儲泥坑在航道疏浚土吹填中的創(chuàng)新與應(yīng)用

蔡輝，郭冬冬，黃小鵬

（1.連云港港30萬噸級航道建設(shè)指揮部，江蘇 連云港 222000；2.中交上海航道勘察設(shè)計研究院有限公司，上海 200120）

0 引言

在港口航道工程建設(shè)中，疏浚土一般被優(yōu)先作為陸域形成的吹填料吹填上陸，既滿足陸域形成的需要，又能減少對海洋環(huán)境的不利影響，綜合效益顯著。常用的疏浚土吹填工藝包括絞吸船直接吹填工藝、耙吸船挖運(yùn)艏吹工藝、耙吸船挖運(yùn)拋+絞吸船吹填工藝（以下簡稱“拋吹工藝”）等[1]，具體吹填工藝根據(jù)工程條件、環(huán)境要求和擬選疏浚設(shè)備進(jìn)行選擇。

當(dāng)疏浚區(qū)與吹填區(qū)距離較遠(yuǎn)時，拋吹工藝的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢顯著。該工藝流程為耙吸船在疏浚區(qū)挖泥裝艙，重載航行至吹填區(qū)附近的儲泥坑拋泥，絞吸船將儲泥坑內(nèi)疏浚土吹填至吹填區(qū)。其中，儲泥坑作為疏浚土臨時拋卸和吹填的中轉(zhuǎn)站，在整個吹填過程中起到至關(guān)重要的作用，其設(shè)置合理與否直接關(guān)系到拋吹工藝的實(shí)施及效果，從而影響整個吹填項目的進(jìn)程及工程投資。

拋吹工藝所需要的儲泥坑通常布置在鄰近吹填區(qū)或納泥區(qū)的灘地水域，需要辦理用海許可手續(xù)。但隨著海洋環(huán)保政策對此類用海日趨嚴(yán)格，報批周期存在很大的不確定性[2]。為適應(yīng)連云港港30萬噸級航道二期工程建設(shè)需要，對儲泥坑的設(shè)置開展了創(chuàng)新研究，成果得到成功應(yīng)用。

1 工程概況

連云港港30萬噸級航道二期工程是在一期航道的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增深、拓寬并延長，由外航道內(nèi)段、外航道外段和徐圩航道組成[3]。其中徐圩航道由原10萬噸級擴(kuò)建至30萬噸級規(guī)模，全長17.6 km，通航寬度350～380 m，設(shè)計底高程-21.8～-22.0 m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫?，其中約4 000萬m3需吹填至徐圩陸上納泥區(qū)（第1年），約2 500萬m3需吹填至集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)（第2年），疏浚總工期2 a[4]。徐圩航道疏浚區(qū)及吹填區(qū)分布見圖1。

圖1 平面布置圖Fig.1 Layout plan

其中，徐圩陸上納泥區(qū)距航道疏浚區(qū)超過10 km，超出絞吸船正常排距范圍，無法采用絞吸船直接絞吸的吹填工藝。而耙吸船挖運(yùn)艏吹工藝則需考慮艏吹吹距問題，艏吹站至陸上納泥區(qū)平均吹填達(dá)6 km，遠(yuǎn)超耙吸船正常2～3 km的艏吹吹距范圍。因此，4 000萬m3疏浚土只能采用拋吹工藝吹填到陸上納泥區(qū)。

2 儲泥坑選址與布置

2.1 儲泥坑選址

拋吹工藝所需要的儲泥坑通常布置在鄰近納泥區(qū)的灘地水域，需要辦理用海許可手續(xù)。由于此類用海報批周期存在很大的不確定性，課題組充分調(diào)研徐圩港區(qū)相關(guān)圍堤吹填區(qū)用海許可手續(xù)辦理情況、建設(shè)進(jìn)展及建設(shè)計劃，創(chuàng)新性地提出將儲泥坑布置在已取得用海許可、同步建設(shè)的徐圩港區(qū)集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)內(nèi)，利用圍堤合龍前的時間窗口，進(jìn)行疏浚土到徐圩陸上納泥區(qū)的拋吹作業(yè)，這樣無需辦理儲泥坑用海許可，又能滿足拋吹作業(yè)需要。

