營(yíng)運(yùn)港口通航航道交叉段疏浚施工方法的研究

曹傳水 中交水利水電建設(shè)有限公司

泉州某航道疏浚工程為改、擴(kuò)建航道工程，對(duì)原有5000噸級(jí)航道進(jìn)行增深、拓寬，并根據(jù)水深情況對(duì)局部航線進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。航道全長(zhǎng)約19.10km，施工航道與現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)航道存在兩處交叉重疊區(qū)域。為確保工程順利實(shí)施及保障港口碼頭正常運(yùn)營(yíng)，需全面進(jìn)行研究并慎重選取最優(yōu)施工船舶設(shè)備和施工方法。

1.工程概況

該疏浚工程存在兩處與現(xiàn)有航道交叉重疊區(qū)。第一交叉重疊區(qū)距最近碼頭邊線約150米，重疊區(qū)域疏浚土方量約8萬(wàn)立方米，設(shè)計(jì)底高程為-8.9米，邊坡1:6，第二交叉重疊區(qū)設(shè)計(jì)底高程為-9.4米，邊坡1:6，該重疊區(qū)工程量約25萬(wàn)m3。土質(zhì)均為淤泥混砂、砂各占約25%，黏土約占50%（圖1）。

項(xiàng)目所在海域港口基礎(chǔ)設(shè)施分布相對(duì)分散，包括6個(gè)作業(yè)區(qū)，碼頭以中小型為主，有千噸級(jí)及以上生產(chǎn)性泊位22個(gè)，其中萬(wàn)噸級(jí)以上深水泊位2個(gè)；碼頭岸線長(zhǎng)度4468米，年設(shè)計(jì)通過(guò)能力984萬(wàn)噸，其中集裝箱32萬(wàn)TEU，重疊段施工時(shí)會(huì)影響港區(qū)運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)。根據(jù)VTS每日交通組織計(jì)劃統(tǒng)計(jì)，使用原有5000噸級(jí)航道進(jìn)行通航的船舶日均約16艘次。

2.施工船舶比選

疏浚施工中，船舶的選型尤為重要，需綜合考慮疏浚土質(zhì)、施工效率、施工展布、生態(tài)環(huán)保、工程造價(jià)等影響因素，根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇最優(yōu)船型或組合。

從疏浚底質(zhì)方面考慮，航道疏浚區(qū)疏浚土主要有中砂、中粗砂，灰色，灰褐色，以石英質(zhì)中粗砂為主，普遍含泥質(zhì)和少量貝殼，飽和，松散～中密，標(biāo)貫擊數(shù)Ν=4.0～16.3。疏浚土質(zhì)屬8級(jí)土，約占疏浚量的51%。部分區(qū)域表層覆蓋有淤泥及淤泥混砂（深灰、淺灰色，流塑，飽和）以及粉質(zhì)粘土（灰黃色，可塑，飽和）疏浚土質(zhì)分屬2級(jí)土和5級(jí)土，分別約占疏浚量的16%和33%。結(jié)合已施工區(qū)域土質(zhì)情況判斷，底層存在殘積砂質(zhì)粘性土，由于施工作業(yè)面較小，選用中型以上耙吸船施工，在船舶調(diào)頭、航行避讓、工程造價(jià)等方面難以適用，且小型耙吸船施工該土質(zhì)時(shí)較為困難，易發(fā)生跳耙現(xiàn)象，形成壟溝，為后期掃淺增加難度。結(jié)合工程實(shí)際土質(zhì)因素，需要使用耙吸式挖泥船，采用固定錨對(duì)其進(jìn)行固定，達(dá)到對(duì)船位進(jìn)行固定的作用，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)施工的設(shè)計(jì)目的。[1]而抓斗船對(duì)于淤泥、淤泥混砂、細(xì)沙、中粗砂和殘積砂質(zhì)粘性土均有較好的開挖性能。

從施工效率方面考慮，耙吸挖泥船施工一般是自挖自載自航自卸，船舶無(wú)法在施工區(qū)連續(xù)開挖作業(yè)，而抓斗船根據(jù)運(yùn)距情況配足泥駁后可以在施工區(qū)連續(xù)開挖作業(yè)，同時(shí)耙吸船還要充分估計(jì)風(fēng)流壓差對(duì)船舶的影響，及早采取避讓措施，以確保船舶的安全，防止因避讓橫距太小而產(chǎn)生緊迫局面，也會(huì)降低施工效率。[2]低艙容的耙吸船施工效率無(wú)法和大斗容的抓斗船施工效率相比。

從生態(tài)環(huán)保方面考慮，耙吸船屬于水力式挖泥船，施工時(shí)耙頭將泥面耙松并隨著水一起被泵吸入泥艙，其施工一般采用的是裝艙溢流法施工，泥艙內(nèi)裝載的基本是高濃度的泥漿，其溢流和到拋卸區(qū)拋卸時(shí)對(duì)周邊水域的影響比機(jī)械式抓斗船大，同時(shí)第一交叉重疊區(qū)與轉(zhuǎn)運(yùn)坑附近存在養(yǎng)殖區(qū)，若采用耙吸施工，易對(duì)養(yǎng)殖區(qū)域產(chǎn)生影響。

