自航耙吸式挖泥船深海挖管溝施工技術(shù)研究

劉少帥 李強(qiáng) 孫化利

摘要：闡明自航耙吸式挖泥船深海開挖管線溝槽的可行性。在日益激烈的疏浚趨勢競爭中，耙吸式挖泥船憑借其一次裝載量大、操縱性能靈活、多種施工方法的優(yōu)勢脫穎而出。但對海底挖槽作業(yè)因受施工方法、工況、航運(yùn)等因素影響一直是面臨的難題。本文通過對京唐港海底管道停輸改造項(xiàng)目預(yù)挖溝工程擬定良好的施工工藝，提高施工效率，保質(zhì)保量按期完工的經(jīng)驗(yàn)案例。

關(guān)鍵詞：石油管線溝;自航挖泥船;施工管理;施工工藝

中圖分類號：U61? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1006—7973（2022）03-0120-03

1工程概況

1.1工程介紹

京唐港海底管道停輸改造項(xiàng)目預(yù)挖溝工程（文中稱本工程）。該擬建25萬噸級航道在里程約20公里處與海底雙層原油輸送管道存在交越，交越長度約573米，與航道夾角約45°。為保證該航道交越區(qū)域的管道安全，需要對海底管道的跨越區(qū)域進(jìn)行改線。

1.2設(shè)計(jì)要求

本項(xiàng)目開挖至-26m，坡比1：5，沿軸線縱向坡比1：120，允許最大超寬3m，允許最大超深0.4m。

1.3質(zhì)量要求

前期浚后水深達(dá)到-26m，泥面不留淺埂，平整度控制在0.4m 以內(nèi)，橫坡和縱坡滿足設(shè)計(jì)要求。

1.4氣象條件

a 風(fēng)況：6、7月份多 SSW 向，其大風(fēng)出現(xiàn)頻率為9.87%;

b 潮汐：本港附近海域?yàn)椴徽?guī)半日潮（歷年最高潮位2.91mc、歷年最低潮位-1.39m）.

c 海流：本海區(qū)潮流性質(zhì)為不正規(guī)半日潮，潮流基本呈往復(fù)流形式。大潮實(shí)測最大流速為0.86m/s，流向?yàn)?52°，小潮實(shí)測最大流速為0.66m/s，流向?yàn)?4°。

1.5海底地質(zhì)

由上到下分別：粉質(zhì)黏土、粉土與粉質(zhì)黏土互層、粉砂。

1.6泥土處理

拋泥區(qū)是以39°03′36″ N、119°06′01.8″ E 經(jīng)緯度為圓心，半徑500m 的圓形區(qū)域，中心位置距施工區(qū)中心直線距離約6km。

2施工管理

2.1施工船舶選擇

本工程遠(yuǎn)離岸線外海作業(yè)，風(fēng)浪較大;最硬的地質(zhì)層為中密粉砂;挖槽斜穿航道施工，距挖槽50m 位置有原石油管線運(yùn)營中;作業(yè)不可以影響航道內(nèi)船舶的航行;工期短，工程量大等特點(diǎn)。因挖槽窄（底寬僅有10m），挖距短，邊坡修整質(zhì)量高，所以前期選用挖深大于-26m 的單耙吸船是最優(yōu)選擇。

“濱港浚8”輪由黃埔文沖造船廠建造，是山東港口集團(tuán)第一艘耙吸式挖泥船，該船是一艘雙機(jī)復(fù)合驅(qū)動(dòng)、雙槳、單耙自航耙吸式挖泥船，總長111.25米，型寬24.5米，滿載吃水7.4米，最大航速14.2節(jié)，最大挖深27米，耙頭寬度4m， 凈重20噸，泥艙艙容7200立方米，續(xù)航力支持連續(xù)挖泥作業(yè)29天。

2.2施工難點(diǎn)分析

（1）航道內(nèi)航行船舶：來往進(jìn)出口貨輪或泥駁船、漁船等，避讓頻繁。

（2）原海底石油管線：現(xiàn)有海底輸油管道在本工程施工區(qū)南側(cè)，距離海底輸油管道最近距離約50m。操作不當(dāng)，易對現(xiàn)有輸油管道造成破壞。

（3）挖槽邊坡質(zhì)量：本項(xiàng)目縱向邊坡為1：120，坡比較大，容易產(chǎn)生超挖，質(zhì)量控制難度大。

2.3施工參數(shù)設(shè)置

（1）開工前期浮泥層波浪補(bǔ)償器壓力調(diào)高30bar;

（2）開高壓沖水8bar;泥泵轉(zhuǎn)速163轉(zhuǎn)/min

（3）耙頭安裝雙排扁齒，耙唇上方天窗全開;

（4）施工航速3.0-4.0節(jié);

（5）施工范圍為全槽施工，定深21.0米，之后按挖深1米落差逐層定深施工。

（6）溢流筒高度初期調(diào)至最大艙容高度12m， 后期根據(jù)施工濃度和工藝調(diào)整。

2.4施工工藝

（1）分層施工：施工根據(jù)邊坡質(zhì)量、土質(zhì)、潮汐、船舶吃水等情況執(zhí)行分層施工，每層進(jìn)度分為三部分執(zhí)行。前期施工快挖快跑：開始施工土質(zhì)是浮泥、淤泥土、軟粉性黏土，裝艙濃度1.4t/m3，每小時(shí)裝艙量達(dá)4000m3/h 左右。因此采取調(diào)高溢流桶最高位7200m3的艙容，滿倉就下線拋泥，快挖快跑盡快挖除淤泥土層;中期施工滿足裝載量：粉質(zhì)土層較硬，施工濃度降低，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)低溢流桶位置，采取裝艙溢流法施工工藝增加裝艙時(shí)間，已裝載土方量達(dá)4000m3后下線拋泥;后期掃淺施工：為了均勻增深，提高施工質(zhì)量，每層需掃淺施工后方可實(shí)施下一層深度的挖掘。

