耙吸挖泥船疏浚工程淺點的控制與消除

呂玉棋，韓政，陳躍發，張金林

（中港疏浚有限公司，上海 200120）

0 引言

航道疏浚工程，因為是在水下施工，施工過程不能直觀形象地查看，工程過程控制或者實時偏差調整較難實現，需要通過浚后水深測量來檢驗施工質量，因此施工質量只能通過事后控制。對于耙吸挖泥船航道疏浚來說，在工程最后的階段經常要花費較多的時間與精力并投入很大的設備力量去完成掃淺，而掃淺的效果也不盡如人意，這是導致航道疏浚工程工期拖延的重要原因，特別是施工土質為黏性土時尤為突出。本文通過分析耙吸挖泥船疏浚工程淺點形成的原因，提出針對性的解決方案，達到控制消除淺點的目的。

1 航道淺點形成的原因

通過對多個航道疏浚工程項目的經驗總結，疏浚淺點的形成主要由以下幾方面的因素構成:

1）清除壟溝時所遺留的；

2）分層沒控制好；

3）施工布線未能全覆蓋；

4）操耙手操作問題；

5）土質的密度差異；

6） 水下障礙物。

隨著科技的發展，相關監控技術、設備陸續應用在疏浚施工船舶上，智能化的監控硬件和軟件使得挖泥船的控制精度大幅提高，施工質量也有所提升。但是，在目前智能化的監控設備還需要通過人工來完成操作，人的作用仍至關重要。上述淺點產生的6種原因，除第5項、第6項是受工程環境等客觀條件影響外，其他原因都是人為因素引起的，其中由壟溝演變而來的淺點清除難度最大，對施工質量與工期的不利影響也最大，第2項、第3項和第4項是造成壟溝的罪魁禍首，因此控制第2、第3、第4就是控制淺點的源頭，找到了根源就可以用相應的辦法來解決。

2 原因分析及針對性對策研究

2.1 疏浚免掃淺施工理念的實施

壟溝形成的掃淺代價是巨大的，假如能防患于未然，避免壟溝形成，也就不需要大面積的掃淺，工期也能得到保證。一般來說，施工技術人員都知道壟溝形成后會帶來更大的工作量，但是免掃淺的理念較難得到有效的實施，原因有兩點；一是現場施工人員急功近利，片面追求產量；另一點是沒掌握相關的免掃淺的施工方法。根源還是預防為主的理念沒有深入人心，沒有促使現場管理人員與操作人員自覺控制淺點的形成。

如連云港廟嶺二期港池調頭區拓寬增深工程，該項目分成南、北兩個半槽實施，其中南半槽由主張免掃淺理念的疏浚船舶和主要技術人員進行施工，施工僅15 d，整個南半槽就基本成型，平整度控制較好，而工程量與南半槽相近的北半槽由其它免掃淺觀念薄弱的船舶采用常規施工方法施工，相同的施工時間在航道北半槽形成大片壟溝與淺點，見圖1。

圖1 連云港航道南半槽免掃淺理念的施工效果對比Fig.1 Construction effect contrast of the no-swept shallow concept in the southern half of the Lianyungang channel

因此疏浚施工管理、技術人員要轉變觀念，樹立以預防為主的理念，做好事前控制，避免施工過程中壟溝的形成。

2.2 分層控制

航道疏浚施工根據工程需要一般采取分層施工[1]，對于耙吸挖泥船來說，主要采用耙頭定深施工。有些施工船舶施工產生的壟溝，從表面上看也是嚴格執行了定深，但是由于耙吸挖泥船耙頭深度指示系統不準確，控制挖深與實際挖深誤差較大，致使定深施工未能真正執行分層的要求。隨后，在清除壟溝的過程中必然會遺留下大量的欠挖部分（淺點）。針對這種情況，首先要確保耙頭率定準確，然后根據不同的土質來分層定深，定深一般綜合以下幾種因素來確定合適的分層厚度。

1） 土質硬或黏土分層深度小，一般設定30 cm；土質松分層深度大，一般設定100 cm；

2） 根據布線密度：布線間隔大，分層定深小，布線間隔小，定深較大；

3）考慮挖泥船泥泵的泵吸能力。

2.3 施工布線

耙吸挖泥船航道開挖施工過程中，布線要做到全覆蓋，如果布線未能全覆蓋，特別是塑性指數與貫入擊數高的土質[2]，更容易導致耙頭在某一位置過多的挖掘而其它地方沒有挖掘或少挖掘，從而產生了淺埂與壟溝。要做到布線科學合理，一般可以采取以下的方法：

