大型絞吸式疏浚船在受限水域施工工藝

王 昭

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610021)

0 前 言

耙吸船在作業(yè)過程中，因運(yùn)行航道設(shè)計(jì)存在多樣性、流域環(huán)境具備復(fù)雜性，使施工人員在實(shí)際作業(yè)過程中會(huì)面臨各種意想不到的突發(fā)情況。對(duì)于大型耙吸船，因作業(yè)區(qū)域有限，其施工難度較大，同時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也會(huì)增大。作業(yè)區(qū)域按其類型的差異性可細(xì)分為河道多側(cè)受限制、河道單側(cè)受限制。傳統(tǒng)的解決方法是使用小型耙吸船完成施工，結(jié)合實(shí)際情況，船舶資源緊缺，加之受限區(qū)域一般都是施工工期緊張河段，所以如何高效完成疏浚任務(wù)是施工單位所需要盡快解決的重大問題。

1 工程概況

本文以沙特薩拉曼國王國際港務(wù)綜合設(shè)施項(xiàng)目為研究對(duì)象，該項(xiàng)目絞吸式疏浚船施工應(yīng)用范圍為以下內(nèi)容。

1)疏浚工程：2#及4#、5#干船塢的疏浚工程：2#干船塢的疏浚開挖底部高程為-10.2 m CD底部高程，4#、5#干船塢的疏浚開挖高程為-8.7 m CD，通過液壓泵直接處理到絞吸船3 km和圍堰內(nèi)測的堆場。

2)2#干碼頭圍堰施工。用疏浚原材料對(duì)圍堰進(jìn)行施工，從而達(dá)到抑制、封閉基坑的目的；使用疏浚原材料回填圍堰的頂部區(qū)域，回填的寬度設(shè)計(jì)為15 m，流域沿線護(hù)坡設(shè)計(jì)為巖石砌體，巖石砌筑底部標(biāo)高為-3.00 m，上部標(biāo)高設(shè)計(jì)為+3.5 m。

3)4#和5#干碼頭圍堰施工。使用疏浚原材料回填圍堰的頂部區(qū)域，回填寬度設(shè)計(jì)為15 m。流域沿線護(hù)坡設(shè)計(jì)為巖石砌體，巖石砌筑底部標(biāo)高為-3.00 m，上部標(biāo)高設(shè)計(jì)為+4.0 m。

2 難點(diǎn)解析及施工組織

2.1 難點(diǎn)解析

1)絞吸式疏浚船的外形比較大。該項(xiàng)目原本設(shè)計(jì)采用的3 000 m3絞吸船，但是由于諸多方面因素的影響，原規(guī)劃采用的絞吸船無法滿足實(shí)際作業(yè)需求，需加快疏浚速度，需要使用5 000 m3絞吸船，絞吸船的型號(hào)為HUTA-14；一艘22 000 m3絞吸船，實(shí)際施工時(shí)使用的絞吸船長度為135 m，寬度為27 m，由于雙耙可以向外延伸，絞吸船的實(shí)際寬度大概為40 m；耙吸船的吹水高度為：空載狀態(tài)下的吃水高度為4.5 m，滿載狀態(tài)下的吃水高度為8.8 m。

2)施工水域的影響。水域中的回旋長度約為800 m，回旋寬度約為600 m，屬于一個(gè)不規(guī)則的輪廓，相對(duì)而言回旋水域的面積比較小，東側(cè)屬于淺灘，最淺部位低于2 m，此外水位的梯度波動(dòng)比較大距施工區(qū)域的邊緣距離只有240 m；回旋水域的北側(cè)為防波堤。

3)水域深度比較淺，分布不均勻。結(jié)合疏浚之前的勘測結(jié)果來看，施工區(qū)域的西北側(cè)、東南側(cè)水深比較淺，大概保持在6～8 m；其他水域的深度保持在8～9 m。其中，東南水域與淺攤的距離比較近，水深情況不是很理想，平均水深大概為2～4 m。該項(xiàng)目選擇使用的耙吸船在輕載狀態(tài)下的吃水高度為4.5 m，重載狀態(tài)下的吃水高度大概為8.8 m。該水域內(nèi)的潮差非常小，大概為0～1.5 m。

