內湖和溝渠清淤疏浚施工機具比選

黃進華

（湖南百舸疏浚股份有限公司 長沙市410007）

盛松濤

（長沙理工大學 長沙市410114）

隨著近幾年來國家對環境保護的越來越重視，趕上中央Ⅰ號文件的水利改革春風，國內許多內陸城市的內湖及溝渠清淤工程的實施逐漸被提上了實施日程，內湖和溝渠清淤疏浚作為一門新興的生態修復技術越來越被人們所認知。然而，目前仍存在對疏浚技術的特點的認識不足，疏浚行業本身作為一個新興產業，也存在著諸多亟待規范的地方。而且國內各地區的施工條件有其特殊性，特別是我們湖南省內湖區和溝渠清淤施工條件和要求與其他地區不同，目前省內在該領域的研究還處于空白階段，清淤疏浚方式多種多樣，而伴隨著內湖和溝渠清淤市場的發展，需尋找既經濟又環保的方式進行，急需一種適宜的技術指導施工。這就要求必須對傳統的疏浚技術進行因地制宜的研究并通過比選選取合適的施工設備。

國外的相關研究比較多，做了大量的實驗工作，并將研發成果應用在實例中。目前，雖然國內已有類似項目研究，對這方面的內容也嘗試進行了探討，然而由于各地區施工條件特點不盡相同，因而技術參數也有所差別。此外，由于各項目研究側重點不同，目前仍然沒有形成統一的定論。

1 內湖和溝渠清淤疏浚的特點

根據中國的國情，包括現在實施的許多中小河流治理項目，面對如何選擇清淤疏浚的機具問題，基本上都會直接采用的陸上施工機械進行河道拓浚土方施工，之所以有這樣的選擇，一個是因為人們的意識形態還沒有轉變過來，二個是因為這樣的方式較為簡單。然而，隨著科學技術的發展和國家經濟實力的增強，注重環保，防止疏浚過程對生物生態環境的破壞，使得原來采用單一的陸上施工機械進行施工的方式已經不能滿足目前清淤疏浚的要求。一般具有以下三個特點：

（1）疏浚精度要求高。

通常情況下，需要進行清淤疏浚和疏挖水域中的泥層厚度不均，變化很大。內湖和溝渠清淤疏挖中既要去除這些泥層，又要盡量減少非疏浚底泥的超挖，以避免破壞湖泊底部的自然底泥層。同時，這也降低處理了疏挖清淤量和處理費用。

（2）減少二次污染。

疏浚過程中不應使疏浚物擴散到周邊環境或運輸過程中泄露到環境中，這就要求疏浚設備有防止或減少二次污染的能力，這無論是對開挖、運輸，還是疏浚物堆場都有嚴格要求。

（3）疏浚物的處置合理。

疏浚物從內湖和溝渠中疏挖出來后，需要進行處置，是固化運走還是就地處置需要具體條件具體分析，這影響到清淤方式的選擇。

2 清淤疏浚方式比較分析

目前對于清淤疏浚的方式，有不同的分類，本文按運行方式的不同將其分為兩種方式:機械清淤和水力清淤。

2.1 機械清淤

（1）機械清淤－自卸汽車運輸－自然風干。

該方式直接在水體中進行清淤，通過運輸機械將疏浚物轉運到離疏浚區較遠的地方堆存進行自然風干處理。由于其采用陸上土方施工機械在水中清淤，故而對開挖機械和施工條件有很大的限制?，F在許多城市的內湖和溝渠清淤普遍采用的是這種清淤方式。該方式受天氣影響少，但對施工機械的要求很高，要求運輸機械密封性好，不能滲漏造成城市環境的污染；要求開挖機具可以兩棲施工或者其開挖機具?？康贪稌r，其開挖距離能達到疏挖要求；另外其疏浚物需要有廣闊的閑置土地用于堆存。其優點是在疏浚區附近不需要用于堆存疏浚物的土地。

（2）機械清淤－自然風干－自卸汽車運輸。

該方式一般是將湖水或溝渠水抽干，待疏浚物自然風干含水量降到一定數值后，采用陸上施工機械進行土方開挖施工，即利用土方開挖機械將已固化的疏浚物挖裝到自卸汽車上，通過自卸汽車將疏浚物運送到指定地點堆放。該施工方法受天氣條件限制很大，將湖水或溝渠水抽干后，疏浚物體經自然風干達到一定的含水量才能施工，這就要求天氣條件允許，但該組合成本較低，適宜日照多、降雨少的地區如北方地區施工，湖南省內每年也有不降雨的時間段符合該方式組合施工，只要不降大到暴雨，采取輔助的集水井抽排水，該方法也有很廣的適用范圍。

