耙吸式挖泥船在航道擴建工程中的施工技術要點探討

■李建國

（廈門港務疏浚工程有限公司，廈門 360000）

航道是港口的重要基礎設施和進出港的重要通道，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸物流工程對船舶大型化、專業(yè)化、密集化的通航需求日益增強，迫切需要將現(xiàn)有航道擴建。 航道擴建工程主要內(nèi)容為航道增深、擴寬等，相比于新建航道工程，具有其獨特性，包括：（1）擴建施工環(huán)境更加復雜；（2）水上作業(yè)的難度，海上施工受風浪、臺風等極端惡劣天氣影響；（3）施工標準更高；（4）施工過程原有航道保持通航，需協(xié)調(diào)好各施工環(huán)節(jié)，避免產(chǎn)生干擾。 鑒于航道擴建工程的施工獨特性，有必要采用合理的施工方案，提高施工技術水平，以此降低自然因素以及技術因素等的影響，確保其他船舶航行安全和工程安全進行，進而促進工程建設質(zhì)量的實質(zhì)性提高，保質(zhì)保量、按時完成工程任務。本研究以耙吸式挖泥船施工技術為例，進行技術總結(jié)，以期為同類工程提供參考。

1 工程概述

1.1 工程概況

廈門某航道工程建設范圍為全長約9.18 km，設計底高程維持-12.0 m，為滿足10 萬噸級船舶乘潮通航要求，將航道通航寬度由190～200 m 拓寬為250 m，疏浚工程量為92.17 萬m3，疏浚棄土外拋，拋泥區(qū)距離疏浚區(qū)平均運距約35 km，工程地理位置見圖1。

圖1 工程地理位置示意圖

1.2 工程難點分析

根據(jù)勘察，本工程施工的難點包括：（1）區(qū)域疏浚里程長，疏浚開挖厚度不一；（2）航道南邊線距離港區(qū)碼頭前沿線348～442 m，北側(cè)與錨地相鄰，附近通航及錨泊的船舶多；（3）疏浚施工要確保不能影響船舶正常通航和港區(qū)的正常生產(chǎn)；（4）疏浚水域面積廣，無法明確是否存在垃圾及其他障礙物等。

2 施工方案選擇

目前常用的2 種施工方案：抓斗式挖泥船和耙吸式挖泥船。

2.1 抓斗式挖泥船

抓斗式挖泥船是一種機械式挖泥船，通過抓斗自身的重量切入泥土，通過操作閉合泥斗，將疏浚土裝到泥駁船，通過泥駁船將疏浚土運到指定卸泥區(qū)（圖2）。 抓斗船施工主要采用縱挖法，縱移挖長，橫移挖寬，定位主要采用“四纜定位法”，用4 個錨纜收放、前后左右移動進行施工定位。 錨及錨纜可能占用部分通航水域，給在附近航行船舶造成一定礙航影響，避讓時需輔助船舶拖帶撤離，機動性不強，除了在航道清礁中使用，其他航道疏浚施工中使用較少。

圖2 抓斗船施工流程

2.2 耙吸式挖泥船

耙吸式挖泥船是一種裝備有耙頭挖掘機具和水力吸泥裝置的大型自航、裝倉式挖泥船[1]。 施工時，將耙臂放下海底，通過耙頭對土層的泥沙進行耙松和挖掘，再利用船上泥泵機的真空作用，將挖掘的泥沙通過輸泥管吸入挖泥船的泥倉中，泥倉裝滿后，停止挖泥，起耙航行至拋泥區(qū)開啟泥門卸泥（圖3）。 耙吸船具有良好的航行性能，可以自航、自載、自卸，是目前航道工程普遍采用的，其工藝和施工方案成熟，設備較先進。

圖3 耙吸船施工流程

2.3 2 種施工方案比選

本工程疏浚區(qū)范圍長且疏浚量大，綜合考慮各種影響施工的自然因素及疏浚土土質(zhì)類別，結(jié)合水深、水文及通航情況等因素分析。 由表1 可知，耙吸式挖泥船施工具有效率高、調(diào)頭靈活、及時避讓、對通航船舶影響小、適應惡劣工況的能力較強、工期短、成本低等優(yōu)點，本工程即采用自航耙吸式挖泥船施工，以耙吸式挖泥船工藝闡述航道擴建工程施工技術[2]。