基于當(dāng)前的碼頭回旋水域條件下，絞吸船的體積比較大，在風(fēng)力較大的情況下不利于船只操控及疏浚工作，會(huì)導(dǎo)致施工難度增加。

2.2 施工組織

結(jié)合施工單位整理的數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場實(shí)際情況，回旋水區(qū)域的土質(zhì)大部分是淤泥，局部出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，土層中含有少量的油氣，正式施工過程中，油氣的濃度、流動(dòng)速度都大幅度降低。受限區(qū)域的疏浚作業(yè)大致可以細(xì)分為三個(gè)階段完成：先對(duì)中間區(qū)域進(jìn)行開挖，然后開挖西北區(qū)域、東南區(qū)域，最后對(duì)淺灘河段進(jìn)行疏浚。其具體情況如下所示。

1)第一階段。①此階段施工過程中確保施工安全，前期夜間嚴(yán)禁施工，保證現(xiàn)場作業(yè)人員對(duì)施工區(qū)域有充分的了解，不斷嘗試施工方法，當(dāng)施工條件成熟以后，分多班同時(shí)進(jìn)行施工，具體的施工方法是：結(jié)合河道水流方向進(jìn)行分析，假若落水是西北角的上側(cè)，那么應(yīng)該按照順時(shí)針順序展開作業(yè)，反之，則應(yīng)該按照逆時(shí)針順序展開作業(yè)；②按照大角度滿運(yùn)行的方式進(jìn)行施工，耙吸船運(yùn)行的速度控制在1節(jié)左右；③耙吸船上線以后，將溢流井放至最低位，施工至水深比較理想?yún)^(qū)域以后，將溢流井適當(dāng)提高，強(qiáng)化裝艙的效果。

2)第二階段。西北區(qū)域與東北區(qū)域可以按照第一個(gè)階段施工方法完成布線作業(yè)。耙吸船按照順倒車淺掃方式進(jìn)行作業(yè)：①在每日高平潮期間將耙吸船移動(dòng)至施工區(qū)域內(nèi)，疏浚過程中將耙吸船緩慢地移動(dòng)至碼頭附近，耙吸船運(yùn)行速度保持在0.5節(jié)左右；②回轉(zhuǎn)至回旋水區(qū)域，多次循環(huán)作業(yè)。對(duì)于東南區(qū)域的死角而言，可以沿著碼頭方向順倒車上線，耙吸船的頭部航行至泊位以內(nèi)，促使耙吸船可以對(duì)死角區(qū)域進(jìn)行疏浚。

3)第三階段。因DT/DC-MNB-29區(qū)域與淺灘之間距離比較近，所以存在一定的施工難度，這部分疏浚任務(wù)可以最后完成，施工區(qū)域內(nèi)最大水深未超過4 m，最小水深只有1.33 m；該區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)基本上都是淤泥，具體的施工方法為：①淺灘附近不需要做放耙處理，保證3根管處于水平狀態(tài)，泥泵運(yùn)行以后進(jìn)行旁通，運(yùn)行速度保持在10 m/s，借助旁通水對(duì)淺灘進(jìn)行沖刷；②當(dāng)水深條件改善以后，開始放耙疏浚，疏浚之前先完成抽艙作業(yè)，利用艙壓促使耙吸船處于平吃水狀態(tài)；③掃淺疏浚過程中將外擋耙放下，中間管始終處于水平狀態(tài)，同時(shí)保證施工安全。

3 大型絞吸船在受限海域施工工藝

3.1 疏浚工程

3.1.1 工作原理

2#干船塢疏浚作業(yè)。可以使用切割機(jī)洗泥器完成，疏浚至設(shè)計(jì)標(biāo)高部位，需要適當(dāng)加快施工進(jìn)度，縮短施工工期，所以需要對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。

