耙吸式挖泥船施工工藝在航道整治工程中應(yīng)用與探析

◎ 馮書(shū)科 交通運(yùn)輸部廣州打撈局

1.引言

耙吸式挖泥船通常具備自航中同步施工能力，同時(shí)船舶航向機(jī)動(dòng)靈活，方便避讓?zhuān)粫?huì)對(duì)整個(gè)航道通航產(chǎn)生太大影響，適用于復(fù)雜流態(tài)航道以及營(yíng)運(yùn)航道的疏浚施工。航道在長(zhǎng)期運(yùn)行中，因?yàn)槟嗌郴赜儆绊懗掷m(xù)積淤變淺，為此需要采取有效疏浚措施，掌握耙吸式挖泥船操作技術(shù)要點(diǎn)，提高航道整治水平。

2.航道疏浚工程分析

航道疏浚工程即利用挖泥船或其他設(shè)備工具清除航道水下泥沙作業(yè)。航道疏浚整治則是航道尺度擴(kuò)展、開(kāi)發(fā)、維護(hù)的重要措施。按照工程性質(zhì)可以將航道疏浚分成基建性以及維護(hù)性疏浚兩種形式。成型航道因?yàn)檫\(yùn)行中的泥沙持續(xù)淤積最終變淺，對(duì)航道一段時(shí)間內(nèi)淤積泥沙進(jìn)行有效清除，維護(hù)航道原有尺度的疏浚工程便屬于維護(hù)性疏浚；基于原有航道或新建航道進(jìn)一步增深擴(kuò)寬便是基礎(chǔ)性疏浚項(xiàng)目。維護(hù)性疏浚項(xiàng)目中的處理土質(zhì)主要是回淤土，相對(duì)而言施工更為簡(jiǎn)便。基建性疏浚項(xiàng)目則是以原狀土為主，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境以及工程區(qū)域條件存在不同施工難度，但和維護(hù)性疏浚項(xiàng)目比起來(lái)，整體施工難度較大。

3.耙吸式挖泥船特征分析

3.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

耙吸式挖泥船主要包括以下優(yōu)勢(shì)，第一是航行性能好，在疏浚設(shè)備持續(xù)創(chuàng)新升級(jí)中，進(jìn)一步提升了耙吸式挖泥船基礎(chǔ)硬件配置水平，借助船艏橫向推進(jìn)器能夠提高船舶機(jī)動(dòng)性，便于操縱。第二是施工效率高，耙吸式挖泥船實(shí)際操作中省去了拋錨、纜索固定等環(huán)節(jié)，單純憑借設(shè)備自身便能夠?qū)崿F(xiàn)自航、挖掘、裝卸等操作，在順利開(kāi)展疏浚工作基礎(chǔ)上提升整體施工效率。第三是經(jīng)濟(jì)效益好，因?yàn)榘椅酵谀啻w運(yùn)行性能優(yōu)良，可以加速作業(yè)進(jìn)程，減少投入成本。

3.2 不足之處

耙吸式挖泥船在實(shí)際應(yīng)用中依然存在某些不足之處，比如工程現(xiàn)場(chǎng)存在較大粒徑的砂石黏土，會(huì)降低耙吸式挖泥船工作效率。挖掘泥沙操作中，因?yàn)榕涮啄啾脫碛休^高真空吸力，容易把水誤吸入泥艙，從而降低單次挖泥量。

4.耙吸式挖泥船RTK無(wú)驗(yàn)潮技術(shù)和自動(dòng)潮位遙報(bào)裝置

4.1 工程概況

某個(gè)航道工程標(biāo)段內(nèi)的疏浚工程總量達(dá)到620萬(wàn)立方米，主要實(shí)施淤泥疏浚工作，整體泥層挖掘厚度在1米到2米之間，平均厚度達(dá)到1.5米。此次工程中的疏浚裝置主要以耙吸船為主。工程疏浚航道寬為500米，長(zhǎng)度達(dá)到101千米，超寬3米，超深0.4米，超寬超深疏浚工程方量達(dá)到145萬(wàn)立方米。疏浚開(kāi)挖是此次項(xiàng)目工程重點(diǎn)環(huán)節(jié)。工程斷面如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面（米）