表1 施工工藝影響因素分析

3 施工關鍵點分析

3.1 耙吸式挖泥船施工技術要點

耙吸式挖泥船開挖航道主要采用裝艙施工法，施工前應對船舶定位系統(tǒng)和耙頭下放深度的數(shù)據(jù)進行校準，在施工區(qū)域附近選擇好便于觀測潮位的位置，設置潮位觀測尺，有條件的最好建立實時潮位站接收系統(tǒng)，施工前先進行試挖，對疏浚區(qū)的土質(zhì)取樣分析，根據(jù)船舶性能和施工區(qū)長度及開挖的土質(zhì)選擇不同的挖泥對地航速，操耙手要實時關注潮水變化和船舶吃水深度，隨時調(diào)整耙頭的下放深度，提高施工精度，通過優(yōu)化挖泥船施工線路，控制施工平整度，減少開挖廢方。 不同土質(zhì)需調(diào)整船舶施工參數(shù)，選擇最佳的裝艙溢流時間，在保證環(huán)保疏浚效果的前提下降低工程成本，從而減少對周圍水體的擾動，控制污染，減輕對周邊海洋環(huán)境的影響。 施工時要根據(jù)進度及時安排浚后水深測量，按水深測量成果安排重點施工區(qū)域，使疏浚區(qū)域水深均勻增深，以便形成貫通的槽內(nèi)水流，提高施工效率，減少施工回淤，提高質(zhì)量控制水平。

3.2 影響施工的主要因素

3.2.1 船舶通航影響

本工程是在現(xiàn)有航道的基礎上進行擴建，施工區(qū)域及周邊各類船舶通航密度較大，為減少疏浚施工對其他船舶的干擾和影響，要和港口、海事等相關部門建立聯(lián)系機制，結(jié)合海事AIS，準確掌握航行船舶動態(tài)和施工船舶動態(tài)，高頻專人守聽，服從海事VTS 指揮，做好施工船舶與進出港船舶之間的避讓等，確保施工的安全、有序，應嚴格按照航行安全制度和規(guī)范操作，保證其他船舶航行安全和本工程安全進行。

3.2.2 航道航標影響

本工程原航道中的航標設施功能保持，耙吸船在施工作業(yè)需避讓航標區(qū)域，受航標影響區(qū)域無法施工。 施工船舶的挖泥以及夜間施工的照明可能會影響到燈浮效能的發(fā)揮甚至對航標造成損壞。 航標會隨漲潮退潮流向移動，為確保航標和施工安全，根據(jù)移動范圍在航標周邊區(qū)域約150～200 m 范圍暫時不施工。 在航標區(qū)域以外的疏浚區(qū)完成施工后，在確保通航安全下，對施工區(qū)內(nèi)的航標進行小范圍移動。 移動后集中力量對原航標區(qū)域進行施工，待該區(qū)域疏浚完后再將航標恢復至原來位置， 航標調(diào)整以盡量不縮窄航道、不影響船舶通航為原則。

3.2.3 自然條件影響

航道疏浚施工區(qū)在海上，影響耙吸船施工的主要因素有涌浪、風、霧等，其中風和涌浪是影響船舶安全航行常見的自然因素。 船舶受風的影響會出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)、漂移等情況，受涌浪的影響會出現(xiàn)搖擺現(xiàn)象，嚴重時還會出現(xiàn)船舶失控，導致觸碰及沉船等事故。施工期還需考慮到跨越季節(jié)性海洋氣候遇到寒流過境或雷暴雨等異常天氣情況。 施工時駕駛員應控制好航速及航向，根據(jù)土質(zhì)和挖深，設定合適的波浪補償器壓力， 通過波浪補償器的緩沖作用保持耙頭對地有合適的壓力[3]，保證船舶設備安全和施工效率。

3.2.4 疏浚底質(zhì)影響

海底水域底質(zhì)情況復雜，除疏浚土外，含有石塊、廢棄漁網(wǎng)、垃圾等雜物（圖4），嚴重可造成堵耙，對施工影響較大，施工時應及時起耙清理垃圾并對耙頭、耙齒的磨損情況進行檢查。 操耙手在挖泥中應時刻關注泥泵機真空數(shù)值、管內(nèi)濃度及流速等數(shù)值低于限值，防止堵耙現(xiàn)象[4]，必要時可在耙頭吸口處增設格柵（圖4），確保挖泥設備的安全。

