整平器在煙臺(tái)港萊州港區(qū)5萬(wàn)噸級(jí)航道維護(hù)性疏浚工程中的實(shí)踐應(yīng)用

李騰

摘 要：在航道疏浚工程中，自航耙吸船因其特定的施工作業(yè)方式及工作原理進(jìn)行航道施工時(shí)平整度控制難度較大，易形成淺區(qū)、淺點(diǎn)，是施工中質(zhì)量控制的通病。在航道施工后期通過(guò)耙吸船與整平船配合施工，改變了耙吸船傳統(tǒng)掃淺作業(yè)方式，大大提高了掃淺施工效率并取得良好效果。本文以煙臺(tái)港萊州港區(qū)5萬(wàn)噸級(jí)航道維護(hù)性疏浚工程為例，闡述了整平器在航道掃淺施工階段的實(shí)踐應(yīng)用，對(duì)工作原理、應(yīng)用效果、工藝優(yōu)化等進(jìn)行分析總結(jié)，可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：淺點(diǎn);整平器;應(yīng)用效果;工藝優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U616+.2? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）11-0149-03

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)沿海港口面臨船舶密度不斷增加、船舶噸位不斷加大的挑戰(zhàn)，給航道通航條件提出了更高要求，航道拓寬、增深工程服務(wù)市場(chǎng)需求也與日俱增。在航道疏浚工程中，自航式耙吸船施工后期易出現(xiàn)淺點(diǎn)數(shù)量多、分布散的情況，在掃淺施工階段，耙吸船因耙頭寬度較小，必須依靠精準(zhǔn)的走線及覆蓋度相當(dāng)高的布線才能使淺點(diǎn)逐漸減少直至消除，這是一個(gè)投入產(chǎn)出比極低的施工作業(yè)過(guò)程，施工效率極低。加之現(xiàn)在航道驗(yàn)收測(cè)量多采用多波速測(cè)量，工程后期掃淺階段施工難度進(jìn)一步加大。

目前國(guó)內(nèi)有關(guān)學(xué)者對(duì)整平器進(jìn)行了多角度研究，對(duì)疏浚淺點(diǎn)、耙平器原理、節(jié)能等研究方面取得了較多成果。呂玉棋[1]等闡述了淺點(diǎn)的生成及預(yù)防措施，并給出了實(shí)施方案以及清除方法。李剛[2]等探討耙平器在基建整平中的節(jié)能作用和應(yīng)用前景。紀(jì)國(guó)梁[3]等對(duì)耙平器在惠州港施工工藝進(jìn)行了分析。楊召通[4]等研究耙平器的改進(jìn)和施工工藝的改良對(duì)疏浚施工的意義。王筱君[5]介紹了海道測(cè)量的發(fā)展和多波束測(cè)深系統(tǒng)的工作原理。

在煙臺(tái)港萊州港區(qū)5萬(wàn)噸級(jí)航道維護(hù)性疏浚工程掃淺施工階段，為解決耙吸船在航道掃淺階段高投入、低產(chǎn)出、工期無(wú)保障等難題，采取了耙吸船、整平船相配合的施工工藝。從施工效果上看，整平器的投入使用對(duì)提高掃淺施工效率、降低掃淺成本、保證工期起到了關(guān)鍵作用。

1 整平器工作原理及操作流程

1.1 整平器工作原理

采用在帶艉甲板的拖輪安裝整平器，用鋼纜拖帶掃淺的方法替代自航耙吸挖泥船掃淺。整平船由拖輪、整平器、A 字吊架和拖纜等設(shè)備構(gòu)成。利用絞纜設(shè)備使耙平器垂直升降，以控制整平器底面標(biāo)高;借助拖輪航行拖力、整平器自重及前部的切削刀口進(jìn)行破土，鏟削淺點(diǎn)填至超挖部分，達(dá)到整平掃除淺點(diǎn)的目的。