（3）機械清淤－駁船運輸－卸料點。

該方式全程為水上運行，通過機械將疏浚料裝載至運輸駁船上，通過駁船將疏浚料運離疏浚清淤區到指定卸料點。該方式適合于湖泊面積很大，水比較深，也適合水上交通比較方便而陸上機械不方便到達的地區疏浚。該方式清淤機械主要以抓斗挖泥船為主，運輸駁船主要有開底駁、自卸駁，卸料點一般選在遠離疏浚區的洲灘或通過陸上機械輔助將疏浚物卸至指定堆場。該方式是水力清淤方式的有益補充，其疏浚深度深，能夠疏挖清淤的范圍廣，可以作為水力清淤方式的補充。

2.2 水力清淤

（1）水力清淤－管道輸送－自然風干。

該疏浚方式是傳統的水下機械疏浚方式，他是利用機械攪動將疏浚物與水體混合，然后通過泥泵系統將疏浚物通過管道輸送到陸上排泥場進行自然風干，該方式簡單方便，處理費用比較低，但相對于疏浚物為淤泥的情況下（大多數情況下，內湖和溝渠清淤基本都是淤泥，含砂質很少），干化固結緩慢，需要長時間占用大量土地資源，而且疏浚物中所含的氮、磷等有機污染物在淋溶和浸出作用下可能向周邊環境擴散造成二次污染，這種方式適合那些具有大量閑置土地作排泥場、疏浚經費又不多的地區進行使用。筆者認為省內洞庭湖疏浚市場、溝渠清淤市場若是啟動，該施工方法可作為首選。因為省內洞庭湖、溝渠清淤區都可以利用疏浚物直接在排泥場根據疏浚物的化學性質進行改良后作種植或作肥料使用，特別是洞庭湖淤泥污染比較少，而且洞庭湖疏浚排泥場可種植水揚樹、蘆葦等，可改良濕地環境，清淤水體，對洞庭湖的環境改善是一種比較經濟又環保的方法。

（2）水力清淤－管道輸送－帶式壓濾。

該方式與第1種方式類似，只是在排泥管道的終端增加了帶式壓濾系統，該方式在現場不需要占用大量土地來進行疏浚物的堆放，直接通過壓濾系統將疏浚物進行干化，可直接拉走或做他用。該方法比較實用，但從經濟角度上考慮，成本偏高。其適用于城市內的湖泊、河道、溝渠清淤，不污染環境，不影響周圍群眾生活。

（3）水力清淤－管道輸送－真空池。

該方式相比前兩種方式的不同是，將排泥場和帶式壓濾相結合，將帶式壓濾機械的方法直接運用在排泥場上，在施工前期對把排泥場進行建設，利用真空預壓固結的原理將疏浚物進行固結干化，通過這些工作，疏浚物可直接處理成進行施工建設的地基，也可以像上一種方式一樣將干化的疏浚物直接運輸到需要的地方。相比上面兩種方式來說，優點得以保留，缺點相應互補，使得該清淤方法的適用范圍更廣。

3 清淤疏浚機具類型

3.1 機械清淤機具

目前一般有陸上土方施工機械如推土機、挖掘機、裝載機、自卸汽車相結合的方式及水上抓斗挖泥船、駁船相結合的方式進行清淤施工。抓斗挖泥船顧名思義就是用抓斗機挖掘水下土、石的挖泥船，他與水力清淤挖泥船不同的是，沒有泵送裝置，挖掘出的疏浚料不是通過管道輸送，而是需要通過駁船等運輸工具進行輸送。為了適應各種復雜條件的施工，工程人員分別對這些機械進行改裝，如現在出現的水上挖機，就是根據兩棲坦克的原理設計制造的。機械清淤機具的疏挖強度大，可以挖掘水力清淤機械無法施工的硬土、板砂等土質。另外由于陸上土方施工機械可預先將清淤疏浚區抽水風干再進行疏挖清理，避免了水體的二次污染，同時能夠最大限度地、非常精確地將湖泊進行清淤，將原水下施工的隱蔽工程變成了陸地上的施工。如前所述，對于抓斗挖泥船這樣的組合，非常適合在水上交通比較發達，而陸上施工機械不便到達的地區進行施工。

