航道疏浚施工工藝優(yōu)化組合路徑分析

【摘要】現(xiàn)今，我國隨著“十三五”發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略目標(biāo)實施以來，國家加快了航空、公路以及水上交通的建設(shè)步伐，對我國交通運輸以及國民經(jīng)濟的發(fā)展都起著至關(guān)重要的作用。長江水域運輸總量可達11億t/年，其與京杭運河、長江三角洲、珠江三角洲以及西江航運干線構(gòu)成了我國內(nèi)航道運輸樞紐。然而，航道的常年運行，造成航道底層淤泥、砂石等物質(zhì)堆積給水上運輸造成阻礙，從而影響往來船只的航行安全。內(nèi)河航道疏浚作業(yè)作為水下施工項目，其對施工設(shè)備要求高、施工風(fēng)險因素多、以及復(fù)雜的施工環(huán)境給航道疏浚施工帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。基于此，本文旨在以項目管理理論為基礎(chǔ)，以長江流域某段航道疏浚施工為例，通過科學(xué)化和現(xiàn)代化的管理手段和措施，從而更有效地完成內(nèi)河航道疏浚工程項目總體目標(biāo)，從而獲得可觀的經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】航道疏浚；施工技術(shù)；優(yōu)化路徑

1、航道疏浚項目概況

長江流域12.5米深水航道疏浚工程二期工程，疏浚總量約1000萬m3，疏浚土質(zhì)主要為細(xì)粉砂。泥層開挖厚度1.0～2.5m，平均厚度1.75m（包含超深），泥層較薄，施工難度大，耙吸船開挖易嚴(yán)重超深，造成較大浪費。該項目疏浚區(qū)航道總長約210km，航道寬500m，設(shè)計底高程-12.5米 m，超寬3m，超深0.4m，其中超寬超深方量約145萬m3，約占總疏浚方量的25%，為本疏浚項目施工質(zhì)量控制研究的重點（如下圖）。

2、疏浚施工地質(zhì)環(huán)境分析

長江流域水流流向較穩(wěn)定，潮流急。高潮位由口外向口內(nèi)逐漸增高，低潮位由口外向口內(nèi)逐漸降低，潮汐日不等現(xiàn)象低潮較高潮明顯，低潮不等最大差值可達1.0m以上。疏浚施工區(qū)屬無掩護區(qū)域，工況條件惡劣，風(fēng)浪大，且施工區(qū)潮差大，潮流急。施工區(qū)周邊適合設(shè)置潮位站的地方在最低潮時會出現(xiàn)露灘情況，潮位站布設(shè)困難，且施工區(qū)跨度較大，一個潮位站不能覆蓋整個施工區(qū)，設(shè)置5、7個潮位站時潮位站之間潮差并非線性關(guān)系，漲落潮時均會變化，內(nèi)插法計算潮位疏浚誤差較大，影響船舶挖深精度控制；因施工區(qū)域面積較大，施工期過程測量采用傳統(tǒng)的單波束測量無法滿足施工需要，無法保證船舶施工質(zhì)量和效率，因此對疏浚施工進行優(yōu)化，從而達到有效控制項目成本。

3、航道疏浚施工優(yōu)化路徑分析

本次航道疏浚采用雙槳、雙機復(fù)合驅(qū)動超大型自航耙吸式挖泥船，主要用于沿海港口、航道疏浚和吹填作業(yè)。船舶總長約157.80m，設(shè)計吃水7.50m，挖泥吃水9.00m，艙容13280m3，可載泥19250t，吸泥管內(nèi)徑1200mm。在淤泥類土質(zhì)施工每耙挖深達40～50cm，設(shè)計超深為40cm，施工開挖深度控制困難。其優(yōu)點為抗風(fēng)浪能力強，疏浚開挖深度大，施工能力強。

3.1 籌建體系，軟硬結(jié)合

施工工藝管理組織是管理目標(biāo)能否實現(xiàn)的決定性因素。公司應(yīng)在內(nèi)部常設(shè)一個施工工藝管理機構(gòu)。施工工藝管理小組成員由總經(jīng)理牽頭，總工程師負(fù)責(zé)日常工作，成員專業(yè)涵蓋工程技術(shù)、航海技術(shù)、輪機技術(shù)、電氣控制等方面。組織成員均有著明確的工作職責(zé)，日常管理要求分工到人、責(zé)任明確，并建立相關(guān)的管理制度。總工程師對施工工藝管理小組工作負(fù)總責(zé)，總師室負(fù)責(zé)施工工藝測試的策劃、組織協(xié)調(diào)及成果的推廣應(yīng)用；分管施工工藝的副總工程師主要負(fù)責(zé)施工工藝及機具改進，分管科技信息的副總工程師主要負(fù)責(zé)信息技術(shù)，分管電氣控制的副總工程師負(fù)責(zé)儀表儀器；海務(wù)監(jiān)督長負(fù)責(zé)對施工工藝中涉及船舶適航性及安全可靠性的指導(dǎo)；機務(wù)監(jiān)督長負(fù)責(zé)對施工工藝中設(shè)備適用性及安全性的指導(dǎo)；總師室施工工藝主管負(fù)責(zé)工藝方式、工藝參數(shù)、施工設(shè)備更新改造方案的確定及施工效率測試；工程部項目主管負(fù)責(zé)工程邊界條件確定；項目部總工負(fù)責(zé)現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)及后勤保障；工程船舶船長和輪機長負(fù)責(zé)船舶端工藝的組織協(xié)調(diào)；施工員負(fù)責(zé)施工工藝的具體實施和施工數(shù)據(jù)的具體分析；電機員負(fù)責(zé)船舶端儀器儀表設(shè)備狀態(tài)檢查；公司總師室負(fù)責(zé)施工工藝管理小組的日常工作。