1)加快對(duì)干碼頭坑的疏浚作業(yè)的效率，應(yīng)該將其作業(yè)時(shí)間控制在常規(guī)性土方開挖作業(yè)時(shí)間的50%。

2)加快圍堰施工的進(jìn)度，提高施工效率。

3)加快排水系統(tǒng)的安裝時(shí)間，提高排水系統(tǒng)部署的合理性，當(dāng)圍堰施工完成以后立即對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行施工。

4)因該項(xiàng)目減少了圍堰內(nèi)的開挖工程量，有效地降低維護(hù)期期限。

5)因挖泥器由海邊深入至海底，然后開始對(duì)船坑進(jìn)行疏浚，所以可以降低基坑內(nèi)的抽排水量，只需要將碼頭排水水量至當(dāng)前標(biāo)高部位即可。

3.1.2 施工順序

1)疏浚作業(yè)施工前進(jìn)行勘測。在疏浚作業(yè)開始前需要對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行勘測，測量出疏浚區(qū)域的底部高程等數(shù)據(jù)。疏浚完成后，需要對(duì)水深進(jìn)行復(fù)測，并定期檢查[1]，以保證底部高程滿足后期的大型船只施工和通航要求。

需要對(duì)疏浚區(qū)域的邊界進(jìn)行標(biāo)定。水深、水文條件檢測的頻率確定為一天一次，嚴(yán)格控制每日工作進(jìn)度，保證疏浚工程滿足施工合同要求，盡可能縮短施工工期。使用多梁容器進(jìn)行檢測，保證疏浚作業(yè)的全部工程量均按照施工合格完成，同時(shí)保證疏浚的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

2)潮汐讀數(shù)。在實(shí)際調(diào)研時(shí)，必須要嚴(yán)格地按照現(xiàn)行管理規(guī)范進(jìn)行，在固定的時(shí)間段內(nèi)記錄潮汐讀數(shù)。將檢測儀器裝置在水域內(nèi)，保證檢測儀器不會(huì)受到損壞，檢測的時(shí)間階段定為：疏浚作業(yè)前期調(diào)研、疏浚作業(yè)完成后的調(diào)研、控制調(diào)研、疏浚作業(yè)過程中。具體的檢測順序主要是由現(xiàn)場施工條件進(jìn)行確定，其會(huì)對(duì)最終的潮汐讀數(shù)精準(zhǔn)度造成巨大的影響。絞吸船可結(jié)合水域的實(shí)際情況配備必要的輔助工具。

3)施工方法。施工必須要嚴(yán)格地按照施工進(jìn)度、施工方案及標(biāo)準(zhǔn)順序展開作業(yè)，以保證整體施工工期不會(huì)受到影響。

疏浚工程的作業(yè)流程為：①挖泥船由40 m至-6 m的疏浚水域駛?cè)敫墒酱a頭范圍內(nèi)，確保疏浚船順利通行；②2#干碼頭可使用挖泥設(shè)備完成疏浚，單次疏浚的規(guī)模應(yīng)該為-10.2 m CD；③4#干碼頭、5#干碼頭使用挖泥設(shè)備完成疏浚，挖泥區(qū)域開挖的深度最大應(yīng)該為-8.70 m；④碼頭與圍堰之間接口區(qū)域全部使用自卸汽車進(jìn)行回填，圍堰的坡度確定為1∶ 6；⑤疏浚的高度控制在基準(zhǔn)位0.5 m以內(nèi)，沿著圍堰兩側(cè)開始二次疏浚作業(yè)；⑥疏浚作業(yè)的公差確定為-0.00/+0.50 m，以保證開挖深度符合設(shè)計(jì)要求；⑦當(dāng)碼頭出入口區(qū)域疏浚作業(yè)完成以后，最后的40 m區(qū)域可使用卡車進(jìn)行回填。

