大型耙吸式挖泥船在淺水區(qū)疏浚工藝的應(yīng)用與探索

◎ 王燕丹 廣州打撈局

1.引言

在展開淺水區(qū)疏浚施工過程中，多使用絞吸船快速清理疏浚物，并與抓斗船混合使用，按照工程要求完成疏浚作業(yè)。但由于船舶調(diào)遣費(fèi)用較高，且相關(guān)資源處于匱乏狀態(tài)，不僅增加工程成本，還會(huì)提高作業(yè)難度。為解決這一問題，本文將大型耙吸式挖泥船運(yùn)用于淺水區(qū)疏浚工藝，創(chuàng)新施工工藝，改善船舶的吃水情況，實(shí)現(xiàn)大型耙吸式挖泥船靈活作業(yè)。

2.大型耙吸式挖泥船特點(diǎn)

大型耙吸式挖泥船被劃分成吸揚(yáng)式類目中，主要利用船體尾部和兩側(cè)的耙頭吸入大量的泥漿，做到一邊航行、一邊吸泥，并通過泥耙疏松土壤，將吸入的泥土放入船底泥艙。大型耙吸式挖泥船分成對耙式、單耙式，主要分布于船體兩側(cè)和中間位置。相對于其他挖泥船，大型耙吸式挖泥船綜合作業(yè)效率較高，具有良好的抗風(fēng)浪性能，船體較為靈活，比較適用于沿海港口、江面等區(qū)域作業(yè)，或者無掩護(hù)且風(fēng)浪較大的河口、濱海地區(qū)[1]。

具體作業(yè)過程中，此種類型挖泥船實(shí)現(xiàn)從海底挖泥，作業(yè)原理與真空吸塵器相似。船體可安裝一臺(tái)或多臺(tái)離心泵，在離心泵的作用下吸入泥漿，再轉(zhuǎn)移至泥艙，整個(gè)作業(yè)過程能夠在行駛狀態(tài)下完成，當(dāng)泥艙裝滿后移動(dòng)至拋泥區(qū)，從艙底區(qū)域排出泥漿。正常情況下，大型耙吸式挖泥船多用泥艙容量表示規(guī)格，挖深在3-35米左右，可作業(yè)于風(fēng)浪較大的區(qū)域。挖泥船還設(shè)有橫向推進(jìn)器，作業(yè)期間不需要利用錨索固定，對船體行駛狀態(tài)影響較小，但也具有一些缺點(diǎn)，如若作業(yè)地區(qū)地質(zhì)較硬將出現(xiàn)挖不動(dòng)的情況、不適用于狹窄水域。

3.疏浚施工難點(diǎn)和應(yīng)對措施

疏浚施工過程中，若疏浚線路較長，且航道彎曲，僅僅通過一次定位挖泥船，難以滿足工程作業(yè)需求，并且隨著施工的不斷推進(jìn)，需要針對性調(diào)整橫纜和主纜的位置。當(dāng)前，岸線在人為因素、水流的干擾下，被嚴(yán)重破壞，縮小了布設(shè)系纜設(shè)置的空間，間接提升了船舶定位難度。為解決以上問題，處于疏浚工程準(zhǔn)備階段時(shí)，需要作業(yè)人員做好前期勘探工作，利用新型設(shè)備測量數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)確定航道內(nèi)作業(yè)位置，并根據(jù)岸線的基本情況，選擇最恰當(dāng)?shù)南道|設(shè)施布置方案，還應(yīng)做好原始資料的匯集和整理工作。完善和優(yōu)化定位作業(yè)方案時(shí)，需參考疏浚區(qū)域的形狀和地理環(huán)境，確定最佳的疏浚順序。同時(shí)，保障橫纜、主纜布置的合理性，盡可能地做到一次定位滿足所有區(qū)域的作業(yè)要求，避免反復(fù)展開定位作業(yè)。施工人員應(yīng)提前進(jìn)入疏浚區(qū)域檢查，借助現(xiàn)有設(shè)備觀察和記錄水位變化情況，當(dāng)水位符合施工要求，立刻設(shè)置系纜設(shè)施[2]。