3.2 水力清淤機械

陸上土方機械施工大家都很熟悉，本文著重介紹水力清淤機械。水力清淤機械一般有吸揚式挖泥船、絞吸式挖泥船、斗輪式挖泥船、耙吸式挖泥船等。

（1）進行內湖及溝渠清淤疏浚的吸揚式挖泥船以Soli Fio公司研制的Eddy泵挖泥船為代表。其工作原理是在吸入管集中地方，產生Eddy效果螺旋狀水流，而完全不產生渾濁，并且能使疏浚輸送料呈高濃度進行輸送。據介紹，它能達到70%以上的泥漿濃度。該設備配置了自動控制系統，能精確進行挖泥定位；同時，該挖泥船采用的是組合拼裝形式，可通過卡車進行運輸，正是由于它的能拆裝及陸上運輸，非常適宜內湖水庫、溝渠的清淤疏浚。其缺點是不能對湖內或溝渠上的垃圾等進行絞碎帶走，目前國內還沒有該挖泥船進口的記錄。

（2）絞吸式挖泥船最好的當屬荷蘭生產的絞吸式挖泥船，針對內湖及溝渠清淤疏浚，荷蘭的HAM291螺旋絞刀式挖泥船是目前絞吸式挖泥船最適合進行環保清淤疏浚的挖泥船。它的垂直挖泥精度±5 cm，挖深（2.00～14.00）m，挖泥厚度（0.2～1）m，挖泥濃度可達80%。目前國內水力系統擁有荷蘭IHC絞吸式挖泥船最多的為湖南百舸疏浚股份有限公司，且該公司為了占有內湖及溝渠清淤市場的份額，對環保疏浚機具的研究從未放棄，以該公司為主進行研制的智能型環保清淤機具通過了水利部的驗收，其原理類似HAM 291螺旋絞刀，就是將絞吸挖泥船的絞刀換成螺旋狀的絞刀頭，并且在其上覆蓋一個絞刀罩，該類型挖泥船非常適合有環保要求的內湖和溝渠清淤疏浚。省內洞庭湖清淤疏浚面積廣，輸送距離長，使用絞吸式挖泥船，結合遠排距輸送技術，能夠滿足要求。

（3）斗輪式挖泥船是陸上挖掘的斗輪同絞吸式挖泥船結合的一種挖泥船，除了挖掘設備不同，斗輪式挖泥船與絞吸式挖泥船非常相似。斗輪轉動軸與支臂成一定的角度，而絞吸式挖泥船絞刀頭轉動軸則平行于支臂，與絞吸式挖泥船相比，斗輪式挖泥船因僅限于挖掘松軟土壤其應用領域非常窄，因此其應用得非常少。近年來隨著內湖及溝渠清淤對疏浚業發展的要求，對傳統的斗輪式挖泥船也作了改進。主要是配上氣密式斗輪切削底泥，然后通過螺旋槳上升到加壓裝置，在壓縮空氣作用下形成柱狀泥流，高濃度地送到處理場，它可以直接把底泥幾乎原狀濃度地挖起，又很少濁及對周圍底泥的擾動，且由于泥漿濃度高，使排泥場不需要占用很多的面積，也基本不需要進行排泥場的余水處理，大大減少了二次污染。國際上生產該型挖泥船的主要為四大公司，Ellicott國際機械公司、Neumann研究組、Orenstein&Koppel公司、荷蘭IHC公司，其中IHC公司生產的Amanda II號是世界上最大的斗輪式挖泥船。

（4）其他類型的挖泥船。

作為清淤疏浚使用的還有耙吸式挖泥船，1996年由德國的克魯伯公司研制了溢流水作耙頭高壓噴水的封閉循環系統，既解決了通過溢流提高裝艙效率的問題，又能控制那些含有沉積物顆粒的溢流水在疏浚區擴散，但耙吸式挖泥船僅適用海上港口及航道清淤，對于內湖及溝渠清淤還未生產出適宜的同類型設備。

隨著科學研究技術的發展，目前已經生產出針對于內湖、溝渠清淤疏浚的專用設備，這里主要介紹“水王Classic”挖泥船和美國IMS環保疏浚系統。

a、水王Classic挖泥船。

“水王Classic”既是反鏟也是絞吸挖泥船，它可以安裝一個反鏟斗或一個絞吸裝置。工作裝置以一個快速聯接鉤裝于挖掘小臂之上，從反鏟作業到絞吸作業的轉換只需1 h的時間，可實現兩種作業的快速切換。相當于是一套設備具有了絞吸式挖泥船的優點，也有陸上挖掘機的反鏟作業功能，同時其體積小機動性強，還能自行上下水上和陸地。