圖4 航道內(nèi)挖出的塊石及垃圾、耙頭吸口處格柵

3.3 質(zhì)量控制要點分析

3.3.1 挖槽施工方法要點

根據(jù)航道挖槽長度、 寬度、 挖深采取分段、分帶、分層開挖，按設計水深、航段長度、土質(zhì)變化等情況靈活調(diào)整分段長度，段與段之間進行50 m 搭接施工，以防漏挖。 橫向分帶寬以50 m 為1 帶，帶與帶之間需搭接一定的寬度，防止漏挖形成淺埂。挖深按照每層1 m 進行分層，不足1 m 的部分直接挖深到設計深度。 施工時，在保證施工效率的前提下，盡可能做到同步、均勻增深，以形成貫通的槽內(nèi)水流，減少施工期回淤，同時保證施工質(zhì)量，減少后期掃淺工作量。

3.3.2 邊坡施工方法要點

為保證形成穩(wěn)定的設計邊坡，采用“分層施工，一次成型”的方法。 運用耙吸船疏浚監(jiān)測平臺，通過軟件按照測圖水深不斷顯示前方斷面的水深形態(tài)，同時把耙頭的定位姿態(tài)加入斷面圖中，以縱、橫、深三維形態(tài)方式輔助準確下耙（圖5），并實時更新耙頭所經(jīng)過的水深軌跡線；駕駛員可以依據(jù)圖形界面調(diào)整船舶，使耙頭準確上線，提高施工效率和邊坡施工質(zhì)量。

圖5 航道與邊坡開挖三維界面

3.3.3 掃淺施工方法要點

（1）進退挖泥法。 當掃淺區(qū)為航道終端，水域受限、船舶難以實施回轉(zhuǎn)調(diào)頭時，或需調(diào)頭航行再上線挖泥耗費過多時，或挖槽較短時，可根據(jù)船舶操作條件和水域情況采取進退挖泥法。 在挖到終點或挖過淺點后，起耙離地并將耙頭提升至安全高度，然后開倒車使船退回起挖點，確認船已不再存在對地后退時，轉(zhuǎn)進車時再次下耙至開挖深度。（2）“S”字型、“X”字型挖掘法。在掃淺施工時，對疏浚區(qū)內(nèi)淺點進行劃分，若為孤立淺區(qū)或單個淺點及垅溝，采用“X”字型方法掃淺，對各淺點逐個挖除，施工走線與進退挖泥法類似，施工過程中不停改變耙頭與淺點的走線角度， 防止耙頭反復同向施工再次挖出壟溝。若為連續(xù)淺點和孤立淺點， 將淺點組合串線劃成區(qū)，采用“S”字型挖掘法逐個挖除。

4 工程擴建效果評估

本單位工程于2021 年9 月7 日正式開工，2021 年12 月31 日自檢合格，2022 年3 月29 日進行第三方測量，4 月30 日掃淺施工完畢，5 月23 日通過第三方測量驗收。 本航道擴建工程經(jīng)質(zhì)量監(jiān)督執(zhí)法支隊鑒定，單位工程質(zhì)量符合規(guī)范要求，工程質(zhì)量優(yōu)良，驗收通過。

5 結(jié)論

通過分析實際完工項目可知，在實際施工情況下挖泥船的選擇和質(zhì)量控制對工程的進度及質(zhì)量十分重要， 應制定合理的施工方案并嚴格落實，還要不斷優(yōu)化各項施工技術；為減少疏浚施工對其他船舶的干擾和影響，要做好施工船舶之間的避讓以及施工船舶與進出港船舶之間的避讓等，這是今后的航道建設施工中重要環(huán)節(jié)，對工程的安全管控和經(jīng)濟效益十分重要。 本工程進一步完善港區(qū)航道公共基礎設施條件，提升航道通航水平，滿足港區(qū)進出港船舶大型化、專業(yè)化通航需求，保障船舶通航安全，改善進出港船舶的通航環(huán)境，助力港口城市建設，提升營商環(huán)境，更好地服務當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。