1）松散的砂或淤泥取耙吸挖泥船耙頭寬度的2~3倍；

2）中密砂或硬土取耙頭寬度的1.5~2倍；

3） 密實的砂或粉質黏土取耙頭寬度的1~1.5倍。

這樣的布線間隔基本不會產生壟溝，如果與分層定深配合，可以達到免掃淺的效果。

2.4 人員操作因素

人員操作因素形成的淺點是指耙吸挖泥船疏浚設備操作人員沒有操作到位。由于施工船舶航行施工過程中，大部分情況下會有風流壓差，船舶受風流壓的作用力，會向風流壓的合力方向偏移，此時耙吸挖泥船水下的耙頭一側就會壓向船底，另一側耙頭偏離船舷，根據耙吸挖泥船的操作規程，操作人員會立即收耙頭絞車鋼絲使得耙頭垂直，然后再慢慢下放耙頭接地。在這種情況之下，這樣的操作也是造成淺點的主要原因之一，風流壓角越大，操耙手的操作也越頻繁，產生的淺點也越多，因為當鋼絲垂直時就意味著耙頭已經離地，造成階段性的未過耙區域，形成欠挖區域。

依據多年的施工經驗，要避免這種情況的發生，建議的操作方法是：收耙頭絞車鋼絲到接近垂直時停止，始終讓耙頭保持著地狀態（在安全的前提下且定深還沒到）。

2.5 土質差異

土質密度差異所形成的淺點，如日照市嵐山港，它的土質構成是黏土夾石塊，疏松的土質容易挖掘，密實的土質較難挖掘。遇到這種土質在施工初期就需要嚴格分層定深，這樣產生的淺點或淺區借助疏浚監控平臺的軌跡線變化[3]，再將之清除。施工的重點是對淺區的主動式浚挖要貫穿到施工全過程中，要等這一分層施工完成，測圖基本通過后才能進行下一分層的定深施工，這樣也能減少或消除工程后期低效率的掃淺施工階段，保證施工工期的完成。

2.6 水下障礙物

水下障礙物形成的淺點，如山腳的延伸、浮筒沉石，沉船，水力部門的拋石護岸工程、航道部門修筑的丁壩等掉落的石塊，浮冰夾帶的拋石、航行船的遺棄物，等等。清除此類障礙物，除山腳延伸、暗礁等需用爆破或特制的設備清除外，在施工中碰到的其他障礙物都可以采用一定的工藝來清除，有時碰到此類障礙物時，下次測圖顯示的位置會變化，稱其為移動淺點。對于大石塊類的障礙物，如果嘗試把它挖上來，不但施工效果不理想而且也會損壞施工設備，最簡單的方法是：在障礙物的某一側挖一條溝槽，深度超過障礙物的最大高度，然后從接近90°的方向把石塊拉到溝槽內。

3 淺點清除方法

清除壟溝遺留下的淺點以及不同土質形成的淺點，施工時盡量從不同的角度上掃淺，更容易清除淺點。清除淺點時一定要控制好耙頭深度。如果挖掘點太小（耙頭定深過淺），則清除淺點效果不明顯；如果挖掘點太大（耙頭定深過大），則淺點挖不掉，見圖2。

圖2 定深掃淺示意圖Fig.2 Sketch map of depth-control swept shallow

耙吸挖泥船在清除淺點的過程中還要控制好波浪補償器的位置，如果沒到達淺點時，波浪補償器就抬升，此時當耙頭到達淺點位置時，耙頭就會沿著淺點的側面滑過（因為耙頭鋼絲長度有富裕）。同時，對于配備主動耙頭的施工船舶，還可以采取下壓耙唇的方法來切削淺點，并且保持上淺點時的矢量線是向前。

施工人員判斷掃上淺點的方法是：對于松散的砂或淤泥，現象為波浪補償器不彈起或微彈起、濃度明顯增加；對于硬砂或硬土，現象是波浪補償器彈起明顯，濃度有所增加。如果波浪補償器反映的情況是不彈起或微彈起，并且濃度沒變化，鋼絲向里或向外飄，說明耙頭深度放得太深，淺點沒挖到，耙頭從淺點的邊上滑過。這種情況非常普遍，施工人員一般認為到了淺點位置耙頭就該放深點，怕錯過淺點，這是個誤區。

4 免掃淺技術應用工程

營口港鲅魚圈港區位于我國渤海遼東灣東部，其腹地廣闊，地理位置優越，交通方便，自然條件良好，是我國沿海主樞紐港之一。公司所承接的營口港鲅魚圈拓寬工程，多波束測量通過，且邊坡也一次成型（圖3），沒有掃淺，工期提前了三分之一，開創了耙吸挖泥船平整度的新典范。

圖3 營口工程浚前、浚后水深斷面對比圖Fig.3 Comparison of water-depth cross-section of Yingkou Project before and after dredging

5 結語

事后控制不如事中控制，事中控制不如事前預防。疏浚工程淺點的出現多數是由于疏浚施工過程中質量控制不佳所引起的，耙吸挖泥船掃淺是事后治標的過程。掌握了淺點形成的原因，耙吸船在施工初期和施工過程中采取針對性的控制措施，就能有效地減少或者消除淺點的形成。

[1] JTJ319—99，疏浚工程技術規范[S].JTJ319—99，Technical Codefor Dredging Works[S].

[2] JTJ320—96，疏浚巖土分類標準[S].JTJ320—96，Classification of Rocksand Soilstobe Dredged[S].

[3]耙吸疏浚檢測平臺v2.0用戶手冊[M].上海：中港疏浚有限公司，2009.User Guide v2.0 for trailing suction dredge testing platform[M].Shanghai：CHECDredging Co.，Ltd.，2009.