1.2 構(gòu)造型式

在煙臺(tái)港萊州港區(qū)5萬(wàn)噸級(jí)航道維護(hù)性疏浚工程掃淺施工中，選擇在拖輪“航工301”上加裝整平器及相關(guān)拖吊輔助設(shè)備。整平器為矩形桁架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度15m，寬度4m，總重量26t。小框架并列焊接而成，前部、后部加裝刮板，位于耙平器兩端約1/4處分別設(shè)置四個(gè)對(duì)稱吊點(diǎn)，中間設(shè)置兩個(gè)吊環(huán)。在船尾加裝兩處A字架，高度3m，A字架頂部配有定滑輪，定滑輪距船尾外懸的水平距離約1.5m，用于放置起吊耙平器的吊索。吊索穿過(guò)定滑輪，一端連接耙平器吊點(diǎn)，另一端則直接接入船尾卷?yè)P(yáng)絞車。為保證船舶航行時(shí)吊索呈垂直狀態(tài)，在整平器兩側(cè)設(shè)置水平拖點(diǎn)，用鋼纜水平拖點(diǎn)連接，利用兩側(cè)拖纜平衡船舶航行時(shí)產(chǎn)生的水平拖拽力，使整平器水切割航道淺區(qū)泥面。

1.3 操作流程及注意事項(xiàng)

（1）施工前先進(jìn)行船機(jī)設(shè)備檢查，檢查牽引、起升鋼絲連接是否正常，根據(jù)航道水深情況在起升鋼絲繩上進(jìn)行長(zhǎng)度標(biāo)記，施工前利用深度傳感器校核標(biāo)記刻度是否精準(zhǔn);

（2）根據(jù)航道水深情況，選擇合適長(zhǎng)度的牽引鋼絲繩，避免過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短影響施工效果（如果拖纜過(guò)長(zhǎng)，整平器受力會(huì)后延過(guò)大，致使整平器各吊點(diǎn)受力不均失去平衡;反之，過(guò)短則使鏟口上翹，掃淺效果較差）;

（3）行駛至指定水域，解開整平器臨時(shí)系固裝置，使整平器處于可以自由下放狀態(tài);

（4）調(diào)整船位，盡量減少船舶搖晃，應(yīng)保證頂流或在順流小于 1kn的情況下下放整平器;

（5）根據(jù)潮位信息確定整平器下方深度，并在施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)時(shí)潮位信息調(diào)整整平器下方深度;

（6）操作員根據(jù)駕駛員或技術(shù)人員發(fā)出的深度指令操作整平器升降，讀取起升鋼絲上的長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)，確定整平器下放至目標(biāo)深度，絞纜機(jī)停車（下放過(guò)程中保持工作船低速航行，不大于 1kn 對(duì)地航速）整平器就位后，將牽引鋼絲拉緊，使其成為主受力鋼絲;

（7）根據(jù)《施工作業(yè)指導(dǎo)書》施工技術(shù)交底資料以及施工底圖上制作好的掃淺計(jì)劃路線，進(jìn)行定點(diǎn)、定線掃淺施工。整平器每次掃淺寬度為 10m（兩頭稍留搭接）;

（8）進(jìn)入掃淺狀態(tài)，保持工作船對(duì)地航速 2-2.5kn 左右，沿疏浚航道直線行駛。當(dāng)整平器拖動(dòng)淺點(diǎn)時(shí)，船舶會(huì)有明顯降速，同時(shí)伴有較強(qiáng)烈的震顫，這屬于正常現(xiàn)象，隨著過(guò)耙次數(shù)的增加，震顫會(huì)減弱;

（9）單程作業(yè)結(jié)束后，將整平器提升至水面以上（或者在水中泥面以上）再進(jìn)行船舶掉頭，后進(jìn)行下一輪施工作業(yè);

（10）提前規(guī)劃施工路線，選擇合適的施工區(qū)段，避免頻繁提、放耙，防止液壓油溫度太高造成報(bào)警停車;

（11）整平器寬度較大，操控難度大，施工邊線時(shí)需控制好安全距離，避免剮蹭邊坡形成新的淺點(diǎn);

（12）每次作業(yè)完成后，首先將整平器起吊拎出水面固定，由操作人員更換吊點(diǎn)，再操作絞纜機(jī)將起升鋼絲收緊;

（13）整平器起吊固定后要對(duì)整平器進(jìn)行檢查，清除整平器上的垃圾。

2施工工效

2.1施工情況

萊州港航道后期掃淺施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)耙吸船存在生產(chǎn)效率較低，后期繼續(xù)使用耙吸船施工會(huì)造成很大的工程浪費(fèi)，為了滿足航道通航要求并按期完成航道疏浚工作，項(xiàng)目部引入整平器輔助掃淺施工。