4.2 RTK無(wú)驗(yàn)潮原理

RTK動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中擁有較高測(cè)量精度，利用載波相位動(dòng)態(tài)差分技術(shù)，能夠使野外定位達(dá)到厘米級(jí)精度。無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量相關(guān)技術(shù)應(yīng)用中，率先于船舶內(nèi)設(shè)置移動(dòng)站，岸上設(shè)基站，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，匯集整合船舶參數(shù)以及RTK高程信息，進(jìn)行綜合計(jì)算，實(shí)時(shí)檢測(cè)船舶高程，經(jīng)綜合對(duì)比分析設(shè)計(jì)高程、核算結(jié)果，分析兩者差值，對(duì)船舶下耙深度實(shí)施靈活調(diào)整。初步確定船舶參數(shù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，確定海水面到GPS接收機(jī)間高程，結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)高程數(shù)據(jù)開(kāi)展實(shí)時(shí)計(jì)算。

4.3 無(wú)驗(yàn)潮技術(shù)施工布置

基于控制點(diǎn)對(duì)控制網(wǎng)實(shí)施綜合布設(shè)，針對(duì)施工區(qū)臨近部位創(chuàng)建基站，基于該種條件下能夠優(yōu)化設(shè)備兼容性，便于實(shí)施檢測(cè)工作。在駕駛臺(tái)外部中間區(qū)域規(guī)劃移動(dòng)站臺(tái)，該種布置模式下能夠進(jìn)一步降低傳播擺動(dòng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)影響，保障測(cè)定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

4.4 潮位遙報(bào)儀

潮位遙報(bào)儀包括接收端、發(fā)送端兩部分，發(fā)射機(jī)涵蓋電源、功放器、編碼系統(tǒng)以及調(diào)制設(shè)備等部分組成，經(jīng)水位檢測(cè)后編碼器能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成特定編碼，隨后利用調(diào)制器實(shí)施整形處理，通過(guò)RS485或CDMA將內(nèi)含水位編碼信息的調(diào)頻信號(hào)傳輸出去。接收機(jī)包括電源模塊、顯示模塊、特殊編碼甄別裝置、調(diào)諧設(shè)備、消噪設(shè)備、譯碼器、中放設(shè)備以及解調(diào)器等部分，潮位信號(hào)被接收后進(jìn)行高頻放大以及混頻放大處理，并傳輸至相位鑒頻器內(nèi)，結(jié)束調(diào)制信號(hào)解調(diào)后，分離水位編碼進(jìn)行降噪處理，經(jīng)譯碼器還原為水位參數(shù)通過(guò)顯示器呈現(xiàn)出來(lái)。

在潮位自動(dòng)搖報(bào)下，制定潮位自動(dòng)補(bǔ)償平挖定深方案，支持精挖處理。在潮位補(bǔ)償原理下，基于平挖定深功能開(kāi)展精挖操作，對(duì)潮位搖報(bào)器內(nèi)基礎(chǔ)信息實(shí)施全面采集，自動(dòng)獲取潮位差值融入耙吸船中控器，對(duì)潮位在挖掘深度方面影響進(jìn)行有效補(bǔ)償，使施工作業(yè)實(shí)時(shí)保持在設(shè)定挖掘標(biāo)高，有效改善人工校正補(bǔ)償模式，實(shí)現(xiàn)精挖操作，提升平挖精度，潮位補(bǔ)償原理如圖2所示。

圖2 潮位補(bǔ)償原理

潮位儀利用壓力傳感器探測(cè)水位值，獲取水位數(shù)據(jù)，傳輸至主機(jī)系統(tǒng)和標(biāo)高值實(shí)施綜合計(jì)算后將計(jì)算潮位值輸出，數(shù)據(jù)經(jīng)主機(jī)端口發(fā)射裝置朝外部發(fā)送。潮位搖報(bào)裝置主要分布于耙吸船中控器端口當(dāng)中。經(jīng)數(shù)據(jù)解析后轉(zhuǎn)化為潮位值并傳送到挖掘控制平臺(tái)處理器，構(gòu)件數(shù)據(jù)傳輸鏈路，支持精挖功能落實(shí)全過(guò)程控制。

