港航工程基槽開挖與港池疏浚施工問題探討

王維，王娟

（長江重慶航道工程局，重慶 400011）

1 工程概況

某港航工程航道長41.7km，2020 年汛期該航道中下游地區(qū)受到持續(xù)高溫少雨的影響，水位持續(xù)降低；9～10 月上游水利工程蓄水后下泄流量銳減，淺灘下移，河道內(nèi)大量泥沙淤積，該航道段淤積情勢也日趨嚴(yán)重。必須盡快展開航道清淤疏浚，為正常通航提供保證。此次施工內(nèi)容包括巷道基槽開挖及港池疏浚等部分，根據(jù)設(shè)計要求，疏浚范圍應(yīng)達(dá)到-23.5m，疏浚土必須運(yùn)抵指定的拋泥區(qū)。結(jié)合地勘資料，該航道疏浚區(qū)主要分布淤泥、巖石、細(xì)砂等土質(zhì)，按照航道里程計算的總疏浚量達(dá)到1781.64×104m3，包括1746.98×104m3的淤泥與細(xì)砂，34.66×104m3的巖石。

2 施工難點(diǎn)

該港航工程疏浚區(qū)位于外航道，在季風(fēng)影響下涌浪大，為保證施工安全及工效，必須配備抗風(fēng)浪性能較好的大型挖泥船。結(jié)合航道設(shè)計水深，擬疏浚開挖深度大，挖泥船設(shè)計挖深必須滿足清淤要求。疏浚區(qū)巖石為中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖石量不大但分布廣泛，未探明孤立巖石淺點(diǎn)多，實(shí)際疏浚巖石量其實(shí)比地勘資料及設(shè)計方案中鉆孔確定的巖石量多[1]。

為保證港航基槽開挖及港池疏浚施工質(zhì)量，必須嚴(yán)格遵循施工流程。基于測量控制點(diǎn)復(fù)核結(jié)果及引測數(shù)據(jù)，必須對施工面實(shí)施復(fù)測，校核基槽泥面標(biāo)高；通過GPS定位儀準(zhǔn)確定位基槽開挖點(diǎn)，并標(biāo)注。同時使用測深儀測量標(biāo)注點(diǎn)，結(jié)合測量結(jié)果設(shè)置淤泥卸除點(diǎn)浮標(biāo)，為基槽清淤、清礁等提供參照。待淤泥拋卸任務(wù)完成后，分段開挖基槽，直至滿足設(shè)計要求。

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工控制測量

該港航工程采用DGPS 定位儀展開船機(jī)定位、測量及標(biāo)識，定位儀連接計算機(jī)，可將疏浚區(qū)相關(guān)坐標(biāo)參數(shù)實(shí)時輸入系統(tǒng)，開挖范圍、航機(jī)位置等數(shù)據(jù)和圖像便實(shí)時顯示在電腦端，供操作人員參照。

3.1.1 測量控制

在施工區(qū)附近岸坡處設(shè)置DGPS 定位儀差分參考臺。在零基線檢測時，應(yīng)將GPS 接收天線和DGPS 接收機(jī)天線安裝在DGPS 差分參考臺基準(zhǔn)點(diǎn)處，同時與計算機(jī)相連，接收過程中由軟件不間斷記錄數(shù)據(jù)信號，并與基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)展開比較，將誤差控制在設(shè)計范圍內(nèi)。為便于基線檢測，應(yīng)將DGPS 接收天線安裝在距離差分參考臺50～80km 處的已知點(diǎn)，將軟件記錄的定位信號與設(shè)計值比較，控制誤差。港航工程測量控制設(shè)備配置及精度見表1。

表1 測量設(shè)備配置及精度

基槽開挖及港池疏浚施工前，根據(jù)甲方所提供的水準(zhǔn)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場潮位觀測結(jié)果，設(shè)立驗(yàn)潮站并構(gòu)建起潮位遙報系統(tǒng)，向測船和挖泥船提供實(shí)時潮位信息。

為展開平面位置測量控制，應(yīng)采用DGPS 展開導(dǎo)航定位。每個挖泥船均安裝有疏浚工程電子地形控制系統(tǒng)軟件，可與計算機(jī)聯(lián)合使用。DGPS 在接收衛(wèi)星信號時還會接收到路地平面測控點(diǎn)基準(zhǔn)臺發(fā)送的差分信號，進(jìn)而鎖定挖泥船的準(zhǔn)確坐標(biāo)、設(shè)計疏浚區(qū)相對位置及疏浚區(qū)不同標(biāo)高泥面，以圖形形式實(shí)時顯示。

