淺談耙吸挖泥船施工技術(shù)

作者簡介：秦建衛(wèi)（1982—），男，工程師，主要從事港航工程項(xiàng)目管理工作。

摘要：耙吸挖泥船在港口建設(shè)中有著較重要的應(yīng)用，尤其在長距離深水航道和運(yùn)營港區(qū)的維護(hù)工程中，其特性更加具有優(yōu)勢。本文針對耙吸挖泥船施工中的技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)，闡述了耙吸挖泥船如何提高施工效率、邊坡施工及掃淺實(shí)施，有助于類似工程的安全、高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)施工。

關(guān)鍵詞：耙吸挖泥船；施工技術(shù)；裝艙；邊坡；掃淺

中圖分類號：U674.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

耙吸挖泥船具有自航、自挖、自載和自卸的性能，各道工序都由其本身來單獨(dú)完成，不需要其他輔助船舶和設(shè)備配合施工，從一定程度上比船組施工的挖泥船降低了成本；并且隨著疏浚技術(shù)和造船技術(shù)的發(fā)展，通過安裝各種新型耙頭、各種不同形式耙齒和運(yùn)用高壓沖水、水下泵等，同時(shí)配合先進(jìn)的疏浚設(shè)備，耙吸挖泥船的性能不斷改進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益也得到提高。耙吸挖泥船具有以下優(yōu)點(diǎn)：操作靈活，施工時(shí)處于航行當(dāng)中，不需要占用大量水域，故施工中對航行船舶影響很小，不影響港口的正常生產(chǎn)；具有良好的航海性能，能夠在比較惡劣的海況下施工；調(diào)遣十分方便，能根據(jù)工程需要迅速轉(zhuǎn)移至其它施工區(qū)，如一些突擊搶挖任務(wù)；特別適合于較長距離的航道施工和港池、泊位的維護(hù)工程。

近年來國家港口事業(yè)發(fā)展迅速，新港口的開工建設(shè)和老港口的擴(kuò)

建增容給航道事業(yè)帶來新的發(fā)展契機(jī)，但機(jī)遇存在的同時(shí)也伴隨著挑戰(zhàn)，疏浚市場的競爭日益激烈，如何在利潤空間縮小的大背景下挖掘更多的利潤保持企業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，作為生產(chǎn)第一線的施工船舶的施工技術(shù)將越來越重要，本人通過參與一些工程對耙吸挖泥船的施工技術(shù)談幾點(diǎn)見解。

1最佳裝艙時(shí)間的確定

耙吸挖泥船一般以采用裝艙拋泥法為主，整個(gè)疏浚周期分為重載

航行、拋泥、輕載航行、裝艙等4個(gè)過程，運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)率計(jì)算公式用文字表述為：運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)率=裝艙實(shí)得土方量/（重載航行時(shí)間+拋泥時(shí)間+輕載航行時(shí)間+裝艙時(shí)間+調(diào)頭及上線時(shí)間），其中重載航行時(shí)間、拋泥時(shí)間、輕載航行時(shí)間和調(diào)頭及上線時(shí)間是基本固定的變化很小，裝艙實(shí)得土方量和裝艙時(shí)間是影響運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)率高低的主變量，由此可以看出裝艙過程是整個(gè)疏浚周期中的關(guān)鍵，裝艙效果的好壞決定著挖泥船的效率和效益。裝艙過程可以分為三個(gè)階段：

（1）從空艙開始挖泥裝艙，除了極細(xì)小的物質(zhì)（粉土、淤泥等）

外，疏浚物質(zhì)均在泥艙內(nèi)沉淀，這個(gè)階段持續(xù)到裝艙到達(dá)溢流面。

（2）進(jìn)艙泥漿濃度大于艙內(nèi)水的密度，泥漿呈柱狀沉向艙內(nèi)已沉

淀的泥面，同時(shí)繼續(xù)以某一密度在沉降的泥面以上流向溢流口，流動途中較大顆粒就沉淀下來。

（3）艙內(nèi)沉淀土面升高使泥漿流形態(tài)改變，阻止泥漿向下流動，

泥漿進(jìn)艙后立即流向四邊，泥面上流速很大，泥漿顆粒沉淀的同時(shí)沉淀土頂層發(fā)生沖刷，溢流損失急劇增加，在一定的裝艙量下，溢流損失可以達(dá)到100%，此時(shí)就必須停止挖泥。

由此可以確定裝艙曲線總體趨勢：裝艙初期沒有溢流損失，裝艙曲線按照一條直線上升，直到泥漿到達(dá)溢流面為止。然后，由于通過溢流口溢出的泥土越來越多，曲線逐漸變得平坦。如圖1：

