）挖泥船就位。由拖輪拖帶挖泥船到預(yù)定地點，采用GPS系統(tǒng)確定挖泥船的位置，定位后落樁下錨使挖泥船處在穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）潛管的組裝。潛管的組裝一般選擇在離施工區(qū)域近、地勢開闊的岸邊進(jìn)行。當(dāng)潛管區(qū)與施工區(qū)域比較遠(yuǎn)時，考慮到拖運的方便，每次組裝長度宜控制在200m以內(nèi)。鋼管與橡膠管的組合形式要根據(jù)水下地形情況決定，一般地形平坦區(qū)域由4-5節(jié)鋼管和1根橡膠管組成;地形變化較大區(qū)域，由2-3節(jié)鋼管和1根橡膠管組成;在靠近兩處端點站處應(yīng)由1-2節(jié)鋼管和1根橡膠管組成。這樣做的目的是防止?jié)摴茉诘匦巫兓蟮膮^(qū)域發(fā)生斷裂，增加柔韌性。此外，在鋼管連接處必須加橡膠墊，確保管線嚴(yán)密性符合要求，防止由于漏氣而不能上浮。

（3）潛管配套設(shè)施?？筛鶕?jù)現(xiàn)場實際情況確定，一般應(yīng)包括以下設(shè)施：柴油機1臺、水泵1臺、空壓機1臺、發(fā)電機2臺、起錨絞車4臺、閘閥2座。

（4）潛管敷設(shè)和下潛。潛管下潛的方法根據(jù)潛管的長度和結(jié)構(gòu)條件不同而分為整體和分段下潛的方法，其中整體展布一次下潛的施工方法無論從工期角度還是經(jīng)濟(jì)性角度來看，都要優(yōu)于分段下潛方式。具體施工方法：先用法蘭將鋼管和橡膠管連接起來，檢查合格后用拖輪拖到施工區(qū)附近合適位置，在航道封航后由拖輪拖帶就位。然后利用拋錨艇將端點站的錨拋向預(yù)定位置，待調(diào)整好錨纜角度后拖輪解纜。潛管的另一端若處在岸邊則利用地攏固定，若處于水下則利用錨艇拋錨固定。潛管的位置固定后，啟動端點站水泵向潛管內(nèi)注水使?jié)摴苤鸩较鲁粒钡秸麠l管線下沉結(jié)束解除封航。

（5）水上浮管連接。先將水上管線按預(yù)定長度分段連接到挖泥船的尾部，待潛管端點站固定之后再利用拖輪、拋錨艇配合連接。最后按照水流方向拋領(lǐng)水錨，如在海灘上有往復(fù)水流時還需拋背水錨。連接方式如圖1所示：

（6）水陸接頭連接。為防止水位變化使水陸接頭的管道產(chǎn)生折斷，在水位變化的高度范圍內(nèi)采用橡膠管連接，并在水上管的上水方向拋錨固定，如在海灘上有往復(fù)水流時還需拋背水錨固定。

（7）圍堰與退水口。吹填加固或河道疏竣的吹填泥漿通過管線進(jìn)入排泥場，其圍堰形式根據(jù)工程特點主要有土筑堤、袋裝土堤、吹填袋和樁模圍堰等。圍堰的擋水高度和退水口的過水能力應(yīng)符合設(shè)計要求，修筑應(yīng)在投入使用之前完成。

3.帶水下潛管作業(yè)具體施工過程

（1） 帶潛管施工時的操作。挖泥船正常施工并開始輸泥時，由于水上浮管內(nèi)存有大量的空氣，在水下潛管內(nèi)已充滿了水的情況下，水上浮管內(nèi)的空氣將因泥泵傳來的泥漿擠到水下潛管中，造成水下潛管起浮，嚴(yán)重威脅施工航道安全。因此，帶潛管施工必須遵循如下操作規(guī)則：①挖泥船合泵前操作人員必須注意觀察航道過往船只情況，嚴(yán)禁在船只通過潛管時合泵。②開始合泵的轉(zhuǎn)速必須緩慢提速，防止管道中的空氣突然加大，使放氣閥排氣不及時而進(jìn)入潛管，使?jié)摴芷鸶　Ｒ话愠跏嫁D(zhuǎn)速控制在550～600r/min，待運轉(zhuǎn)3～5分鐘后再提到正常轉(zhuǎn)速，一般水上浮管長則氣體多，水上浮管短則氣體少，具體初始運轉(zhuǎn)時間要根據(jù)水上浮管的長度確定。③合泵前設(shè)專人在潛管與水上管的端點站上開啟放氣閥，待潛管無起浮時挖泥船泥泵方可提高到正常生產(chǎn)轉(zhuǎn)速，并關(guān)閉閥門。④由于潛管處在輸泥管線的最低點，因此挖泥船吹填的泥漿含量不得大于30%，泥泵壓力不小于0.4-0.6MPa。停機前必須先吹清水，使?jié)摴軆?nèi)的淤泥清除管體，防止?jié)摴芏滤蓝鵁o法施工。