“航工301”輪于7月6日晚到達(dá)萊州港外錨地拋錨待命，耙平器吊裝完成后于7月10日15：30開始施工。

“航工301”輪先后進(jìn)行W0-W4、W4-W9、W9-W14+692區(qū)段掃淺施工，根據(jù)W0-W4、W4-W9區(qū)段測(cè)圖情況進(jìn)行施工效果分析。

根據(jù)測(cè)圖效果分析，整平器施工效果明顯，航道淺點(diǎn)率明顯降低，施工效率較高。施工前后數(shù)據(jù)對(duì)比如下表：

通過(guò)兩次測(cè)圖對(duì)比，淺點(diǎn)率明顯減少，淺點(diǎn)個(gè)數(shù)減少1206個(gè)，淺點(diǎn)率由6.14%減為2.59%，平整度由0.22減為0.16，通過(guò)以上數(shù)據(jù)可知：整平器施工效率較高，整體施工效益優(yōu)于耙吸式挖泥船。

2.2 施工效果圖展示

根據(jù)整平器施工前后效果對(duì)比，施工效果超出預(yù)期，淺點(diǎn)消除率極高，不僅對(duì)零星淺點(diǎn)效果明顯，對(duì)成片成條淺區(qū)效果同樣明顯，前后施工效果圖如下：

2.3 施工經(jīng)濟(jì)性分析

在煙臺(tái)港萊州港區(qū)5萬(wàn)噸級(jí)航道維護(hù)性疏浚工程交工驗(yàn)收期間，天津海測(cè)大隊(duì)進(jìn)行了多被束掃海測(cè)量。根據(jù)掃海測(cè)量圖，萊州航道段設(shè)計(jì)通航水域最淺點(diǎn)水深-14.3m，航道中部水域及邊緣水域均未出現(xiàn)淺點(diǎn)，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

由于整平器的投入，使萊州航道段原計(jì)劃30d的掃淺作業(yè)時(shí)間縮減至16d，既保證了工期也節(jié)約了施工成本。根據(jù)成本分析，如采取耙吸船進(jìn)行施工預(yù)計(jì)產(chǎn)生成本約500萬(wàn)以上，整平船的投入產(chǎn)生成本約150萬(wàn)元左右，整體節(jié)省施工成本約350萬(wàn)元左右。

3 工藝優(yōu)化

針對(duì)整平器的改進(jìn)和施工工藝流程，在其掃淺整平施工中可以采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。

3.1增加液壓傳感器

整平器具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工成本較低等優(yōu)點(diǎn)，同樣不可避免伴隨著功能簡(jiǎn)單，依賴施工經(jīng)驗(yàn)等缺點(diǎn)。整平船施工定深一般通過(guò)鋼索標(biāo)記的方式進(jìn)行，誤差較大，而且需要頻繁進(jìn)行率定。建議借鑒耙吸船定深方式，在整平器上安置液壓傳感器，既可保證掃淺精度也可減少率定、標(biāo)記時(shí)間，提高施工精度和施工效率。

3.2切削刮板焊接耙齒

整平船的刮板裝置在淤泥質(zhì)土施工中施工效率較高，但當(dāng)施工區(qū)域泥土強(qiáng)度較高時(shí)施工效率會(huì)大打折扣。建議參考絞吸船鉸刀形式，在整平器刮刀上安置耙齒，增加破土能力以適應(yīng)更多土質(zhì)。

4 結(jié)論與展望

通過(guò)煙臺(tái)港萊州港區(qū)5萬(wàn)噸級(jí)航道維護(hù)性疏浚工程的施工情況，整平船在航道驗(yàn)收掃淺階段的優(yōu)勢(shì)明顯，在控制施工質(zhì)量、進(jìn)度及成本方面成效顯著，是應(yīng)對(duì)航道掃淺施工的一把利刃，具有很好的推廣前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂玉棋，韓政，陳躍發(fā)，張金林.耙吸挖泥船疏浚工程淺點(diǎn)的控制與消除[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2014（2）：59-61.

[2]李剛，王振興.水下整平系統(tǒng)在基建性疏浚中的節(jié)能減排作用[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2014，14（6）：354-355.

[3]紀(jì)國(guó)梁.底床耙平器在航道掃淺中的施工實(shí)踐[J.中國(guó)水運(yùn)（下半月），2015（6）：257-258.