大型鏟斗挖泥船在長江中游淺窄水道維護性疏浚施工中的應用

馬策，張仁杰

（長江宜昌航道工程局，湖北 宜昌 443000）

長江中游蘆家河、枝江、江口等水道歷來為長江中游重點淺險礙航水道，作為葛洲壩近壩河段航道，受三峽水庫梯調影響最為明顯，尤其是三峽蓄水期和枯水期，水位、流量下降較快且日變幅變化較大，致使中游重點淺險水道的水深和航道寬度滿足不了航道暢通安全的需要。為了進一步提高黃金水道的通過能力，向社會提供更加暢通高效的航道條件，航道維護尺度不斷提高，從2.9 米提高至3.0 米、3.2 米，目前已經提高至4 米運行，短短幾年的時間，提高幅度達1 米。由于該河段為砂卵石河床，所用船型為抓斗挖泥船，隨著維護尺度的不斷提高，工程量也越來越大。由于抓斗挖泥船施工效率低，挖掘能力受限，枯水期航道維護疏浚所面臨的壓力也越來越重，為有效提升長江中游航道維護疏浚能力，適應航道快速發(fā)展和航道維護標準不斷提高的發(fā)展形勢，保障航道安全暢通，特引進航道維護鏟斗挖泥船，主要承擔長江葛洲壩下近壩航道卵石淺灘航道維護疏浚，兼顧長江三峽庫區(qū)鳊魚溪以下航道、兩壩間航道應急疏浚。

1 疏浚淺灘概況

長江中游宜昌至大埠街約110 公里，為山區(qū)河流向平原河流轉變的過渡段，砂卵石河床，兩岸多低矮的山丘、階地發(fā)育。三峽工程蓄水以來，河床出現了較為顯著的沖刷下切，但由于沿程河床組成的不均勻性，相應水位下降幅度也不一致。水位下降不均勻帶來了兩方面的航道問題，一方面，局部河床高凸區(qū)域難以沖刷下切，在水位持續(xù)下降的背景下局部水深日益緊張，航道尺度不足。另一方面，枝城至昌門溪段水位下降幅度遠小于昌門溪以下河段，造成局部河段坡陡、流急現象加劇，局部卵石淺灘區(qū)域出現了卵石搬運堆積現象，造成了淺區(qū)航道條件的惡化。其中關洲水道位于蘆家河水道上游，長約10.6km，為微彎分汊型河段。該河段自然條件下航道條件良好，三峽蓄水初期，關洲水道總體沖刷，但是沖刷量不大，2009 年以后，該河段開始進入劇烈沖刷期，由于本河段位于枝城大橋橋區(qū)下游，且右汊進口淺區(qū)航寬受限，船舶通航安全隱患較大，為保障本河段枯水期維護尺度及船舶通航安全，對關洲水道右汊進口航槽進行拓寬是有必要的。

圖1 關洲水道平面示意圖

2 施工船舶選擇及主要施工工藝

2.1 疏浚施工船舶選擇

關洲水道疏浚施工區(qū)河床以膠結卵石為主，俗稱為“礁巴賴”，其強度較高、整體性較好，在地質鉆探取樣時易破壞被誤認為是密實的卵石，普通抓斗挖泥船對該土質挖掘困難，根據挖泥船對疏浚巖土的可挖適用性，綜合考慮施工難易程度、機具的功效及質量要求，以及目前關洲水道航道條件，采用“長鷹8 號”疏浚船進行施工。

該船由武昌船舶重工集團有限公司建造，該船為單體、鋼質、全焊接結構，帶輔助推進的非自航鏟斗挖泥船，船體長72.35 米，型寬20.8 米，型深4.8 米，設計吃水3.2 米。設有3 套功率為600 千瓦的主柴油發(fā)電機組，用于向推進電機、船上的液壓泵站以及全船其他用電設備供電。船尾部配置利勃海爾P995 大型反鏟挖機，配備兩種動臂和斗桿和三種鏟斗，根據動臂、斗桿和鏟斗的相互配合實現不同的挖深需求。

圖2 鏟斗挖泥船“長鷹8”

2.2 疏浚時機

為緩解疏浚施工與通航之間的矛盾，本水道疏浚時機需提前至高水期。本次關洲水道疏浚的目的是需要通過疏浚適當改善航槽航寬，平順航路，施工區(qū)域航寬較窄，枯水期疏浚施工與通航矛盾較大，高水期疏浚可減小汛后通航水域較窄時通航與疏浚之間的矛盾。考慮到船舶吃水安全限制，計劃2021 年5 月初開工，2021 年7 月底前完成。

圖3 水位、流量過程圖

2.3 主要施工工藝

采取逆水流方向，從挖槽區(qū)下部向上進樁挖泥。由拖輪將挖泥船拖帶入進入指定的疏浚區(qū)尾部，依次放下3 根鋼樁，通過GPS 導航系統(tǒng)進行精確定位。

（1）鏟斗挖泥船開工展布前應在導航圖上標示或用導標、浮標等在現場指示施工起點位置，進點時挖泥船至挖泥起點處下放鋼樁或鏟臂定住船位，再利用鋼樁和鏟臂精確就位。

（2）挖槽寬度超過鏟斗挖泥船一次所能開挖的寬度時應分條施工，分條寬度應根據當時挖深條件下鏟斗的回轉半徑和回轉角確定，由于土質為膠結卵石，分條寬度為20m；泥層平均厚度1.5m，施工時一次性開挖到設計標高。

（3）堅硬的土質和風化巖，配備小容量帶齒鏟斗，并采用挖掘與提升鏟斗同步挖掘法施工。

（4）挖掘不同土質的抬船高度、回轉角、鏟斗回轉角進量及鏟斗前移距等施工參數應通過試挖確定。

（5）反鏟挖泥船位于未開挖區(qū)域順挖槽后退挖泥，且施工中鏟斗未離地時不應擺動鏟臂。

圖4 反鏟挖泥船施工方法示意圖

3 質量控制措施

（1）船舶配備的IHC 挖泥輔助系統(tǒng)能主觀引導挖機手合理排斗從而避免重復挖、漏挖，同時通過角度傳感器實時定位鏟斗下放深度從而避免超挖、欠挖，實現疏浚“可視化”。

（2）浚測一體化系統(tǒng)實時對已施工區(qū)域進行測量，客觀反映施工質量，對IHC 輔助系統(tǒng)下的漏挖淺點進行再次清除。同時，根據測量結果可反證抓斗下放參數的合理性，兩套系統(tǒng)相輔相成，保證施工質量達到最佳。

圖5 IHC 挖泥輔助系統(tǒng)

4 結論

（1）鏟斗挖泥船“長鷹8”最大挖深22m，彌補了普通挖泥船高水期施工挖深不足的缺點，同時利用高水期進行疏浚施工，有效緩解了施工與通航的矛盾，減輕了枯水期維護疏浚施工的壓力。

（2）工程完工后，項目部進行了自檢測量，測量成果分析表明：設計挖槽平面位置、底標高均達到設計要求。關洲水道疏浚區(qū)測點1850 個，合格1850 個，斷面38 個，合格38 個，合格率100%。符合《水運工程質量檢驗標準》（JTS257-2008）中合格標準規(guī)定。

（3）該水道于2021 年5 月29 日調遣長鷹8 船隊進場關洲水道進行設備調試。2021 年6 月10 日開始，2021 年7 月24 日完成疏浚區(qū)的全部施工任務，完成工程量6 萬方。施工區(qū)域底質存在大量膠結卵石及黏土，克服了傳統(tǒng)抓斗船施工效率低下，確保按期完成了維護疏浚施工任務。