中低灘深水海域圍墾充泥管袋筑堤關鍵技術

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中低灘深水海域圍墾充泥管袋筑堤關鍵技術

蘇穎（安徽水利開發股份有限公司，安徽蚌埠233300）

沿海城市經濟建設的快速發展，土地資源緊缺制約經濟發展空間問題已日益嚴重，人類對海洋資源的開發與利用，已從陸地走向淺海，繼而逐步邁向深海區，傳統意義上的高灘圍墾資源急劇減少。文章主要對中低灘深水海域圍墾項目中充泥管袋筑堤施工技術加以論述。

圍墾；中低灘；數值模擬；吸運吹一體化；筑堤

0　前言

進入21世紀，隨著我國新一輪沿海開發戰略的啟動與實施，沿海地區城市化、工業化和人口集聚加快，進一步加大了對土地資源的需求。建國后全國主要河口海岸灘涂圍墾總面積累計達22361.7km2，平均每年約350～400km2。長江口區域的上海市自2008年起對中央沙、青草沙、橫沙東灘、南匯東灘以及崇明島北緣的部分高灘區域實施了圈圍，累計圍涂約98.7km2。

傳統意義上的高灘圍墾主要是針對平均高潮位以上區域進行圍墾，圍墾區水動力弱、波浪強度小，施工技術相對簡單。隨著高灘資源的日益減少，沿海中低灘圍墾已成為今后圍墾發展重要方向。目前，國內中低灘圍墾筑堤施工時多選擇在低潮位時，采用人工方式鋪設、充灌充泥管袋，或者利用小型船舶展開袋體充填，作業時間受漲落潮影響明顯，施工效率低下，作業人員安全風險極大。因此，研發新型中低灘深海水域圍墾筑堤施工技術，適應高風險、高附加值的圍海造地勢在必行。

1　中低灘水域水動力數值模擬研究

中低灘深水區徑流、潮流動力條件復雜，泥沙活動性強，一般在工程選址和施工可行性研究設計階段，均需要對工程實施前后的水流動力條件、河床沖淤變化開展論證研究，主要研究手段包括現場水文泥沙資料分析、物理模型試驗和數學模型等。近年來隨著計算機的高速發展，數值模擬技術因速度快、成本低等優點應用越來越廣泛。

對于施工中經常遇到的圍堤局部沖刷以及龍口合龍等關鍵問題，必須開展相應的數值模擬研究，以預測風險、排除隱患。隨著海堤的推進，潮流受到構筑物的約束和控制，改變了水流的方向或流速的大小，原有的平衡狀態被破壞，會引起局部范圍的沖刷現象。因為構筑物周圍都存在復雜的旋渦及環流系統，這種局部的水流結構是決定沖刷坑形態和大小的最重要因素之一，對數值模擬技術要求較高。安徽水利開發股份有限公司自2003年進入圍海造地行業起，高度重視科技創新工作，為達到“強強聯合，理論指導實踐”的目的，與河海大學、合工大及南科院等國內知名水利科研機構開展產學研合作，共同開展中低灘復雜邊界和動力條件的潮流泥沙數值模擬方法研究，引入超松弛系數改進了LU-SGS隱式有限體積法，提高了計算效率，基于拋物型的垂向流速分布關系實現了二、三維耦合求解；建立了復雜水動力條件環境下全河段二、三維數學模型，利用實測資料研究了水沙運移及灘槽演變規律及潮流泥沙變化規律，為指導長江口地區中低灘圈圍工程施工方案的制定提供了理論依據和技術支撐。

2　“吸運吹”一體化吹灌筑堤施工

研發了鋪袋船船載六通吹灌裝置及其工藝（關鍵設備——“鋪排船船載吹灌裝置”獲得實用新型專利授權，專利號：ZL201420308847.1；關鍵技術——“用鋪排船船載吹灌裝置充填充泥管袋的方法及吹灌裝置”獲得發明專利，專利號：201410257414.2），利用鋪袋船做為作業和中轉平臺，采用六通吹灌裝置控制充填速度、壓力，實現了深水區“吸運吹”一體化吹灌筑壩快速施工。

2.1基本原理

利用吸砂船在指定采砂區進行采砂，通過砂泵直接將砂輸送到運砂船上；運砂船到達施工現場后，逆水靠泊吹砂船，用纜繩連接穩定，按吹砂船泥漿泵—輸泥總管—六通吹灌裝置—輸泥支管—充泥管袋的順序連接，在吹灌裝置分流出砂口設置閘閥，實現各充泥支管的啟閉，調節充灌壓力；利用高壓水槍在駁船倉內造漿，啟動泥漿泵開始袋體充灌施工；當充泥管袋充灌達到理論計算量時停止作業，即完成單個袋體施工。逐袋逐層進行充灌施工直至充泥管袋所形成的堤身到達設計斷面要求?！拔\吹”一體化吹灌筑壩施工工藝流程如圖1所示。

