淺談“開挖泥駁船位法”在淺灘挖泥施工中的應(yīng)用

林杰 尹龍飛 劉國晉 中交廣州航道局有限公司

1.淺灘挖泥難點(diǎn)

常規(guī)疏浚工程，施工區(qū)水深充足，疏浚施工船舶有效作業(yè)時(shí)間不受水深限制，船舶效率可得到較充分發(fā)揮。淺灘清淤疏浚工程不同于常規(guī)疏浚工程，施工船舶需要乘潮施工[1]，其疏浚施工特點(diǎn)為有效作業(yè)時(shí)間短、產(chǎn)量低、船舶停置率高、泥駁存在較大擱淺風(fēng)險(xiǎn)。

為有效解決淺灘施工區(qū)水深不足對(duì)泥駁有效施工時(shí)間限制，僅采用乘潮施工往往達(dá)不到理想效果，根據(jù)工程實(shí)例采用抓斗船在低潮等駁期間開挖泥駁船位的方法可使泥駁有效作業(yè)時(shí)間顯著增加，是應(yīng)對(duì)淺灘挖泥難點(diǎn)的新思路。

2.提前開挖泥駁船位工藝介紹

2.1 工藝介紹

2.2 開挖泥駁船位要點(diǎn)

（1）開挖后泥駁船位的縱深需大于泥駁船一次裝駁的推進(jìn)距離。

圖1 抓斗船開挖泥駁船位流程圖

圖2 抓斗船開挖泥駁船位示意圖

（2）泥駁船位的寬度需大于最大泥駁型寬且預(yù)留3m，以避免開挖后兩側(cè)滑坡導(dǎo)致泥駁擱淺。

（3）抓斗船開挖船位時(shí)的疏浚物暫時(shí)堆放至泥駁船位兩側(cè)，待泥駁正式裝駁時(shí)予以挖除。

2.3 開挖泥駁船舶解決的問題

提前開挖泥駁船位，主要解決三個(gè)方面的問題：

第一方面：泥駁船頭擱淺的問題。為泥駁船創(chuàng)造了一個(gè)更為安全的裝駁條件，減小了施工過程中或滿載離駁時(shí)泥駁船頭擱淺在淺灘上的概率。

第二方面：施工效率低的問題。對(duì)于出現(xiàn)地質(zhì)較硬，開挖難度大的土質(zhì)情況，充分利用非挖泥裝艙時(shí)間，可以提前抓松擬開挖區(qū)域，先放至泥駁船位兩側(cè)。待抓斗船正式裝駁時(shí)，由于土質(zhì)已開挖過一遍，抓斗船的施工效率將大幅度提升。

該方案的優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)獨(dú)立，降低外界干擾；②縮短自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造工期；③自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)組態(tài)編程（復(fù)雜的燃燒計(jì)算及控制邏輯） 和調(diào)試（相關(guān)程序根據(jù)現(xiàn)場情況需不斷進(jìn)行修正）由焚燒爐獨(dú)立完成，成套集成度高，可有效縮短現(xiàn)場調(diào)整作業(yè)時(shí)間。ACC就地控制柜和DCS可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，常規(guī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控也可以由DCS系統(tǒng)完成；④作業(yè)培訓(xùn)后，上位機(jī)操作及現(xiàn)場控制柜維護(hù)比較簡單（ACC柜不需經(jīng)常維護(hù)，核心PLC免維護(hù)）。

第三方面：有效裝駁時(shí)間不足的問題。最大化的減小潮位對(duì)本工程的影響，可以提前安排吃水較淺的泥駁進(jìn)入事先開挖好的泥駁船位中進(jìn)行裝泥，以提高裝泥時(shí)長。

3.工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

本項(xiàng)目施工區(qū)總面積約354.2萬m2，疏?？偣こ塘?100.6萬m3（不含超挖、超寬、回淤），施工區(qū)清淤底標(biāo)高為1.243m（理論基準(zhǔn)面）。本項(xiàng)目地貌屬濱海地貌，低潮時(shí)多為灘涂，工程區(qū)域地勢(shì)開闊，地形起伏較大，施工區(qū)西側(cè)靠近航道水深較深，平均標(biāo)高約達(dá)-9m（理論基準(zhǔn)面），往岸側(cè)水深逐漸變淺，最淺區(qū)域標(biāo)高達(dá)-3m（理論基準(zhǔn)面）。

圖3 施工區(qū)平面圖

本項(xiàng)目所處區(qū)域原始泥面較高，而開挖后的水深較淺（理論基準(zhǔn)面以下1.2m左右），泥駁需乘潮才能滿足作業(yè)條件。施工區(qū)為正規(guī)半日潮流，每天兩次高潮兩次低潮。為此，正常情況下泥駁一個(gè)潮位只能完成一次裝駁作業(yè)。

3.2 抓斗船開挖泥駁船位的應(yīng)用

3.2.1 抓斗開挖泥駁船位時(shí)段選擇

本項(xiàng)目在場抓斗船的正常吃水在2.1m-2.3m之間，吃水較淺。利用抓斗船吃水較淺的先天優(yōu)勢(shì)，抓斗船可利用的非挖泥裝艙時(shí)間有兩個(gè)時(shí)段：

第一個(gè)時(shí)段：潮水在漲潮時(shí)段。潮位未能滿足泥駁靠駁裝泥條件（為了避免裝艙速度過快導(dǎo)致泥駁滿載后擱淺，泥駁靠駁裝泥的潮位需滿足2.7m及以上）。抓斗船可以利用潮位從1.5m（外側(cè)已開挖區(qū)域水深已達(dá)1.2m以下）漲至2.7m的這個(gè)時(shí)段來開挖泥駁船位。