●反鏟作業：“水王Classic”多功能挖泥船的標準配置是一只400 L的帶齒的鏟斗。對于軟泥，可用700 L的鏟斗。同時可以選配一些特殊用途的鏟斗，常用的是耙子，它可以用來機械清除大量植被，也適用于在絞吸作業前清除水底的垃圾。

●絞吸疏浚作業：“水王”有兩種可供選擇的工作裝置：絞刀泵和泵斗。這兩種裝置都是使用潛水泥泵。故它們均可以在將泵放于水面以下后立即投入施工。

●絕佳的機動性：“水王Classic”無論是在工地上還是工地之間，其機動性都是絕佳的。在水路，“水王”可以用其自帶的液壓推進器航行，推進器還可以通過液壓操作進行轉向，并可以在淺水區將其用液壓缸提升起來。對于在小于其吃水的水域（如蘆葦塘、沼澤地等），甚至在旱地上，“水王”都可以進行移動和施工。

●環保疏浚工程：“水王Classic”是進行精確疏浚的絕佳施工工具。

●“水王Classic”的多用性：“水王”幾乎適合于任何為普通液壓挖掘機開發的附屬設備（工作裝置）相匹配。

b、IMS環保疏浚系統 。

1999年美國IMS公司和Triflo公司聯合開發了可用于清淤疏浚項目的泥漿脫水系統，該設備直接在現場將泥漿脫水干化，難能可貴的是具有污泥脫水成型設備，目前已有最新的2000 GPM全機械式清淤泥漿脫水設備 （具有7.5 m3/min的泥漿處理能力），該設備于2003年在佛羅里達州南部投入使用。

該設備與傳統清淤設備相比，具備作業環保、效率高、費用低、體積小、便于移動、有自航能力、精準開挖等優點，配合全機械式污泥脫水裝置，可將環保疏浚后污泥不通過管道傳送，脫水成型后直接排出干泥后用汽車運走，不僅不會產生傳輸過程的污泥，也不需要擔心沒有排泥場來裝容污泥，經過脫水后的污泥可再利用做肥料甚至建材，解決了市區內湖和溝渠清淤淤泥的運輸問題,不僅大大提高了運輸效率，同時也避免了傳統挖掘方法產生的疏浚料外運二次污染問題，特別適合在有環保疏浚要求的城區內湖和溝渠。

全套設備技術特點：

●專利的星輪技術。

IMS專利的星輪驅動系統是基于一人操作的概念，作業不需要阻斷河道或關閉碼頭,可以直接進行疏浚作業。因為挖泥船機動性強，可以直接進入預定位置。它能夠在狹小水域內掉頭轉向，不需要其他人員協助或錨船，產量也可以提高40%。

●環保絞刀頭。

IMS絞刀頭設計獨特，采用硬質合金鋼刀片切削泥土并將泥漿直接送入泵口。

●割草頭。

IMS割草頭采用獨特設計，用鋒利的刀片將植物的枝葉和根切碎后送入泥泵，通過排泥管排出。

●清淤泥漿脫水系統。

IMS公司與Triflo公司合作開發的清淤泥漿脫水系統，這是一套全機械式的泥漿脫水系統。它采用先進的水力旋流固液分離技術加上振蕩篩網脫水，從泥漿中分離出沙、泥等固體。最新2000 GPM產品采用掛車式設計可與IMS挖泥船一起方便地移動到各處。

●衛星定位深度實時監測系統。

GPS深度實時監測系統采用雙通道差分衛星定位（GPS）接合數字式深度測量,在湖泊河流施工中可保持規定的作業航向和挖泥厚度，適合于精確清淤。以上各類型挖泥船對疏浚巖土的可挖性選擇參考如附表。

附表 各類型挖泥船對疏浚巖土的可挖性選擇

4 結 語

根據上述對水力清淤機具的分析介紹，可知水力清淤機具一般都具有泵送功能，通過管道進行輸送，與機械疏浚機具最大的不同就在這里，他可以避免二次轉運，同時通過現在國際及國內的科學技術人員的研究，專門的適用于內湖及溝渠清淤的設備也已普遍投入生產，將清淤疏浚料直接固化運輸的設備也已投入生產，對于需要采用何種設備進行清淤疏浚，可根據實際需要進行分析比選確定。

1金相燦，荊一鳳，劉文生，等.湖泊污染底泥疏浚工程技術[J].環境科學研究，1999（12）5：9-12.

2中華人民共和國行業標準.JTJ/T，320-96.疏浚巖土分類標準[S].