3.2 創(chuàng)新管理，多措并舉

在疏浚項目開始作業(yè)前，工程部項目主管須向公司施工工藝管理小組提交必要的施工邊界條件、工況等技術(shù)資料。當(dāng)施工邊界條件發(fā)生變化時，應(yīng)及時報知施工工藝管理小組；當(dāng)項目遇到施工難題時，應(yīng)報施工工藝管理小組，小組將收集資料，予以判斷處理。施工工藝管理小組對收集的資料進行大數(shù)據(jù)分析、綜合計算，以確定最優(yōu)施工方案。在工程開工前，施工工藝管理小組負(fù)責(zé)典型段開挖試驗，通過大數(shù)據(jù)計算，確定最佳施工工藝參數(shù)；在開工之后，管理小組負(fù)責(zé)跟蹤船舶施工工藝的落實情況，并結(jié)合工況提出工藝改進措施。施工工藝管理小組對施工工藝進行分析、提煉，形成固化、可推廣應(yīng)用的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 大數(shù)據(jù)計算，確定施工參數(shù)

耙吸式挖泥船現(xiàn)場最佳施工工藝的測定需要建立具體的測試流程，預(yù)先制訂詳細(xì)的計劃，對數(shù)據(jù)作嚴(yán)謹(jǐn)、可信的分析，并將得到的真實有用的結(jié)果用以指導(dǎo)船舶施工，以切實提高船舶的施工效率。在測試前，施工工藝管理小組均會預(yù)先制訂具體的施工工藝測試大綱，確定本次施工工藝測試的重點和方法。在測試中，小組計算出船舶的最佳對地航速、耙頭高壓沖水壓力、波浪補償器壓力、泥泵轉(zhuǎn)速等參數(shù)。對于吹填施工來說，影響吹填施工效率的邊界條件有土質(zhì)、吹填長度、排管直徑、管線布置、標(biāo)高、耙吸船性能、耙吸船吹填模式等。基于以上數(shù)據(jù)，最終確定最優(yōu)化的施工工藝參數(shù)及方案，并交予施工人員嚴(yán)格執(zhí)行。

3.4 多管齊下，多維推進

施工工藝管理小組采取多因素敏感性分析法、大數(shù)據(jù)分析法、艏吹關(guān)鍵流速云計算法、最佳施工工藝軟件體系等對施工數(shù)據(jù)進行測試分析。在目前的大數(shù)據(jù)計算中，小組通過正交方陣排列組合和敏感性比較，分析施工參數(shù)的變化趨勢，確定最佳施工工藝參數(shù)，其中關(guān)鍵流速的準(zhǔn)確計算直接關(guān)系到艏吹施工的效率和經(jīng)濟性。為此，通過計算軟件輸入工程參數(shù)和變量，輸出包括圖像信息、最佳施工參數(shù)組合、特征粒徑、特征濃度、沉降速度曲線、原狀土、關(guān)鍵流速、泵性能、蒸汽壓力、呼吸閥、排水口和局部水頭損失系數(shù)等分析數(shù)據(jù)，使軟件功能覆蓋從工況條件到船舶設(shè)備、從耙吸挖泥到艏吹艏噴施工、從公式推導(dǎo)到曲線繪制的耙吸式挖泥船施工的全過程，以此最終甄選出最優(yōu)的施工工藝流程，形成最優(yōu)化的施工工藝。

4、耙吸式挖泥船精挖技術(shù)及管理措施

（1）本工程標(biāo)段疏浚土質(zhì)主要為細(xì)粉砂，5類土占80%，2類土占20%，部分為細(xì)砂混貝殼。根據(jù)工程土質(zhì)選擇帶有高壓沖水的沖刷型耙頭使開挖淤泥和細(xì)砂的破土能力大幅提升。耙齒根據(jù)施工的不同階段調(diào)整平齒和尖齒的交替使用，特別是在收尾階段，由原尖齒改為平齒，耙齒密度增加1倍，且把耙齒排列方式由原“一字”型平行排列改為前后交錯排列，有效避免了壟、溝現(xiàn)象的出現(xiàn)，疏浚基槽表面相對平整，且可一次掃除淺點。

（2）疏浚區(qū)泥層開挖厚度1.0～2.5m，平均厚度1.75m，泥層較薄。通過提高挖泥船的下耙精度，長江下流12.5米深水航道工程二期灣外段疏浚減少廢方開挖工程達200萬m3以上。通過優(yōu)化施工參數(shù)、改進施工工藝等一系列措施后，施工船舶泵吸效率提高約17.1%，縮短了取泥時間，有效降低了運泥船的支出成本，工藝優(yōu)化后工程總體減少支出約1210萬元。不僅可加快施工進度、保證施工質(zhì)量，同時可大幅提高經(jīng)濟效益。

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