圖1　“吸運吹”一體化吹灌筑壩施工工藝流程圖

2.2材料來源

吸采砂直接利用長江內砂源，施工中常與航道整治、沙洲治理和清淤護灘相結合，起到一舉兩得的功效，生態環保，符合國家大力推進長江經濟帶建設政策的方向。

2.3工藝流程

2.3.1吸砂船采砂施工

利用吸砂船在指定采砂區進行采砂，采砂船單錨定位，運砂船靠泊吸沙船，用纜繩連接穩定后，吸沙船通過砂泵直接將砂輸送到駁船上，開始采砂裝運。

2.3.2砂料運輸

砂料主要采用駁船進行運輸，為了達到砂料迅速排水、單次運輸量最大化的目的，駁船吃水保持駁船干舷15cm，運輸駁船按照與海事等部門確定的航行線路通航行駛，并及時發布通航公告。

2.3.3吹砂船準備

采用專用吹砂船施工，施工前根據現場條件進行定位，由艏艉六根錨進行固定，船上配備機械化控制的泥漿泵、高壓水槍，由專業人員進行操控。

2.3.4管線連接和布置

吹砂船靠鋪袋船停泊，吹砂船上的泥漿泵連接輸砂總管，輸砂總管連接六通吹灌裝置，從吹灌裝置分流的輸砂支管與充泥管袋的進漿口連接。為了輸砂軟管的平面布局合理、易于實施和經濟安全，管線布置綜合考慮船舶的總揚程、地形地貌、排距、吹填高程、水位和潮汐變化等條件。

充泥管袋吹灌主要設備為吹砂船、輸砂管線、六通吹灌裝置、浮筒。六通吹灌閥示意圖如圖2所示，六通吹灌裝置進行堤壩袋體、圍區吹填施工平面圖如圖3所示，剖面圖如圖4所示。

圖2　六通吹灌閥示意圖

圖3　六通吹灌裝置充填袋體示意圖

圖4　六通吹灌裝置充填堤壩袋體施工剖面圖

2.3.5吹灌施工

①管線連接檢查完畢后進行充水實驗，保證管線無破損、連接處不漏漿；打開六通閘閥，吹砂船利用高壓水槍進行造漿，開始充填施工，通過閘閥啟閉對軟管出泥口的流量及壓力進行調控。

②水下袋體施工過程中，應嚴格控制加載速率，給予袋體足夠的沉降固結時間。運砂船靠駁鋪排船造漿。

③待水下堤身填筑完畢，不能滿足鋪袋船吃水深度要求后，將吹灌裝置從鋪袋船轉移至已露出的堤身處、低潮時采用人工展鋪袋體，繼續逐袋逐層進行充泥管袋吹灌施工，直至充泥管袋所形成的海（江）堤堤身到達設計斷面要求。

3　龍口合龍

龍口合龍是圍墾項目施工的核心環節。圍堤龍口處水流壓縮，流速急劇增加，漲退潮時流速一般可達到或者超過5.0m/s；工程實施前，進行龍口模型試驗研究，研究各種工況下的水流及灘槽變化，提出龍口封堵工程措施，為龍口合龍提供理論依據。作業期間，利用鋪袋船對龍口區域鋪設軟體排進行護底，降低過槽水流對灘面的沖刷，使其處于穩定狀態；圍區外側設置拋石棱體進行阻水，將潮流速降低至約3.5m/s；在泥庫備砂及龍口兩側堤身達到設計要求后，開始啟動龍口合龍；采用“吸運吹”工藝、平立堵相結合的方式將龍口或竄溝的底高程逐步抬升至平均灘面高程，而后利用一個小潮汛將堤身迅速斷水并抬高到大潮汛平均高潮位之上。

4　結語

隨著國家大力推進海洋經濟戰略，科學合理地對中低灘資源進行圍墾開發利用，行業前景十分廣闊。近年來，在“一帶一路”宏偉構想的部署下，我國南海及東南亞沿海國家的島嶼開發力度逐步加大，陸續進入促淤、圈圍狀態，采用充泥管袋筑堤施工是已成為當前主流技術，研發并掌握中低灘深水海域圍墾關鍵技術，可為國有資產保值增值和支撐省屬企業“走出去”打下堅實的基礎。

S277.4

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1007-7359（2016）04-0082-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.031

蘇穎（1978-），男，安徽蚌埠人，合肥工業大學在職研究生，高級工程師，國家注冊一級建造師，國家注冊安全工程師，國家注冊造價工程師。