另外，疏浚施工過程中，還存在流速過高、流態(tài)混亂、航道彎曲的情況，導(dǎo)致定位時(shí)存在較多的不確定因素，增加了作業(yè)難度。為解決這一施工難點(diǎn)，施工人員應(yīng)根據(jù)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合施工現(xiàn)場勘探結(jié)果，制定可行性較高的定位作業(yè)方案，并考慮到施工期間各種不確定因素，更改和優(yōu)化指導(dǎo)作業(yè)方案。此外，完善施工交底制度，對施工人員展開系統(tǒng)化安全教育，明確各個(gè)崗位的職責(zé)，并遵守相關(guān)注意事項(xiàng)。選擇挖泥船時(shí)，需考慮航道狹窄、流速大等因素帶來的影響，促進(jìn)工程施工有序進(jìn)行。不僅如此，疏浚工程階段極易與正常航行產(chǎn)生矛盾，對此施工部門應(yīng)提前與海事部門溝通交流，結(jié)合通航情況合理調(diào)整施工方案，并增設(shè)施工標(biāo)志，防止出現(xiàn)重大安全事故，產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。

4.工程基本情況

為更好地分析大型耙吸式挖泥船的運(yùn)用情況，本文以新建離岸式碼頭疏浚工程為例，疏浚工程的基本情況：項(xiàng)目設(shè)計(jì)底高程為-15.1米，最大疏浚深度為13米，整個(gè)工程施工時(shí)間較為緊張，工程量大，其中疏浚東側(cè)、南側(cè)為陸地，西側(cè)不通航，北側(cè)屬于通行航道。根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，整個(gè)疏浚區(qū)域長度約為2千米，平均寬度為620米，作業(yè)面積約為120萬平方米。施工地點(diǎn)的水質(zhì)條件為：疏浚區(qū)域多為粉質(zhì)黏土，南側(cè)存在粉質(zhì)黏土混砂，表層淤泥中多為粉質(zhì)泥土。水文和風(fēng)浪條件為：本次工程疏浚區(qū)域處于淺水區(qū)，水深在2.5-6.5米左右，水深不超過4.5米的區(qū)域約占49%，水深超過6.5米的區(qū)域約占總面積的19%。另外，水流速度和風(fēng)浪具體條件為：工程作業(yè)位置距離開闊海域8千米，掩護(hù)條件良好，施工期間不會(huì)受到海風(fēng)帶來的影響。通過調(diào)查相關(guān)資料和實(shí)地勘察可知，碼頭入口處出最大潮汐流的速度0.79m/s，碼頭正面最大潮汐流的速度為0.85m/s。經(jīng)過對疏浚區(qū)域水文條件、風(fēng)浪條件等綜合分析，當(dāng)選擇傳統(tǒng)作業(yè)方式清理泥漿，需使用3個(gè)中型耙吸式挖泥船、1個(gè)抓斗船組，才可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成目標(biāo)作業(yè)內(nèi)容。工程成本投入較大，且施工期間機(jī)械設(shè)備常常相互影響、干擾，造成作業(yè)效率較低。為有效減少工程資金的投入，本工程選擇利用一個(gè)大型耙吸式挖泥船進(jìn)行淺水區(qū)疏浚作業(yè)。

5.淺水區(qū)疏浚工藝中大型耙吸式挖泥船的運(yùn)用

5.1 前期準(zhǔn)備工作

處于淺水區(qū)疏浚工藝前期準(zhǔn)備階段時(shí)，相關(guān)負(fù)責(zé)人應(yīng)仔細(xì)檢查施工關(guān)鍵設(shè)備，了解其運(yùn)行狀態(tài)和基本性能，并根據(jù)工程施工文件，逐一核對潮位儀數(shù)據(jù)、施工參數(shù)以及其他工程數(shù)據(jù)等，最大程度上減小施工誤差。同時(shí)，系統(tǒng)化校正耙具深度顯示，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)判斷作業(yè)期間大型耙吸式挖泥船吃水情況。組織挖泥長、駕駛員、值班工作人員熟悉工作區(qū)域，掌握疏浚作業(yè)區(qū)域的具體情況，了解通航環(huán)境、土質(zhì)情況。而施工人員應(yīng)明確工程作業(yè)注意事項(xiàng)，具備較高的安全意識，每次施工前佩戴完善的安全裝備，并仔細(xì)分析工程施工方案和疏浚區(qū)的地理環(huán)境、自然條件。