借助挖泥船挖深顯示儀，可以直接讀取實(shí)時相對挖泥深度；安裝在潮位觀測站的自動遙測儀會將潮位變化數(shù)據(jù)傳送至挖泥船，操耙手據(jù)此調(diào)整耙頭下放及入泥深度。

3.1.2 水深測量

港池疏浚前必須測量施工區(qū)水深，根據(jù)復(fù)測結(jié)果預(yù)測水深情況對施工過程可能的影響。按照1:500 的測量圖精度，使用HD6000 RTK 定位系統(tǒng)在測控點(diǎn)設(shè)置測量基站，通過移動點(diǎn)和已知點(diǎn)的比對校核，將誤差控制在設(shè)計范圍內(nèi)后施測。在現(xiàn)場校準(zhǔn)后使用多波束測深儀展開疏浚區(qū)水深測量；測量數(shù)據(jù)由水深測量軟件和成圖軟件自動獲取并處理。外業(yè)資料經(jīng)檢查無誤后，錄入計算機(jī)保存。

疏浚施工過程中通過HD6000 RTK 定位系統(tǒng)在控制點(diǎn)設(shè)置基站，將移動站和已知點(diǎn)比較并將誤差控制在允許范圍內(nèi)，此后使用校準(zhǔn)后的多波束測深儀施測。按照與航道軸線平行的方向布設(shè)測線，并根據(jù)實(shí)際水深確定每條線可測寬度。施測前根據(jù)需要確定寬度，測量數(shù)據(jù)由計算機(jī)保存。

港池疏浚任務(wù)完成后，由施工方展開浚后測量，檢測疏浚效果，自檢合格后方可報監(jiān)理驗(yàn)收。定位操作與疏浚前和疏浚施工相同，均按1:500 的測量圖精度，通過HD6000 RTK 定位系統(tǒng)在測控點(diǎn)布設(shè)測量基站，比對無誤后施測。

3.2 基槽挖泥

對于港航工程而言，基槽開挖應(yīng)與疏浚區(qū)域自然段劃分順序一致，考慮到該港航工程地理位置特殊，如果在雨季施工，挖泥船受到浪涌影響后航速會降低。按照設(shè)計要求及調(diào)查結(jié)果，該航道挖泥船雨季和旱季航行速度分別為2.0～2.5kn 和2.5～3.0kn。施工開始后，挖泥船按固定航行速度駛向基槽開挖點(diǎn)，待接近指定位置，逐漸降低航行速度，就位后發(fā)出備靶指令。操耙手接收到相關(guān)指令后將耙臂彎管和吸入口相連，并相繼打開泥漿泵和外排閥，將清淤過程中吸入船艙的清水排出，以增大淤泥吸入量，提升挖泥工效。在挖泥船抵達(dá)挖槽起點(diǎn)后，駕駛員向操耙手發(fā)出命令，操耙手隨即將耙頭放置于泥面，將泵機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至正常后啟動挖泥模式；其間應(yīng)加強(qiáng)儀表盤觀察，如發(fā)現(xiàn)指標(biāo)濃度升至合理范圍，則應(yīng)開啟裝艙閥，并關(guān)閉外排閥，將淤泥裝艙。在挖泥過程中，為確保下耙深度，操耙手必須對淤泥濃度、機(jī)械工作壓力、流速等指標(biāo)展開實(shí)時監(jiān)控，以隨時調(diào)整下耙深度[2]。

在挖泥船行駛至挖槽終點(diǎn)，應(yīng)將耙頭和耙中提升至安全高度，并待船艙內(nèi)泥漿濃度降至設(shè)計限度以下后開啟外排閥，關(guān)閉裝艙閥，將淤泥內(nèi)多余清水排出，此后結(jié)束挖泥。

3.3 航道挖槽

在此次航道挖槽施工期間，主要采取溢流裝艙工藝，分段、分條及分層控制施工。按照港航工程疏浚土分布及航道平面布置，劃分出12+0～16+0、22+0～26+0、27+0～30+0 及32+0～40+0 等四個開挖段落，并依托航道挖槽設(shè)計寬度，將每個開挖段落劃分成4 條展開施工?？紤]到各開挖區(qū)段淤泥層深和層厚不盡相同，為確保施工質(zhì)量，必須展開分層控制，將各淤泥層厚度控制在2.0～2.5m 之間。