2.2 建設(shè)條件分析及措施

在吹填區(qū)內(nèi)布置儲泥坑，吹填區(qū)除需獲得用海許可外，還需預(yù)留合龍口，為耙吸船進(jìn)出儲泥坑提供航行通道。

集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)位于徐圩港區(qū)端部[5]，面積為3.3 km2，正堤長約2.5 km，距離陸上納泥區(qū)直線距離3 km。已經(jīng)獲得用海許可。圍堤正在建設(shè)。經(jīng)多方協(xié)調(diào)，在吹填陸上納泥區(qū)完工之前，維持龍口約400 m的寬度不合龍。因此，在集裝箱泊位區(qū)內(nèi)設(shè)置儲泥坑實(shí)施拋吹作業(yè)具備建設(shè)條件。

2.3 安全影響分析及措施

2.3.1 開挖儲泥坑對圍堤穩(wěn)定的影響及措施

在吹填區(qū)內(nèi)開挖儲泥坑需考慮開挖后地形對圍堤穩(wěn)定的影響。通過圍堤整體穩(wěn)定計算結(jié)果分析[6]，儲泥坑開挖坡頂線距離堤頂前沿線控制在200 m以外時，穩(wěn)定安全系數(shù)基本超過1.5，遠(yuǎn)大于規(guī)范1.15的安全系數(shù)要求。因此，儲泥坑開挖坡頂線與圍堤堤頂前沿線的安全距離按不小于200 m控制。

2.3.2 正堤爆破擠淤對拋吹作業(yè)船舶的影響及措施

集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)的正堤結(jié)構(gòu)形式為爆破擠淤堤，爆破作業(yè)所產(chǎn)生的水中沖擊波及爆破個別飛散物對儲泥坑內(nèi)拋吹作業(yè)的施工船舶及人員存在安全隱患。根據(jù)JTS 204—2008《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》[7]，裸露爆破水中沖擊波對鐵質(zhì)施工船舶安全距離為100～250 m；爆破個別飛散物水深1.5～6.0 m的水下裸露爆破對人員的最小安全距離100～400 m，鑒于本工程實(shí)施爆破一般選擇高潮位，水深基本超過6.0 m，因此，爆破飛散物的最小安全距離應(yīng)不小于100 m。綜上，正堤爆破擠淤與拋吹作業(yè)船舶及人員的安全距離按不小于250 m控制。

2.4 儲泥坑平面布置

本次儲泥坑在集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)內(nèi)布置，在有限的水域空間內(nèi)布置儲泥坑，要求：1）創(chuàng)造較好的拋吹作業(yè)條件，維持較高的施工強(qiáng)度，滿足工期要求；2）減少吹填區(qū)內(nèi)原狀土損失，避免增加后續(xù)吹填造陸成本；3）控制與圍堤的安全距離，滿足施工安全要求。

2.4.1 滿足工期要求

根據(jù)徐圩陸上納泥區(qū)吹填計劃，需將4 000萬m3疏浚土在1 a內(nèi)完成吹填，施工強(qiáng)度要求達(dá)350萬m3/月。根據(jù)大型絞吸船月施工效率測算，共需布置4組儲泥坑，滿足4艘大型絞吸船同時吹填作業(yè)。

2.4.2 儲泥坑尺寸盡可能小

吹填區(qū)內(nèi)儲泥坑需通過疏浚開挖滿足拋吹作業(yè)條件，由于吹填區(qū)后續(xù)仍需吹填成陸，儲泥坑開挖造成吹填區(qū)內(nèi)泥土損失，增加后續(xù)吹填量及吹填成本。因此，吹填區(qū)內(nèi)設(shè)置儲泥坑尺寸應(yīng)盡可能小。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范[8]，單組儲泥坑宜由2個相鄰的尺度相同的矩形儲泥坑組成，水域條件受限制時，可設(shè)1個儲泥坑。本工程按水域條件受限制進(jìn)行設(shè)計，1個儲泥坑為一組，每組儲泥坑平面尺寸為612 m×377 m，設(shè)計底高程-12.0 m，設(shè)計邊坡1∶5。

2.4.3 臨時通道合理布置

臨時通道是耙吸船自疏浚區(qū)進(jìn)入儲泥坑的唯一通道。從拋吹作業(yè)強(qiáng)度看，高峰期耙吸船投入數(shù)量將達(dá)到7～8艘，臨時通道需滿足耙吸船滿載全潮雙向通航要求。經(jīng)綜合規(guī)范要求、工程海域潮位特征、耙吸船滿載作業(yè)吃水要求等，確定臨時通道長1.9 km，設(shè)計底高程-9.0 m，設(shè)計邊坡1∶5。通道寬度按2倍船長306 m設(shè)計，除滿足耙吸船雙向通航要求外，還可滿足其調(diào)頭需求，可有效改善拋吹作業(yè)條件，彌補(bǔ)儲泥坑尺寸較小的不足。