3.2 圍堰施工

3.2.1 工作原理

圍堰的斜坡及標(biāo)高需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工。圍堰內(nèi)的施工基坑設(shè)計(jì)常年排水系統(tǒng)，保證干船塢處于干燥作業(yè)環(huán)境下施工。

3.2.2 施工順序

1)借助輸送泵對(duì)圍堰進(jìn)行填筑施工。

2)剩余原材料由挖泥船負(fù)責(zé)清理，坡度設(shè)計(jì)為1∶ 3。

3)最后對(duì)圍堰頂部進(jìn)行平整、壓實(shí)處理。

4)使用長臂反鏟對(duì)多余材料進(jìn)行修剪，保證提高圍堰的外部質(zhì)量。

5)使用長臂挖機(jī)吊裝土工布，聘請(qǐng)專業(yè)潛水員嚴(yán)格地按照設(shè)計(jì)圖紙將土工布鋪貼至指定位置。假若土工布出現(xiàn)破損現(xiàn)象，通過使用多余土工布將破損土工布做覆蓋處理，以保證土工布施工滿足設(shè)計(jì)要求。

6)自卸車沿著測量放線路線將護(hù)坡材料運(yùn)輸至圍堰頂部和馬道位置。

7)使用長臂反鏟對(duì)護(hù)坡料進(jìn)行修整，確保圍堰的坡度與水平滿足設(shè)計(jì)要求。

8)使用長臂反鏟對(duì)護(hù)坡料進(jìn)行修整，將圍堰修整成設(shè)計(jì)圖紙要求的外形。

3.3 絞吸式疏浚船

CSD屬于一種高性能的絞吸式疏浚船，這種類型的疏浚船內(nèi)置旋轉(zhuǎn)刀具。在實(shí)際進(jìn)行疏浚作業(yè)時(shí)，CSD應(yīng)位于錨固線上。CSD主要應(yīng)用在疏浚巖石、淤泥、砂子、黏性土基礎(chǔ)中。疏浚的流程為：使用旋轉(zhuǎn)刀具切割海底、使用疏浚泵轉(zhuǎn)運(yùn)泥水混合物。部分CSD自身具備推行功能，其他CSD則要外部作用力進(jìn)行拖拽移動(dòng)。絞吸式疏浚船(CSD)總平面圖如圖1所示。

圖1 絞吸式疏浚船(CSD)總平面圖

CSD的結(jié)構(gòu)組成包括以下六部分：一為船體，主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)、輸送泵、控制儀器等；二為絞刀架，主要包括刀頭、管道、挖泥泵；三為排放系統(tǒng)，管道及疏浚泵；四為銷棍、支架，為船體提供穩(wěn)定的支撐力；五為錨、側(cè)絞車，為船體提供側(cè)向作用力；六為樁樁。

3.3.1 CSD定位

在進(jìn)行疏浚作業(yè)之前，CSD依靠自身航行至指定部位。CSD利用兩側(cè)的線來不斷地調(diào)整自身的位置。當(dāng)工作銷棍或是主鉆頭落放至海底以后，可以固定在船尾。在實(shí)際疏浚時(shí)，CSD會(huì)完成以后旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。主鉆附近移動(dòng)：主要是為了形成移動(dòng)需要的作用力，CSD絞刀架兩側(cè)需要裝置錨，使用鋼絲繩與絞車完成鏈接。

CSD的銷棍可細(xì)分為2個(gè)定位樁：作業(yè)過程中或是在車廂內(nèi)安裝主定位樁時(shí)，可以適當(dāng)?shù)刈鱿蚯耙苿?dòng)船體或是向后移動(dòng)船體。實(shí)際步進(jìn)距離主要是受到土壤條件的影響，每一個(gè)步驟都必須保證完成一次新的切割。具體的作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 CSD切割流程圖