5.耙吸式挖泥船施工方法分析

5.1 裝艙溢流施工法

裝艙溢流施工法屬于我國(guó)到目前為止應(yīng)用頻次較高的施工方法，同時(shí)也是常規(guī)施工技術(shù)之一。裝艙法下需要河床有充足空間、深度滿(mǎn)足船舶航向、吃水、轉(zhuǎn)向等運(yùn)行要求，同時(shí)還應(yīng)該設(shè)置恰當(dāng)拋泥區(qū)，在初步滿(mǎn)足上述條件后便可以利用該種技術(shù)方法開(kāi)展施工作業(yè)。耙吸式挖泥船率先定位上線，將耙頭順利下放至設(shè)計(jì)深度和規(guī)定位置，利用船舶中推進(jìn)裝置，帶動(dòng)耙吸船航行對(duì)水下耙頭進(jìn)行拖曳開(kāi)展擾松作業(yè)。借助離心泵進(jìn)行抽吸處理，并吸入低濃度泥漿到耙吸式挖泥船內(nèi)部泥艙當(dāng)中，開(kāi)啟溢流口同步實(shí)施挖泥船裝艙、溢流，在船體整體吃水深度以及船舶艙儲(chǔ)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后，即刻暫停挖泥施工，抬升耙頭、耙臂回收，隨后航行至指定區(qū)域進(jìn)行拋泥作業(yè)，卸載高濃度泥漿，隨后通過(guò)空載形式重新返回挖泥作業(yè)區(qū)繼續(xù)循環(huán)上述步驟，定位上線挖泥作業(yè)，形成一體化施工流程。一般耙吸式挖泥船內(nèi)都會(huì)設(shè)置艙內(nèi)泵設(shè)備，這種類(lèi)型泥泵在挖掘能力方面相對(duì)較弱。某些耙吸式挖泥船除了艙內(nèi)泵裝置同時(shí)還設(shè)置水下泵設(shè)備，比起單一艙內(nèi)泵耙吸船，整體施工效率能夠提升30%。結(jié)合工程地質(zhì)復(fù)雜性，可以選擇配置水下泵的耙吸船。

5.2 旁通施工法

旁通施工法也是邊拋施工法，該施工技術(shù)進(jìn)一步縮減泥艙環(huán)節(jié)，直接把泥漿傳輸至另外一側(cè)水中即可，或利用輸泥管傳輸至遠(yuǎn)處水域。因?yàn)闇p去了泥艙中轉(zhuǎn)這一步驟，對(duì)比裝艙溢流技術(shù)能夠減少收耙、停泵、拋泥等一系列繁瑣流程，提高整體施工效率。但該處理技術(shù)存在某種局限性，特別是在當(dāng)下環(huán)保要求逐漸加強(qiáng)背景下，這種技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用中存在一定限制，通常單純適用于緊急河口、通航航道淺灘疏通等，部分條件下也會(huì)在水深較淺且無(wú)法滿(mǎn)足挖泥船吃水裝艙要求的環(huán)境下應(yīng)用，進(jìn)行開(kāi)槽處理[1]。

5.3 耙吸船吹填法

吹填施工法和前面兩種施工方法完全不同，主要借助耙吸式挖泥船和配套輔助設(shè)備對(duì)挖掘泥漿實(shí)施吹填處理。但對(duì)于大部分耙吸式挖泥船而言，基礎(chǔ)泥泵功率無(wú)法滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離吹填要求，為此需要通過(guò)設(shè)置助力泵等措施擴(kuò)大吹距。從淤泥粉土層面分析，其可以形成相應(yīng)長(zhǎng)度吹填距離。但如果是沙質(zhì)土，則會(huì)進(jìn)一步降低極限吹距。吹填施工方法主要包括以下幾種，第一是直接接岸管吹填技術(shù)，使耙吸式挖泥船率先靠岸、固定拋錨，隨后將耙吸式挖泥船中設(shè)置輸泥管和碼頭岸管進(jìn)行連接，針對(duì)指定區(qū)域?qū)嵤┐堤钐幚?。該種施工技術(shù)需要盡量縮短吹填時(shí)間、預(yù)防風(fēng)浪、潮汐以及水流影響工程安全和施工質(zhì)量，此外還需要保障碼頭前沿水域擁有充足水深，多種條件限制下進(jìn)一步削弱該種技術(shù)實(shí)用性。第二是接岸浮管吹填，該種技術(shù)方法類(lèi)似于直接接岸吹填技術(shù)，但也存在一定差異，耙吸式挖泥船無(wú)需靠岸、拋錨，結(jié)合接浮管部位水域風(fēng)況、水流等條件決定，直接連接耙吸式挖泥船中輸泥管和碼頭岸管，利用水上浮管進(jìn)行銜接，促進(jìn)耙吸式挖泥船能夠遠(yuǎn)離靠岸淺水區(qū)，提升該種技術(shù)方案實(shí)用性，優(yōu)化技術(shù)可靠性。結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，該種吹填施工技術(shù)也是我國(guó)當(dāng)前應(yīng)用頻次較高的技術(shù)方法。

第三是噴射吹填，該種施工技術(shù)處理下，無(wú)需和水上浮管以及岸管進(jìn)行銜接，只需針對(duì)傳輸管中接入一部分漸縮管即可，順著耙吸式挖泥船斜前側(cè)噴出泥漿，整體吹距在30米到50米之間，主要由水底水流方向以及各種類(lèi)型吹填材料所決定。該種技術(shù)措施適用于吹填區(qū)前方較深，且存在洋流能夠把吹填物質(zhì)推入目標(biāo)吹填區(qū)域中[2]。