另外，負(fù)責(zé)人加帶領(lǐng)挖泥長、駕駛員等人員分析、探討施工方案和安全技術(shù)交底工作，綜合考慮各方面帶來的影響，明確相關(guān)規(guī)定和主要事項(xiàng)。并要求駕駛員具有豐富的駕駛經(jīng)驗(yàn)，了解大型耙式挖泥船的運(yùn)行原理和操作要點(diǎn)，一旦發(fā)生問題能夠合理化解決。此外，根據(jù)工程作業(yè)的影響因素，確定危險(xiǎn)點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)源，提前制定應(yīng)對措施，構(gòu)建安全的作業(yè)環(huán)境。不僅如此，利用現(xiàn)有資料、設(shè)備、人力等，探尋最佳施工方案。大型耙吸式挖泥船進(jìn)入施工區(qū)域時(shí)，駕駛員應(yīng)先駕駛船舶熟悉作業(yè)區(qū)域，了解挖泥船吃水情況，針對性調(diào)整工程作業(yè)方案。由于淺水區(qū)不同位置的土質(zhì)大相徑庭，對此要求作業(yè)階段委派施工人員準(zhǔn)確記錄相關(guān)參數(shù)的變化情況。

5.2 主要施工方法

為確保在工期內(nèi)高質(zhì)量完成作業(yè)內(nèi)容，本工程選擇容量大于1萬立方米的大型耙吸式挖泥船，此種規(guī)格的挖泥船在存油約為50%并裝載貨物的情況下，船尾吃水6.36米，在存油量低且未裝載貨物的情況下，船尾吃水6米。針對這一情況，結(jié)合本工程的具體情況，初步制定幾種淺水區(qū)疏浚施工方案，以此合理化解大型耙吸式挖泥船吃水問題。

1）抽艙旁通施工。作業(yè)階段，將泥艙內(nèi)部的殘留混合物全部清除干凈，減輕船舶不載物情況下的吃水，并且通過泥泵吸入疏浚土后，不經(jīng)過艙底直接向船體兩側(cè)排出，之后將淺水區(qū)域的泥沙轉(zhuǎn)移至較深區(qū)域。整個(gè)施工作業(yè)期間，大型耙吸式挖泥船的吃水高度不發(fā)生變化，漲潮期間挖泥船應(yīng)在更淺水域施工[3]。通過前期試驗(yàn)可知，經(jīng)過抽艙作業(yè)后挖泥船吃水減小0.5米，但采用此種方法時(shí)考慮泥泵作業(yè)效率，比較適用于疏浚土松散的淺水區(qū)域。

2）打開前泥門裝艙作業(yè)。本工程所選用挖泥船的泥門結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)錐形，當(dāng)船頭吃水小于船尾吃水時(shí)，可緩慢打開與船首距離最近的泥門，再進(jìn)行裝艙作業(yè)，以此減小船尾吃水的提升速度。當(dāng)泥泵將疏浚土吸入泥艙后，液體狀態(tài)下的淤泥混合物從前部泥泥門向外排出，固態(tài)、塑態(tài)的疏浚土沉淀至泥艙底部。此種方法比較適用于水深超過4.5米的疏浚區(qū)域。工程施工過程中，作業(yè)人員應(yīng)在合理運(yùn)用以上方法的基礎(chǔ)上，靈活調(diào)整壓載水儲(chǔ)量，仔細(xì)清理船尾位置的油艙，以此降低船舶的重量，促進(jìn)淺水區(qū)疏浚施工有序進(jìn)行。