第二個(gè)時(shí)段：潮水下降時(shí)段。為確保泥駁滿載后能夠順利離開施工區(qū)，要求潮位在3.7m左右泥駁離駁。抓斗船可以利用潮位從3.7m下降至2.1m的這個(gè)時(shí)段，進(jìn)行泥駁船位的開挖。

3.2.2 泥駁船靠離駁時(shí)點(diǎn)控制

為便于了解本工程通過開挖泥駁船位后，在各種潮位的環(huán)境條件下，在場泥駁的施工規(guī)律，特從6月份小潮、正常潮位和大潮三種潮位中各取一天為例，施工過程數(shù)據(jù)如表1所示。

3.2.3 抓斗船裝駁施工過程

為確保抓斗船組（以抓斗船組為1抓配3駁為例）施工后的開挖質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，且不因超挖造成過多的廢方，泥駁船靠駁時(shí)將結(jié)合泥駁空載吃水、潮位情況、泥駁艙容等多方面因素進(jìn)行綜合考慮。

圖5 第2艘泥駁裝駁示意圖

第1艘泥駁正式進(jìn)入預(yù)先開挖好的泥駁船位中，抓斗船將在泥駁船位開挖過程中堆放區(qū)域施工（泥駁船位右側(cè)區(qū)域開挖），該位置開挖厚度大、施工效率高，如圖4所示。

第2艘為三艘泥駁中艙容最大的泥駁，目的是使第二艘泥駁滿載后抓斗船開挖出的船位可滿足最后一條泥駁的裝駁前進(jìn)距離，抓斗船將在泥駁船位左側(cè)區(qū)域開挖，該位置開挖厚度大、施工效率高。

第3艘泥駁緊挨第二艘泥駁船位進(jìn)行裝駁，如圖6所示。

圖6 第3艘泥駁裝駁示意圖

經(jīng)過抓斗船組提前開挖泥駁船位后，淺灘區(qū)域工作面逐漸打開，為后續(xù)泥駁裝駁提供足夠的船位空間。施工過程中，可以根據(jù)需要開挖泥駁船位，加強(qiáng)對(duì)施工水位的監(jiān)測(cè)[2]，確保施工的連續(xù)性。以此類推，抓斗船組可逐步向岸側(cè)淺灘持續(xù)推進(jìn)。

表2 有效裝泥時(shí)長對(duì)比分析表

3.3 應(yīng)用效果分析

3.3.1 有效裝泥時(shí)長提高

本工程通過開挖泥駁船位后，潮位在240時(shí)泥駁即可滿足靠駁裝泥條件（泥駁船位水深已開挖至0.7m以下，泥駁空載吃水2.7<3.1m=潮位2.4m+泥駁船位水深0.7m），而最后一條泥駁離駁潮位退至370（泥駁滿載吃水3.6m＜4.4m=潮位3.7m+泥駁船位水深0.7m）還可安全離駁。即使在小潮時(shí)段，也可滿足一個(gè)潮位裝駁3船，可有效保障施工時(shí)長和產(chǎn)量的穩(wěn)定性。同時(shí)，施工時(shí)安排靠駁與離駁緊密錯(cuò)開以提高船機(jī)利用率[3]。

通過改善抓斗船施工方法，本項(xiàng)目月有效裝泥時(shí)長，從原來的每月254小時(shí)，提升至每月360小時(shí)，提升106小時(shí)，提升占比達(dá)42%，有效的保障了抓斗船的施工時(shí)間。

3.3.2 產(chǎn)量提升

項(xiàng)目產(chǎn)量從原來每月13.4萬m3，提升至17.6萬m3，月產(chǎn)值提升了4.2萬m3，提升比例32%。

3.3.3 減少泥駁擱淺風(fēng)險(xiǎn)

抓斗船為泥駁裝駁時(shí)，為提高泥駁船滿載航行時(shí)的穩(wěn)定性和安全性，所開挖疏浚物一般卸放靠泥駁船的中后艙。為實(shí)現(xiàn)泥駁裝駁時(shí)中后艙的目的，泥駁船船頭需較抓斗船船身向前多探出10-15m（泥駁船頭探出長度，視不同型號(hào)泥駁船的船長以及抓斗船吊臂旋轉(zhuǎn)半徑等因素而異）。淺灘環(huán)境下，在未開挖泥駁船位時(shí)，船頭因還未開挖，有效施工時(shí)間不足，泥駁容易發(fā)生擱淺事件。通過抓斗船開挖泥駁船位后，泥駁滿載時(shí)仍有足夠的富余水深，確保泥駁可以順利離駁，大大減小了泥駁擱淺的風(fēng)險(xiǎn)。

表3 產(chǎn)量分析表

4.結(jié)論及推廣意義

抓斗船組“提前開挖泥駁船位法”在淺灘環(huán)境下的疏浚項(xiàng)目，不僅有效的保障了抓斗船組的作業(yè)時(shí)長、提高了產(chǎn)量，同時(shí)也大大減小了泥駁船在滿載后擱淺的風(fēng)險(xiǎn)。抓斗船組“提前開挖泥駁船位法”在本項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)例，得到了有效的驗(yàn)證。該施工工藝富有推廣意義，對(duì)于類似淺灘疏浚項(xiàng)目，有較強(qiáng)的參考借鑒意義。