當(dāng)閘板處于完全外延狀態(tài)時(shí)，即外延長度為4～6 m，疏浚船移動(dòng)至中心線位置，當(dāng)疏浚船進(jìn)入到這個(gè)位置以后，CSD則會(huì)自動(dòng)開斗，同時(shí)縮回液壓板，將開斗移動(dòng)至啟動(dòng)部位。當(dāng)開斗移動(dòng)至指定部位以后，則會(huì)將工作定位樁緩慢地落下，在這個(gè)過程中輔助定位樁則會(huì)緩緩升起，開始進(jìn)行疏浚作業(yè)。

3.3.2 疏浚CSD

為保證疏浚作業(yè)順利開展，操作者應(yīng)該降低切割機(jī)的吊梯。促使刀頭開始旋轉(zhuǎn)，對(duì)海底部位的土壤進(jìn)行疏松處理。抽吸口位于刀具頭部。疏松后的土壤與水由輸送泵排出。

溝槽邊坡可以根據(jù)刀頭的邊坡角度開始疏浚作業(yè)。在對(duì)河道或是溝槽進(jìn)行疏浚時(shí)，需要關(guān)注邊坡自身的穩(wěn)定性。邊坡的穩(wěn)定性其實(shí)就是土壤特性函數(shù)，在對(duì)邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要著重關(guān)注此方面內(nèi)容。在疏浚過程中，需要定期進(jìn)行檢查，確保疏松線路始終位于正確路線上，同時(shí)核算出疏浚工程量。

3.3.3 排放CSD的工作方法

結(jié)合施工方案來看，疏浚材料與抽水全部都是利用疏浚管道輸送至指定區(qū)域內(nèi)。

3.3.4 排放至廢物處置儲(chǔ)存區(qū)

岸邊與洗泥器之間使用疏浚管道進(jìn)行連接。管道結(jié)構(gòu)組成比較簡單，主要是由海面浮動(dòng)管道與陸地管道構(gòu)成。疏浚材料盡可能地放置在臨近存儲(chǔ)范圍內(nèi)，盡可能地縮短洗泥器與抽水點(diǎn)之間的距離。

3.3.5 設(shè)備定位

差分全球定位系統(tǒng)的核心作用是控制挖泥船的位置及定位功能。其可以為挖泥船提供高精準(zhǔn)度的定位，地面辦公室需要每天記錄疏浚工程量。定位系統(tǒng)運(yùn)行過程中的控制方法如下。

1)利用深度切割指示器、擺動(dòng)指示器、潮汐觀測表對(duì)疏浚的深度、寬度進(jìn)行檢測管控。

2)利用計(jì)算機(jī)控制疏浚的輪廓?？刂葡到y(tǒng)為挖泥船提供一個(gè)精準(zhǔn)的控制過程。施工現(xiàn)場可以通過臨時(shí)標(biāo)記的方式利用GDPS對(duì)疏浚作業(yè)進(jìn)行不定時(shí)的檢查，然后形成檢查資料，通過對(duì)資料進(jìn)行分析來判斷作業(yè)的正確性。在疏浚作業(yè)開始之前，對(duì)定位控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，提高控制過程中的精準(zhǔn)度。在系統(tǒng)運(yùn)行之前，檢查深度指示器的性能，確保疏浚過程中深度檢查的精準(zhǔn)度。深度是利用刀具在不同深度、水位環(huán)境下，刀具頭之間的距離進(jìn)行判斷計(jì)算得出。潮汐觀測表裝置在水下安全區(qū)域內(nèi)，確保潮汐檢查儀器不會(huì)出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

大型耙吸船施工碼頭在實(shí)際施工過程中，由于受到水域的影響，導(dǎo)致施工難度不斷增大，本文使用CSD施工技術(shù)以后，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，將施工任務(wù)進(jìn)行細(xì)分，通過簡化施工流程、合理的部署，提高挖泥船的整體性能，逐步完成各個(gè)工序，以保質(zhì)保量地完成施工任務(wù)。假若僅僅配備一條小型耙吸船，那么施工成本將非常高，導(dǎo)致凈收益降低，無法體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)導(dǎo)致整體施工工期不斷地延長，所以，選擇使用大型耙吸船進(jìn)行疏浚作業(yè)比較合適。

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