在開挖基槽的過程中，因受潮汐、通航等因素的影響，出現(xiàn)超欠挖的可能性較大，挖泥船實(shí)際工作狀態(tài)也與設(shè)計要求存在一定差別；基槽縱坡開挖結(jié)果也可能與預(yù)期效果不同。為此，必須展開基槽開挖過程、開挖深度等的實(shí)時監(jiān)控，傳統(tǒng)的聲吶測距儀檢測設(shè)備無法對開挖過程展開動態(tài)化測量，對超欠挖等情況控制效果相當(dāng)一般。故該港航工程基槽開挖期間主要在挖泥船底部安裝水下地形掃描儀，在每次開挖深度達(dá)到10nm 時，便展開1 次深度量測，并以聲吶為基準(zhǔn)校調(diào)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對基槽開挖過程的實(shí)時監(jiān)控與精準(zhǔn)管控。

3.4 港池疏浚

為降低港池疏浚施工期間的噪聲及對通航的不利影響，主要采用6m3抓斗挖泥船流水開挖（圖1）；通過300～600m3泥駁運(yùn)輸疏浚土，運(yùn)抵航道以東約600m 處的綜合客運(yùn)碼頭吹填。在綜合分析擬施工航道地質(zhì)資料及鉆探結(jié)果的基礎(chǔ)上得知，該港航工程擬施工區(qū)域巖區(qū)挖槽長度較短，孤石淺灘區(qū)多，為保證巖石集中區(qū)破巖結(jié)果滿足設(shè)計深度，必須對相關(guān)巖層展開絞吸以分層分條；待巖石達(dá)到絞碎狀態(tài)，通過排泥管吹至航道外二次清理。對于孤立巖石淺區(qū)，應(yīng)通過絞吸船或抓斗船粉碎巖石。

圖1 6m3 抓斗挖泥船就位示意圖

該航道24+0～26+7 段存在砂脊，疏浚前最淺水深為-9.8m，這種地形上的突變增大了疏浚開挖難度。為降低滿載挖泥船觸底風(fēng)險，應(yīng)通過絞吸船對該區(qū)域內(nèi)砂脊展開分層開挖，將其調(diào)整至合適深度。

該航道工程港池疏浚期間，投入1 艘6m3抓斗式挖泥船，并配備自航式泥駁展開港池疏浚。在操耙手的控制下，抓斗船在空中展開空斗并放線，借助抓斗自重切入泥層，并加強(qiáng)切入深度控制；此后將泥斗閉合，待裝滿疏浚土的泥斗提升出水面后轉(zhuǎn)動斗臂、移動至泥駁上方，開斗卸泥；抓斗卸空后反轉(zhuǎn)斗臂，將空斗拋入開挖區(qū)。

疏浚開挖區(qū)按照施工范圍分區(qū)、分條、分層開挖。根據(jù)抓斗挖泥船拋錨長度將港池區(qū)劃分成若干施工區(qū)域，每個區(qū)域約100m 長；根據(jù)挖泥船清挖寬度，順航道軸線分條，并按照挖泥船每次可挖寬度確定每條挖槽寬度；每層開挖厚度按照1.0～2.0m 確定，直至開挖至設(shè)計標(biāo)高；相鄰分區(qū)及分條間按1.0～2.0m 寬度搭接，避免發(fā)生漏挖。

抓斗挖泥船挖泥清淤期間必須拋出4 具錨，船艏拋八字錨，拋錨方向和挖槽間形成35～45°夾角；船艉拋交叉錨，以控制船艉橫向移動[3]。挖泥船定位過程中應(yīng)加強(qiáng)抓斗間距控制，扇形開挖時，相鄰兩次下斗應(yīng)重疊1/4～1/3 抓斗寬度。開挖過程中，應(yīng)從外向內(nèi)分條開挖，避免出現(xiàn)超欠挖，以控制港池疏浚質(zhì)量。

4 結(jié)論

綜上所述，基槽開挖和港池疏浚是港航工程建設(shè)施工中兩項關(guān)鍵內(nèi)容，對航道建設(shè)進(jìn)度及工程質(zhì)量影響較大，并能為港航工程建設(shè)施工提供可靠的水下管道填埋條件，避免過度損傷航道生態(tài)環(huán)境。挖泥船底部安裝水下地形掃描儀以及DGPS 定位儀及相關(guān)測量技術(shù)、軟件應(yīng)用于該港航工程后，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)聲吶測距儀檢測設(shè)備無法對開挖過程展開動態(tài)化測量的缺陷，測量過程更加簡化，測量結(jié)果精確度顯著提升，為航道基槽開挖和疏浚提供了可靠保證。