2.4.4 滿足安全距離要求

根據(jù)前述圍堤整體穩(wěn)定計算分析可知，儲泥坑開挖坡頂線與圍堤堤頂前沿線的安全距離大于200 m。

2.4.5 儲泥坑平面布置

綜合上述考慮因素，確定儲泥坑平面布置如下：儲泥坑邊線距離北側(cè)正堤約500 m，東西側(cè)堤約700 m，南側(cè)岸線250 m，均滿足開挖儲泥坑對圍堤穩(wěn)定及正堤爆破擠淤對疏浚船舶的安全距離要求。儲泥坑平面圖見圖2。

圖2 儲泥坑平面布置示意圖（m）Fig.2 Layout plan of sediment storage pit（m）

3 儲泥坑實(shí)施效果

3.1 拋吹工藝順利推進(jìn)

由于常規(guī)拋吹工藝難以落實(shí)，而耙吸船挖運(yùn)艏吹工藝的吹填距離不足，使得航道疏浚土吹填徐圩陸上納泥區(qū)無法落實(shí)，影響整個連云港港30萬噸級航道二期工程建設(shè)進(jìn)程。通過在已取得用海許可的圍堤吹填區(qū)內(nèi)設(shè)置儲泥坑的創(chuàng)新，無需辦理儲泥坑用海許可，使拋吹工藝得以落實(shí)，有力地保證了航道建設(shè)工期和連云港煉化一體化項目的順利投產(chǎn)，同時滿足徐圩新區(qū)場地回填需求，實(shí)現(xiàn)了疏浚土資源化利用，減少了對海洋生態(tài)環(huán)境的影響。

3.2 拋吹作業(yè)條件改善

影響拋吹作業(yè)的自然因素主要為來自外海進(jìn)入徐圩港區(qū)的波浪及港區(qū)內(nèi)的小風(fēng)區(qū)波浪，集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)正堤的局部形成，對泊位區(qū)內(nèi)的拋吹作業(yè)起到一定的掩護(hù)作用，拋吹作業(yè)條件有較明顯的改善。

3.3 拋泥擴(kuò)散流失率降低

吹填區(qū)往往利用近岸高灘將之圈圍后形成，以節(jié)省圍堤工程投資及后續(xù)造陸成本。集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)內(nèi)原始灘面水深基本在0 m左右，儲泥坑開挖底高程-12.0 m，灘槽高差大，加之已建圍堤的掩護(hù)效果，大大降低了耙吸船拋泥擴(kuò)散流失率，確保上陸土方量。

3.4 流失部分泥沙實(shí)現(xiàn)再回收

拋吹泥沙流失主要發(fā)生在耙吸船拋泥和尾水排放階段。耙吸船拋泥因灘槽差大及圍堤掩護(hù)，擴(kuò)散流失率很低，少量流失也基本留存在集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)內(nèi)；吹填尾水中含有少量泥沙，經(jīng)排放后流失，但因排放口設(shè)置在集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)內(nèi)，泥沙最終仍留存在此。因此，在吹填區(qū)內(nèi)布置儲泥坑，并且將尾水回排至吹填區(qū)，可以將因拋吹作業(yè)產(chǎn)生的泥沙流失進(jìn)行再回收，作為吹填區(qū)后續(xù)成陸的回填料，節(jié)能環(huán)保，綜合效益高。

4 結(jié)語

1）連云港港30萬噸級航道二期工程徐圩港區(qū)航道有4 000萬m3疏浚土需要采用拋吹工藝吹填到徐圩陸上納泥區(qū)。在充分調(diào)研徐圩港區(qū)相關(guān)圍堤吹填區(qū)用海許可手續(xù)辦理情況、建設(shè)進(jìn)展及建設(shè)計劃的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出將儲泥坑布置在已取得用海許可、同步建設(shè)的徐圩港區(qū)集裝箱泊位圍堤吹填區(qū)內(nèi)，利用圍堤合龍前的時間窗口，進(jìn)行疏浚土拋吹到徐圩陸上納泥區(qū)的拋吹作業(yè)，這樣無需辦理儲泥坑用海許可，又能滿足拋吹作業(yè)需要。

2）結(jié)合建設(shè)條件、儲泥坑對圍堤的影響、圍堤爆破施工對拋吹作業(yè)船舶的影響，根據(jù)“滿足工期要求、儲泥坑尺寸盡可能小、臨時通道合理布置、滿足安全距離要求”的原則，提出了儲泥坑具體布置方案。

3）應(yīng)用情況表明，項目得到順利推進(jìn)，拋吹作業(yè)條件好，效率高，流失率低，儲泥坑實(shí)施效果良好。