3）控制溢流筒高度裝艙施工。具體施工過程中，不斷改變溢流筒的高度，緩解挖泥船吃水情況，未載物時(shí)在淺水區(qū)下耙，伴隨著吃水愈加嚴(yán)重，船舶逐漸向深水區(qū)航行。運(yùn)用此種施工方法時(shí)，依據(jù)疏浚區(qū)域土質(zhì)特點(diǎn)、運(yùn)輸距離等，科學(xué)確定溢流筒的高度。

5.3 疏浚船舶走線控制

淺水區(qū)疏浚施工期間，不僅需要通過以上方式緩解船舶吃水情況，還應(yīng)借助疏浚集成系統(tǒng)、動(dòng)力定位等，制定符合疏浚區(qū)域的船舶走線規(guī)則，明確具體施工要點(diǎn)和難點(diǎn)。同時(shí)，施工人員應(yīng)仔細(xì)疏浚區(qū)域作業(yè)圖、漲潮期間水位變動(dòng)情況，之后針對性制定淺水區(qū)挖泥施工方案、船舶疏浚路線圖，創(chuàng)造良好的施工條件。

作業(yè)階段，發(fā)揮大型耙吸式挖泥船的特點(diǎn)，形成挖槽形的高度差，使得疏浚土自然脫落，并利用疏浚集成控制系統(tǒng)、DPDT系統(tǒng)，按照最小安全施工水深展開作業(yè)。之后依據(jù)船舶航行方向和潮水高度，將挖泥船的耙壁伸至船體兩側(cè)的3～4米，再將耙頭放置于淺水區(qū)域作業(yè)。挖泥船航行時(shí)，應(yīng)仔細(xì)觀察和記錄流壓、風(fēng)速變化情況，了解航向與運(yùn)動(dòng)矢線之間夾角的變化規(guī)律，防止發(fā)生擱淺、壓耙等安全事故。通過合理化運(yùn)用淺水區(qū)疏浚工藝，大型耙吸式挖泥船能運(yùn)用于水深超過7米的淺水區(qū)域，并進(jìn)行全天不間斷的疏浚作業(yè)。參考潮位變化規(guī)律，打開前泥門裝艙作業(yè)時(shí)，挖泥船可作用于水深超過4.5米的區(qū)域[4]。

5.4 運(yùn)用效果分析

分析本工程中大型耙吸式挖泥船運(yùn)用效果時(shí)，需從淺水區(qū)域水深、潮流潮汐變化特點(diǎn)、挖泥船吃水情況、疏浚土質(zhì)等。分析結(jié)果為：當(dāng)潮位超過3米時(shí)，可以在水深2.5-4.5米的區(qū)域選用旁通施工方法；潮位在2-3米時(shí)，應(yīng)在水深4.5-6.5米的區(qū)域選用打開前泥門施工方法；潮位在1-2米時(shí)，在水深6.5-8.8的區(qū)域選用裝艙溢流施工方法；潮位小于1米時(shí)，主要作業(yè)區(qū)域?yàn)?.5米水深以上。疏浚工程作業(yè)方向?yàn)橛杀毕蚰?，水深逐漸減少，導(dǎo)致淺水區(qū)工作面難以滿足挖泥船持續(xù)化作業(yè)的條件。鑒于此，為有效增加工作面的面積，應(yīng)借助抽艙旁通的作業(yè)方法，每月按時(shí)展開為期兩天的工作面拓展作業(yè)，集中向南拓展100米。