若絞吸船施工，現(xiàn)有轉(zhuǎn)運(yùn)坑距離施工區(qū)域在8km以上，絞吸式挖泥船不能充分發(fā)揮施工能力，由于本工程需邊通航邊施工，疏浚工程區(qū)與5000噸級(jí)航道存在交叉，大面積、長(zhǎng)距離鋪設(shè)海上管線，將對(duì)施工期通航造成極大影響，故采用絞吸船施工需跨航道布設(shè)沉管。耙吸船施工雖是邊航行邊施工的狀態(tài)，但其施工時(shí)特別是調(diào)頭時(shí)勢(shì)必也會(huì)與通航船舶相互影響，耙吸船長(zhǎng)時(shí)間在此施工存在通航安全隱患的情況。綜合考慮重疊區(qū)采用抓斗船或絞吸船施工較為適宜。

3.施工方案比選

施工區(qū)域?yàn)椴徽?guī)半日潮，潮差較大，進(jìn)出港船舶大部分乘潮使用航道。為避免通航船舶與施工船舶相互影響，減少通航和施工期間的安全隱患，最大程度降低疏浚施工對(duì)碼頭運(yùn)營(yíng)的影響，盡快使在建航道通航運(yùn)營(yíng)。根據(jù)船舶選型及施工環(huán)境，擬從絞吸船下沉管封航施工、抓斗船封航施工方案中擇優(yōu)選用。

3.1 絞吸船下沉管封航施工

本方案需首先在航道中開挖管槽，用于安置吹泥管線，開挖管槽底標(biāo)高要大于目前設(shè)計(jì)底標(biāo)高，也要保障沉管沉放并整平后具有一定富裕水深，從而不影響航道通航。沉管安設(shè)過(guò)程中，注意選擇平坦水域。施工過(guò)程中要加密沉管處的水深測(cè)量頻次，監(jiān)測(cè)沉管動(dòng)態(tài)。同時(shí)也要同海事、碼頭等相關(guān)單位協(xié)調(diào)好封航事宜。由于吹距遠(yuǎn)、沉管槽開挖、沉管安放及回填，還需考慮通航時(shí)段，經(jīng)測(cè)算本方案需約3.5個(gè)月時(shí)間方可完成施工任務(wù)。

3.2 抓斗船半周通封航間隔施工

本方案思路為周一至周三通航，周四至周天封航。由于第二交叉區(qū)域疏浚土方量大，為封航施工進(jìn)度計(jì)劃中的關(guān)鍵線路。采用按連續(xù)天封航施工與通航交替進(jìn)行，即周四至周天封航施工重疊區(qū)域，周一至周三給運(yùn)營(yíng)碼頭船舶進(jìn)行通航，通航期間船舶調(diào)回不影響通航的施工區(qū)施工，采用該方案重疊區(qū)的施工效率需約2.5個(gè)月時(shí)間。

3.3 抓斗船每天通航封航間隔施工

根據(jù)港區(qū)已有封航經(jīng)驗(yàn)，該方案采用每天封航19小時(shí)，留一個(gè)白天的高潮時(shí)段，約5小時(shí)（高潮位前3小時(shí)及后2小時(shí)），為運(yùn)營(yíng)方通航時(shí)間。該方案需頭尾扣除4小時(shí)起拋錨定位時(shí)間，每天有效施工時(shí)間按15小時(shí)考慮，每天約可完成7船次，其余時(shí)間調(diào)回疏浚三區(qū)非重疊區(qū)掃淺施工，重疊區(qū)域工程量約25萬(wàn)立方米，采用每天封航19小時(shí)，通航期間船舶調(diào)回不影響通航的施工區(qū)施工，采用同樣的施工方式，共需約32個(gè)有效施工日，考慮掃淺共需約1.5個(gè)月時(shí)間。

經(jīng)與港口發(fā)展中心、海事局、港口公司等相關(guān)方溝通協(xié)調(diào)，最終選用抓斗船每天部分時(shí)間通航、其余時(shí)間封航的施工方案。

4.施工工藝流程

4.1 施工設(shè)備定位

抓斗船定位采用“四纜法”，用錨纜方法實(shí)施，定位時(shí)主纜用兩根，前進(jìn)纜一根，左右各一根邊纜，如流速過(guò)大則另布兩根邊纜，根據(jù)施工需要進(jìn)行定位，以便挖泥船可以前后左右移動(dòng)。