6.耙吸式挖泥船精挖技術(shù)和管理措施

6.1 設(shè)備配套和施工思路

工程現(xiàn)場(chǎng)施工中，相關(guān)土質(zhì)疏浚項(xiàng)目主要以淤泥為清除對(duì)象，局部設(shè)置細(xì)砂混貝殼，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)特征，主要借助自帶高壓沖水功能的耙頭進(jìn)行沖刷作業(yè)，利用該種設(shè)施進(jìn)行淤泥挖掘作業(yè)。耙齒分為尖齒以及平齒兩種類(lèi)型，具體需要結(jié)合工程實(shí)際施工進(jìn)展實(shí)施靈活選擇配置，比如挖掘作業(yè)進(jìn)入收尾環(huán)節(jié)后，可以采取平齒，使整個(gè)耙齒密度擴(kuò)大一倍，按照前后交錯(cuò)形式對(duì)耙齒進(jìn)行合理排列，該種配置模式下能夠預(yù)防出現(xiàn)溝、壟問(wèn)題，在初步進(jìn)行施工作業(yè)后所形成疏?；郾砻婢S持良好平整度。疏浚區(qū)域內(nèi)挖掘泥層厚度在1米到2米之間，整個(gè)泥層相對(duì)較薄，為進(jìn)一步優(yōu)化挖掘施工效果，可以適當(dāng)擴(kuò)大下耙精度，并對(duì)具體疏浚施工方法進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，在航道工程項(xiàng)目順利開(kāi)展疏浚施工中，進(jìn)一步縮減廢方量，能夠更好保障工程質(zhì)量，提升施工效率，有助于擴(kuò)大項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益[3]。

6.2 多波速測(cè)量控制

多波速測(cè)深系統(tǒng)擁有覆蓋范圍廣、精度高等優(yōu)勢(shì)特征，也是新時(shí)期水下地形勘測(cè)中的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)合理應(yīng)用相關(guān)設(shè)備能夠?qū)λ碌匦芜M(jìn)行準(zhǔn)確探測(cè)，在施工實(shí)踐中能夠改善單波速水深單一測(cè)量模式下的問(wèn)題。多波速測(cè)深裝置擁有較大的測(cè)量覆蓋面積，普遍能夠滿(mǎn)足水深的4到10倍，擁有較高提升幅度。針對(duì)航槽中尚未滿(mǎn)足設(shè)計(jì)深度淺點(diǎn)以及小面積淺區(qū)應(yīng)該進(jìn)行及時(shí)清除，順利落實(shí)淺點(diǎn)清除作業(yè)。掃淺施工中按照耙吸船定深方法進(jìn)行下耙施工，做好施工測(cè)量工作，按照2到3天標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一次測(cè)量，準(zhǔn)確劃分淺區(qū)為主，針對(duì)性設(shè)計(jì)掃淺挖泥航線[4]。

6.3 基于多波速測(cè)量控制準(zhǔn)確把握施工進(jìn)展

結(jié)合水深測(cè)量設(shè)計(jì)圖紙，按照分條、分層方法進(jìn)行合理施工，同時(shí)需要對(duì)施工區(qū)寬度以及泥層厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制，針對(duì)泥層厚度存在異常起伏以及均勻性不足的問(wèn)題，需要對(duì)整體施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整，保障施工質(zhì)量和施工效果。在開(kāi)展疏浚施工中，需要重點(diǎn)關(guān)注下耙深度，保障耙深合理性，避免影響挖掘深度，優(yōu)化挖掘施工效果。綜合考慮設(shè)計(jì)斷面以及船舶操作性能，有序?qū)嵤┲饘油诰蚴┕?，?qiáng)化工程檢測(cè)控制，保障結(jié)束河道疏浚施工后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)平整度要求。航道整治項(xiàng)目的整個(gè)疏浚過(guò)程中需要落實(shí)精細(xì)化施工作業(yè)理念，保障在經(jīng)過(guò)細(xì)致處理后滿(mǎn)足工程質(zhì)量要求，促進(jìn)工程成功通過(guò)驗(yàn)收，為航道工程中其他項(xiàng)目順利實(shí)施奠定良好基礎(chǔ)[5]。

7.結(jié)語(yǔ)

航道整治中想要提高耙吸式挖泥船的操作性能，需要準(zhǔn)確把握耙吸式挖泥船施工工藝，了解相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)、作業(yè)流程，同時(shí)在施工實(shí)踐中聯(lián)系工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特征合理選擇，選擇最佳施工工藝，進(jìn)一步提升工程效率，增強(qiáng)耙吸式挖泥船在整個(gè)航道疏浚領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力。