泥艙實(shí)載土方量（ ）為：

式中： -泥艙實(shí)載土方量（ ）

-泥艙實(shí)載泥漿總質(zhì)量（ t ）

-泥艙實(shí)際使用容積（ ）

-原狀土的天然容重（t/ ）

-當(dāng)?shù)厮娜葜兀╰/ ）

如前所述，裝艙實(shí)得土方量和裝艙時(shí)間是影響運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)率高低的主變量，而且從實(shí)際施工中我們也知道裝艙溢流時(shí)間不能完全由獲取最大可能裝艙土方量來決定，否則，可能導(dǎo)致生產(chǎn)率反而降低。那么，應(yīng)該何時(shí)停止裝艙呢？即如何確定最佳裝艙時(shí)間？

確定該時(shí)間點(diǎn)的方法是（如圖2）：

挖泥船從裝艙開始，連續(xù)記錄裝艙時(shí)間和實(shí)載土方量至裝艙結(jié)束，利用所得記錄畫出裝艙曲線（圖1）。

記錄疏浚周期中其它幾項(xiàng)時(shí)間，即重載航行時(shí)間、拋泥時(shí)間、輕載航行時(shí)間等，這些時(shí)間是容易測定的，假設(shè)總共為A分鐘，結(jié)合裝艙曲線，得出一個(gè)完整的疏浚循環(huán)圖。

根據(jù)數(shù)學(xué)原理，從零點(diǎn)開始，作一條直線與裝艙曲線相切，在這切點(diǎn)上，實(shí)載土方量/周期時(shí)間=運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)率有最大值，即應(yīng)該在B分鐘時(shí)停止裝艙（此時(shí)實(shí)載土方量為C），起耙出去拋泥。

以上是對最佳裝艙時(shí)間的推導(dǎo)過程，雖然理論上較簡單，但實(shí)際施工中具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義，有助于獲得高效率。2007年3月29日～6月5日連云港廟嶺三期突堤碼頭疏浚工程老港區(qū)三角部分，該部分屬于基建施工，浚前平均水深-9.7m，設(shè)計(jì)挖深-11.0m，超深0.4m，土質(zhì)主要為粘土，運(yùn)距11.4Km，重載航行+拋泥+輕載航行時(shí)間約為105分鐘。第一種施工方法：最大裝載法，即裝艙溢流直至達(dá)到最大吃水為止，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，從空艙裝至滿艙時(shí)間約為15分鐘，接下來開始溢流，裝載土方量逐漸增加，溢流45分鐘后挖泥船達(dá)到最大吃水，起耙出去拋泥（此時(shí)實(shí)載土方量約為600方，一個(gè)疏浚循環(huán)時(shí)間=105+15+45=165分鐘=2.75小時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)率=600/2.75=218方/小時(shí)）。第二種施工方法：按照最佳裝艙時(shí)間理論，繪制裝艙曲線，畫出裝艙曲線的切線，根據(jù)對應(yīng)的切點(diǎn)找到最佳裝艙時(shí)間應(yīng)為35分鐘（即溢流時(shí)間應(yīng)縮短為20分鐘），此時(shí)對應(yīng)的實(shí)載土方量約為530方，一個(gè)疏浚循環(huán)時(shí)間=105+35=140分鐘=2.33小時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)率=530/2.33=227方/小時(shí)，比第一種方法提高9方/小時(shí)。由此可以看出如果單純地追求最大實(shí)載土方量，反而會導(dǎo)致生產(chǎn)率的降低，對比兩種施工方法，運(yùn)用最佳裝艙時(shí)間法后，運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)率提高比例4.1%，即該船的產(chǎn)量可提高4.1%。

對于基建施工，土質(zhì)較易沉淀，隨著溢流時(shí)間的增長一般都能達(dá)到最大吃水，溢流時(shí)間也比較長；而維護(hù)施工中土質(zhì)為淤泥，較難沉淀，泥艙裝滿后溢流損失很快就達(dá)到100%，溢流時(shí)間很短甚至采取不溢流，所以相對來說最佳裝艙法在基建施工時(shí)適用性較好。

2邊坡施工

耙吸挖泥船在挖泥作業(yè)中是在航行和漂浮狀態(tài)下作業(yè)，加上駕駛的操縱水平也有高有低，所以垂直面上挖槽平整度和水平面上邊線控制相對其它挖泥船較難控制。實(shí)際工程中，往往有業(yè)主對施工范圍邊線上的淺點(diǎn)提出異議，他們認(rèn)為既然給了超寬和邊坡工程量就應(yīng)該保證邊坡施工到位，邊線上不允許出現(xiàn)淺點(diǎn)，從這一點(diǎn)上講就對我們施工單位提出了更高的要求，如何既滿足業(yè)主的要求又合理地節(jié)省邊坡工程量降低施工成本使邊坡施工更顯其重要性。