4.2 施工工藝流程

抓斗船為錨纜式挖泥船，其施工工藝包括施工展布、定位、下斗、抓碴、裝駁、卸泥等工序（圖2）。

抓斗挖泥船采用縱挖法施工，施工定位完成后，進(jìn)行開挖。由于本工程疏浚區(qū)較長(zhǎng)，采用分層、分條的方法開挖，每層厚度2m，每條開挖寬度為16m，對(duì)于每?jī)蓷l之間，考慮重疊1～2m的寬度；施工人員合理布斗注意斗間的軌跡搭接，避免漏挖，落斗采用定深落斗法，施工根據(jù)潮位適時(shí)調(diào)整定深深度。采用DGPS和數(shù)字化測(cè)深儀隨時(shí)檢查開挖質(zhì)量，做到一次驗(yàn)收合格。

4.3 疏浚開挖方法

采用分層、分條的方法開挖，每層厚度2m，每條開挖寬度為16m，對(duì)于每?jī)蓷l之間，考慮重疊1～2m的寬度；施工人員合理布斗注意斗間的軌跡搭接，避免漏挖，落斗采用定深落斗法，施工根據(jù)潮位適時(shí)調(diào)整定深深度。采用DGPS和數(shù)字化測(cè)深儀隨時(shí)檢查開挖質(zhì)量，做到一次驗(yàn)收合格。

抓斗船在挖泥時(shí)，每條的橫斷面上依據(jù)挖泥的厚度依次排斗開挖，挖完一個(gè)斷面時(shí)，用水砣進(jìn)行水深自檢，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)挖深后，前移挖下一斷面，依此類推，每次前移的距離為抓斗挖泥的寬度（圖3）。

邊坡的開挖按施工設(shè)計(jì)邊坡分臺(tái)階進(jìn)行開挖，本工程疏浚設(shè)計(jì)邊坡為l:6，故施工時(shí)取2.0m臺(tái)階施工，也可以利用定深系統(tǒng)開挖邊坡。在開挖邊坡時(shí)，使抓斗的中心位置處于邊線上，這樣就開挖形成了一個(gè)開挖臺(tái)階，為保證邊坡的開挖質(zhì)量在挖邊坡時(shí)，要嚴(yán)格控制挖泥航線和臺(tái)階的挖深，另需考慮風(fēng)向、水流等因素。

4.4 疏浚泥土拋卸

為保證施工船只將疏浚土按要求運(yùn)至指定區(qū)域，每條泥駁均配備GPS、AIS、攝像監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)泥船只嚴(yán)格監(jiān)控，每條投入運(yùn)泥的泥駁必須進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，疏浚土裝入自航泥駁運(yùn)至業(yè)主單位指定納泥區(qū)。

5.通航安全保障措施

加強(qiáng)與周邊碼頭泊位的溝通聯(lián)系，建立微信聯(lián)絡(luò)群，及時(shí)掌握每周船舶進(jìn)出港計(jì)劃。施工船舶之間建立良好的溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度管理，保持施工船舶在各自施工區(qū)內(nèi)施工，嚴(yán)厲禁止施工船舶在施工作業(yè)區(qū)以外的區(qū)域內(nèi)施工，以免發(fā)生沖突或相互干擾，甚至發(fā)生船舶碰撞事故。

施工船舶決不擅自改變施工作業(yè)區(qū)范圍，承諾不在劃定施工區(qū)以外水域施工。確需改變，將按程序報(bào)請(qǐng)相關(guān)部門批準(zhǔn)。加強(qiáng)對(duì)泥駁的安全管理，對(duì)船員進(jìn)行充分的安全意識(shí)培訓(xùn)，提高業(yè)務(wù)能力，并做好充分的調(diào)度管理工作。

制定嚴(yán)密的《水上施工安全管理辦法》和應(yīng)急方案，確保所有船舶遵章守紀(jì)，不搶航、不違章、進(jìn)出有序。同時(shí)留有應(yīng)急船舶以防萬(wàn)一。[3]施工期間，安排1艘警戒船進(jìn)行警戒值班、1艘應(yīng)急拖輪進(jìn)行應(yīng)急值守，并充分發(fā)揮警戒船的警戒作用，24小時(shí)守聽VΗF69/VΗF16頻道，保持AIS正常開啟，加強(qiáng)與周圍船舶的溝通協(xié)調(diào)，及時(shí)引導(dǎo)。

6.結(jié)論

通過(guò)對(duì)福建泉州某航道疏浚工程交叉段施工的研究，立足施工船舶選型分析、施工方案比選研究，以及施工方法和工藝的控制，航道施工與航道運(yùn)營(yíng)實(shí)現(xiàn)較好的平衡，在疏浚施工順利完成的同時(shí)，將對(duì)保證港口正常營(yíng)運(yùn)和通航安全的影響降到了最低，未發(fā)生任何緊急和突發(fā)事件，港區(qū)正常不間斷運(yùn)營(yíng)。本文選例在我國(guó)沿海港口航道疏浚施工中具有較強(qiáng)的代表性，本文中研究設(shè)備選型、方案選擇、施工工藝以及通航施工安全措施對(duì)類似運(yùn)營(yíng)航道交叉段施工具有較高的借鑒價(jià)值和參考意義。