（2）分條施工：根據(jù)挖槽寬度三等分，船舶走直線施工，耙跡線顯示不要重疊、重復(fù)上線，做到均勻布線，均勻曾深，避免形成壕溝。

（3）縱邊坡（1：120）施工工藝：分層施工，每2m 分為一層，整體均勻向下浚深。設(shè)置距縱向放坡設(shè)計(jì)挖深線水平距離240m 的止挖線。優(yōu)先施工止挖線以外的槽內(nèi)工程量，再施工質(zhì)量層。質(zhì)量層施工時(shí)分層10cm 為一層，從上向下逐層開挖，逐步施工以滿足設(shè)計(jì)要求。施工質(zhì)量層時(shí)，耙吸船沿坡底至坡頂?shù)姆较蚝叫惺┕ぁ?/p>

（4）橫邊坡（1：5）施工工藝：本工程設(shè)計(jì)邊坡坡比1：5，采用臺階施工法。按2m 分層進(jìn)行施工，邊坡處超挖1m，欠挖1m，超挖和欠挖方量相等，自然塌方后形成邊坡，滿足設(shè)計(jì)要求。本工程施工時(shí)，自原泥面開始按照分層厚度逐層逐臺階開挖邊坡。

2.5施工測量

本工程采用多波束進(jìn)行施工測量。本工程特點(diǎn)挖溝長度短、窄（最長點(diǎn)3077m，最寬邊緣水域114.5m，并隨挖深逐步增深而變短變窄），邊坡質(zhì)量要求高。測量時(shí)間根據(jù)每耙寬度依次接壓半耙寬度施工一遍，每施工兩遍測量一次水深值，根據(jù)施工進(jìn)度安排和本船耙寬4m 計(jì)算，計(jì)劃5天一次水深測量。

2.6淺點(diǎn)消除

深海管溝挖寬狹窄、質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，耙吸船采用傳統(tǒng)的掃淺方式不再適合，如“Z”“S”字形、大小兜圈圈等。傳統(tǒng)掃淺方式多需要施工水域面大，船舶有充足的旋轉(zhuǎn)水域，耙頭只需離開地面約1米高度即可轉(zhuǎn)頭走線，但是管溝作業(yè)沒有上述環(huán)境。根據(jù)本工程工況、土質(zhì)等，本船采用的掃淺方式簡單介紹。

操耙手熟悉疏浚電子儀器顯示，結(jié)合現(xiàn)場耙管狀態(tài)及時(shí)采取應(yīng)對措施，認(rèn)真聽取駕駛員指令，到達(dá)淺點(diǎn)前及時(shí)收放耙管鋼絲繩，精力高度集中，做好“二聽、六看、七注意”。

根據(jù)水深測量文件，在 DTPS 顯示系統(tǒng)中將水深數(shù)據(jù)值0.3-0.5m 分檔顯示，調(diào)整不同的色塊顏色，便于駕駛員、操耙手識別淺點(diǎn)。

前期淺點(diǎn)較多時(shí)，采用定深慢速直線甩尾（即航速2節(jié)以下，航行到淺點(diǎn)處大角度轉(zhuǎn)向甩尾橫向分割淺點(diǎn)）;中期采用定深快速直線拖平（即4節(jié)安全挖泥航速，每耙寬度依次接壓半耙寬度施工兩遍）;后期局部淺點(diǎn)定深正倒車掃淺施工（即航速控制有前進(jìn)速度，能長時(shí)間沖擊淺點(diǎn)）。

耙吸船施工完成后采用拖輪耙平器快速由深到淺的方向拖平挖槽內(nèi)底邊水域和邊坡質(zhì)量層，使預(yù)留邊坡量平順下塔，達(dá)到邊坡設(shè)計(jì)比的目的。

3施工效果

根據(jù)以上施工工藝及施工管理，本項(xiàng)目施工過程中未發(fā)生一起安全事故，施工區(qū)內(nèi)多波束5m 間距驗(yàn)收數(shù)據(jù)，槽內(nèi)合格率為100%，邊坡合格率為95%，滿足合同及工程設(shè)計(jì)要求。

雖然外海區(qū)域內(nèi)管溝開挖工程質(zhì)量要求高，施工難度大，但是通過本項(xiàng)目證明了在通過對風(fēng)險(xiǎn)源辨識，船機(jī)性能分析，施工工藝優(yōu)化后，耙吸船能夠良好地完成此類型的施工任務(wù)。

4結(jié)語

中國是一個(gè)海洋大國，擁有漫長的海岸線和豐富的海岸帶資源，大型自航耙吸式挖泥船作為深海挖掘的重器需要疏浚的工程范圍仍然很大，如何提高施工技術(shù)，運(yùn)用好設(shè)備，將設(shè)備性能發(fā)揮最大化是我們耕海人需不斷學(xué)習(xí)研究的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]江醒標(biāo).耙吸船施工工藝綜述編[J].水運(yùn)工程，2017（8）：46-48.