邊坡施工絕大多數(shù)是深槽向淺灘放坡，槽外水深遠(yuǎn)淺于槽內(nèi)，往往會出現(xiàn)船艏向槽內(nèi)深水側(cè)偏轉(zhuǎn)動向，船艉則趨向槽外，存在因水位變化導(dǎo)致尾部擦淺的危險(xiǎn)，所以為了確保安全，邊坡施工一般選擇高水位時(shí)進(jìn)行。

耙吸挖泥船邊坡施工必須從工程一開始就抓起，在全槽均勻增深的同時(shí)注意邊坡的開挖，合理地利用超寬，合理超寬也有利于邊線附近槽內(nèi)的施工。若不注意邊坡施工，邊線控制太死，會造成邊線和槽內(nèi)的水深相差太大（尤其是基建土開挖），形成很陡峭的坡，造成接下來施工邊線時(shí)耙頭傾斜失去挖掘能力或耙頭上不了坡（尤其是小耙）出現(xiàn)滑耙甚至壓耙的不利情況，給船舶設(shè)備帶來損壞隱患；此時(shí)要保證邊線施工到位只有唯一的補(bǔ)救辦法，那就是放出很大的超寬去重新開挖有利于邊線施工的邊坡，不僅施工難度增大而且增加工程成本影響工程進(jìn)度，所以在前期施工中就應(yīng)注意挖足邊坡，為提高效益加快進(jìn)度打下基礎(chǔ)。

3掃淺施工

當(dāng)施工區(qū)域內(nèi)大部分水深已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，耙吸挖泥船就進(jìn)入了掃淺

施工階段，由于淺點(diǎn)比較分散且高低不一，施工難度比正常施工加大，若掃淺方法不當(dāng)，就會是純粹的“油換水”，施工成本急劇增加，所以如何提高掃淺效率加快掃淺進(jìn)度是耙吸挖泥船施工技術(shù)的一個(gè)重要方面。掃淺施工一般遵循以下要點(diǎn)：

根據(jù)測量圖紙分析淺點(diǎn)分布情況和淺點(diǎn)的泥層厚度，結(jié)合施工區(qū)域的

潮流、船舶進(jìn)出、施工干擾等現(xiàn)場條件，制定總體掃淺方案，并向班組進(jìn)行技術(shù)交底，合理分配掃淺任務(wù)，避免重挖和漏挖。

掃淺過程中加強(qiáng)測量密度，根據(jù)測量資料對淺點(diǎn)精確定位，這是掃淺

成功的首要前提。把測量成果第一時(shí)間反饋至施工船舶，使施工船舶及時(shí)掌握掃淺效果，做到有的放矢同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工方法，提高掃淺效率。

綜合運(yùn)用施工方法和施工工藝：（1）掃淺初期掃淺面積相對較大，在

中部開闊水域采用回旋挖泥法，可以在較短的時(shí)間內(nèi)掃除多個(gè)淺點(diǎn)，縮短空跑的時(shí)間。（2）泊位掃淺和施工區(qū)域邊線附近掃淺時(shí)，采用往返挖泥法，往返施工法具有船舶操縱難度小的優(yōu)點(diǎn)，一般采用逆流施工，流較快時(shí)不宜順流施工以避免壓耙。（3）對于最后個(gè)別頑固的孤立淺點(diǎn)，一方面進(jìn)行分層施工，定耙深度略深于淺點(diǎn)峰值，待耙頭碰到淺點(diǎn)，依靠耙齒切削挖泥，可避免滑耙的發(fā)生，使掃淺效果得到改善；另一方面船舶操縱上采用進(jìn)退挖泥法，進(jìn)退挖泥法特別適合對孤立淺點(diǎn)的掃除，但要高度注意防止耙管在倒退中折損。

4 結(jié)語

隨著港口發(fā)展的大型化和深水化，耙吸挖泥船將在港口建設(shè)中承擔(dān)更為重要的建設(shè)任務(wù)，在實(shí)際施工中，在針對不同工況調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，以常規(guī)的技術(shù)理論為基礎(chǔ)，通過合理的試驗(yàn)，選擇合理的施工方案，優(yōu)化施工工藝和施工方法，采取恰當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)管理措施，從而達(dá)到安全、高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的目的。