（2）潛管的上浮。在下述三種情況下需要上浮潛管。

①在施工過程中排泥管壓力下降，排除設(shè)備等其他因素確定是潛管發(fā)生磨損穿孔。②疏浚土質(zhì)較硬或是砂性土?xí)r，需每隔500h浮起潛管進(jìn)行檢查，防止發(fā)生意外。③施工結(jié)束后轉(zhuǎn)移工地。

目前，一般采用充氣法浮起潛管。起浮前要對潛管進(jìn)行檢查是否被淤埋并判斷能否用充氣浮起，否則應(yīng)先清淤。起浮時，速度不宜過快，防止浮力過大而造成管線斷裂。

（3）潛管起浮方法。①當(dāng)施工結(jié)束后，關(guān)閉設(shè)在端點站上的閘板閥，使?jié)摴艿氖锥伺c挖泥船的水上管斷開，利用端點站上的空壓機向潛管內(nèi)加壓空氣，所需氣壓只與潛管內(nèi)、外徑和潛管本身以及水的密度有關(guān)。②在加氣開始時，氣壓控制在0.1MPa左右，當(dāng)潛管另一端開始出水后氣壓逐漸增加到滿足潛管上浮的壓力，直到潛管全部起浮為止。

（4）潛管防淤埋的措施。由于潛管橫放在水底，受水流沖擊作用，管道與水底接觸造成水流受阻，水底泥沙集中沉淀在管體上游。并且潛管在施工時產(chǎn)生震動，使得管體周圍的砂性土產(chǎn)生液化現(xiàn)象造成管體下沉，隨著時間的推移潛管必然被淤埋，如果淤埋時間過長將使?jié)摴軣o法正常起浮。因此，根據(jù)經(jīng)驗水下潛管需做定期起浮，其時間的確定須根據(jù)水的流速和泥沙的顆粒大小確定，一般每隔20-30天起浮一次為宜。起浮的方法是利用端點站的空壓機向潛管內(nèi)充氣，使?jié)摴苄纬善鸶顟B(tài)。具體操作如下：

①與航道管理部門協(xié)商確定具體時間和具體時段，即選擇過往船只最少的時段臨時封航2-3小時。② 由航道管理部門在潛管上、下游各800-1000m處派監(jiān)督艇執(zhí)行封航任務(wù)。③挖泥船在封航前先吹清水，完成管道泥漿清理。然后潛管脫泵并關(guān)閉端點站閘板閥，封閉潛管。檢查合格后開啟空壓機向潛管內(nèi)充氣，使?jié)摴苌细?。④?dāng)潛管起浮到7-8節(jié)或管線長度的1/3左右時開始向潛管內(nèi)充水，使?jié)摴苄纬神劮迨狡鸶顟B(tài)。⑤當(dāng)空氣全部通過潛管后，注意觀察端點站的位置是否移動（指左右移動），若有移動應(yīng)及時調(diào)整。⑥按照潛管下沉工序下沉潛管，解除封航繼續(xù)施工。

4.結(jié)束語

水下潛管技術(shù)是解決挖泥船隔江取土施工最經(jīng)濟(jì)、最簡潔、工期最短的方法，這一點在國內(nèi)許多工程已得到證實。水下潛管技術(shù)方法簡單、技術(shù)成熟，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減少施工對航道通航安全影響等方面具有明顯優(yōu)勢，具有極高的經(jīng)濟(jì)、社會效益，應(yīng)用前景極佳。