6.淺水區(qū)疏浚工藝中大型耙吸式挖泥船的運(yùn)用質(zhì)量管控

由于本工程在淺水區(qū)域進(jìn)行疏浚作業(yè)，大型耙吸式挖泥船作業(yè)期間，應(yīng)根據(jù)潮水上漲、下落時(shí)間等，靈活調(diào)整作業(yè)時(shí)間。但施工階段挖泥布線受到外部因素的影響，加之大型耙吸式挖泥船也存在一些弊端。鑒于此，管理者應(yīng)立足于工程實(shí)際情況，考慮到疏浚區(qū)域具體情況，采取多元化的質(zhì)量管控措施，減少各種質(zhì)量問題出現(xiàn)次數(shù)，達(dá)到預(yù)期施工效果。具體而言：

（1）處于工程準(zhǔn)備階段，管理者應(yīng)按照要求在挖泥船電子圖形控制系統(tǒng)內(nèi)準(zhǔn)確輸入工程作業(yè)圖形、斷面等工程信息，并組織駕駛員、挖泥長、船長分析作業(yè)圖紙，了解開挖技術(shù)要求。

（2）提前進(jìn)入施工區(qū)域勘察，并在最恰當(dāng)?shù)膮^(qū)域增設(shè)驗(yàn)潮站，安裝現(xiàn)代化的自動(dòng)潮位報(bào)警器，并與挖泥船控制系統(tǒng)相連接，以便于實(shí)時(shí)更新潮位數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生異常情況，可第一時(shí)間通知作業(yè)人員，避免產(chǎn)生重大安全事故。挖泥船作業(yè)時(shí)，應(yīng)參考當(dāng)前吃水深度和潮位，確定耙頭下放深度[5]。

（3）當(dāng)運(yùn)用DTPS挖泥軌跡顯示系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)觀察開挖區(qū)域布線，嚴(yán)格管控挖泥船的運(yùn)行路線，保障開挖作業(yè)準(zhǔn)確性。并參考工程施工文件，設(shè)定具體開挖深度和寬度，再結(jié)合每天潮位變化規(guī)律，改變挖泥船的下耙深度。整個(gè)作業(yè)期間，需選擇分層挖掘作業(yè)方法，施工人員依據(jù)不同區(qū)域的土質(zhì)，設(shè)定分層深度。

（4）為提高作業(yè)的精準(zhǔn)度，技術(shù)人員應(yīng)定期校對下耙深度、顯示器，避免出現(xiàn)無效作業(yè)情況，而延長工程作業(yè)時(shí)間，致使工程施工成本增加。

（5）項(xiàng)目部門應(yīng)結(jié)合挖泥船實(shí)際運(yùn)用情況，以及具體施工進(jìn)度不定期檢查作業(yè)質(zhì)量，編制成完整的作業(yè)報(bào)告，并對存在的問題向施工人員反饋，分析問題出現(xiàn)的根本原因，制定最佳解決方案。其中超挖、漏挖屬于常見施工問題，可提前制定預(yù)防措施和拯救方案，降低對工程作業(yè)時(shí)間的影響。

（6）拓寬工作面。實(shí)際施工中，分析船舶吃水情況和潮位變化幅度，有目的地挖掘布線，避免形成3米以上的壟。船長應(yīng)清楚自身主要職責(zé)，具有較高的責(zé)任心和職業(yè)素養(yǎng)，每天仔細(xì)檢查布線，及時(shí)整改不合理之處。布線盡可能地?cái)[成“S”型，有助于合理規(guī)劃挖泥船的路線。

7.結(jié)語

在時(shí)代快速發(fā)展背景下，大型耙吸式挖泥船的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來，且運(yùn)用效果進(jìn)一步提升，為疏浚工程提供較多幫助。當(dāng)在淺水區(qū)疏浚工程中運(yùn)用大型耙吸式挖泥船，應(yīng)根據(jù)疏浚工程的重難點(diǎn)內(nèi)容，考慮到此種類型挖泥船的特征，著重解決吃水較大的問題。具體作業(yè)期間，需做好前期準(zhǔn)備工作，分析疏浚區(qū)域土質(zhì)分布、潮位變化等，制定并采用最佳的施工作業(yè)方案，并立足于工程實(shí)際情況，采取多元化的質(zhì)量管控措施，促進(jìn)疏浚施工質(zhì)量更上一層樓。