耙吸船在航道維護(hù)性疏浚工程中的施工技術(shù)分析

孟江山+李佳玫

摘 要：在航道運(yùn)營過程中，航道維護(hù)性疏浚工程是港口和航道建設(shè)中不可缺少的一項(xiàng)措施。由于維護(hù)性航道項(xiàng)目存在著泥層薄、回淤快、不能影響航道正常運(yùn)營等特點(diǎn)，耙吸船的施工效率、質(zhì)量控制要求非常高，需要選擇合理的疏浚船型及施工技術(shù)手段進(jìn)行施工。本文以實(shí)際工程為例，對(duì)航道維護(hù)性疏浚工程實(shí)施過程中的施工技術(shù)、質(zhì)量控制方法進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：耙吸船 疏浚 掃淺施工

1.工程概況

連云港30萬噸級(jí)航道一期工程位于連云港市徐圩港區(qū)10萬噸級(jí)航道全航段，連云港位于我國黃海海州灣西南岸，是隴海、蘭新鐵路沿線廣大地區(qū)最經(jīng)濟(jì)便捷的出海口。本工程維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為：徐圩港區(qū)10萬噸級(jí)航道內(nèi)航段維護(hù)疏浚底標(biāo)高在一期航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高基礎(chǔ)上增加0.2m，外航段維護(hù)疏浚底標(biāo)高按設(shè)計(jì)要求控制。在不影響航道正常運(yùn)營的情況下，保證無淺點(diǎn)通過工程驗(yàn)收，對(duì)船舶施工技術(shù)管理、質(zhì)量控制難度極大，需要選擇合理的疏浚技術(shù)組織施工。

2.施工技術(shù)準(zhǔn)備

2.1施工準(zhǔn)備

本工程采用4500m3耙吸常規(guī)施工方法進(jìn)行外拋施工。耙吸船在疏浚區(qū)邊航行邊施工，通過拖拽耙頭切削疏浚土、通過泥泵將疏浚土吸入并裝載在泥艙中，泥艙裝滿后航行至拋泥區(qū)上方，打開艙門，將疏浚土拋卸至拋泥區(qū)后返回施工區(qū)繼續(xù)循環(huán)施工。

2.2工程測量

（1）平面定位。使用DGPS進(jìn)行平面動(dòng)態(tài)定位。為確保定位精度，外業(yè)測量開始前將GPS置于平面控制點(diǎn)上進(jìn)行比對(duì)，采集半小時(shí)數(shù)據(jù)，求出其點(diǎn)位中誤差，定位中誤差符合規(guī)范要求后方可使用其測量。

（2）高程控制。施工前通過水準(zhǔn)聯(lián)測，建立驗(yàn)潮站改正水位。潮位遙報(bào)系統(tǒng)發(fā)射臺(tái)安裝在施工區(qū)附近水域，船臺(tái)安裝于各挖泥船上，潮位遙報(bào)系統(tǒng)每10分鐘或潮位每變化10cm 遙報(bào)水位一次，精度為1cm。潮位站和遙報(bào)系統(tǒng)定期校準(zhǔn)。

（3）水深測量實(shí)施。測量前須建立船體坐標(biāo)系，準(zhǔn)確量取GPS天線、測深儀探頭、涌浪補(bǔ)償儀中心，各傳感器間的相對(duì)距離，計(jì)算其在船體坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)，并輸入軟件內(nèi)。測量過程中采用HYPACK MAX 測量軟件實(shí)時(shí)同步采集RTK-DGPS定位數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)潮位數(shù)據(jù)，涌浪補(bǔ)償數(shù)據(jù)及測深儀測深數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集時(shí)，實(shí)時(shí)查看差分接收鎖定情況，確保數(shù)據(jù)采集的整個(gè)過程中水深測量平面定位精度和測深精度。

2.3施工工藝

耙吸挖泥船裝備有耙頭挖掘機(jī)具和水力吸泥裝置，施工時(shí)將耙臂放入水下一定深度，使耙頭與泥面接觸，通過船上的推進(jìn)裝置，使挖泥船在航行中拖帶耙頭前移，對(duì)水下土層的泥沙進(jìn)行耙松和挖掘。再通過泥泵的抽吸作用從耙頭的吸口吸入挖掘的泥漿，經(jīng)過泥泵的排出端和排泥管將泥漿裝入挖泥船自身的泥艙中，如圖1所示。

耙吸船一般采用裝艙溢流法進(jìn)行施工。根據(jù)不同土質(zhì)控制溢流時(shí)間，盡可能使泥艙的裝載量達(dá)到最大，然后停泵起耙，把裝載的泥砂運(yùn)到指定的拋泥區(qū)拋卸。裝艙滿載駛離挖槽，到達(dá)拋泥區(qū)前減速航行，根據(jù)潮流方向確定拋泥航向，在拋泥區(qū)內(nèi)穩(wěn)住船位，隨后打開艙底泥門拋卸泥砂，待艙內(nèi)泥砂拋凈后關(guān)閉泥門，駛離拋泥區(qū)。

2.4操作流程

（1）上線放耙。耙吸船到達(dá)指定施工地段后，駕駛員控制好船速、船位，下達(dá)下耙指令。操耙手接指令后下耙，待彎管放至吸口后啟動(dòng)泥泵，將轉(zhuǎn)速逐漸調(diào)節(jié)至正常轉(zhuǎn)速，然后放耙至指定深度。

根據(jù)DGPS定位，距挖泥船上線還有300m時(shí)，操耙手將耙臂放到彎管吸入口，下放過程中要求耙頭先下手，彎管最后下水，三管與水面約成一個(gè)10～15°左右的斜度，以致空氣從彎管處排出。

泥泵啟動(dòng)后將耙頭下放著地，根據(jù)水深情況把握好下放速度，接近泥面時(shí)要緩速下降，避免因底質(zhì)硬、船速快使耙頭受到?jīng)_擊而損壞，或因泥質(zhì)松軟，耙頭插入泥層過深導(dǎo)致真空度過高，進(jìn)而產(chǎn)生悶泵現(xiàn)象。

（2）挖泥裝艙。挖泥裝艙后，操耙手需正確控制真空度，在確保施工質(zhì)量的前提下，隨時(shí)調(diào)整耙頭深度，保持最佳泥漿濃度與流量。

挖泥裝艙一般采取裝艙溢流法，即當(dāng)泥艙裝滿后仍繼續(xù)泵吸泥漿進(jìn)艙，使泥艙上層低濃度的泥漿水從泥艙上層溢出。

（3）起耙。耙吸船挖泥達(dá)到需要的裝載量后，駕駛員下達(dá)起耙指令，并放慢航速，注意控制船位和艏向，待耙頭離開水面后即向拋泥區(qū)方向航行。

當(dāng)操耙手接到起耙指令時(shí)可將耙頭、泥管升起，處于同彎管平行位置。同時(shí)打開旁通閥，關(guān)閉進(jìn)艙閥，將耙頭三管收到彎管吸口水平位置，接著降低泥泵轉(zhuǎn)速，待打出清水后，脫開離合器。如使用了高壓沖水，則需停止高壓沖水，待泥泵和高壓沖水泵完全停止并穩(wěn)定后，操耙手啟動(dòng)彎管絞車，彎管先起，泥管隨之，耙頭最后，將耙管中的水清除掉。根據(jù)離拋泥區(qū)遠(yuǎn)近決定是否將耙頭上架檢查。

（4）卸泥。船舶抵達(dá)拋泥區(qū)后，即準(zhǔn)備卸泥。通過液壓控制開啟泥門，艙內(nèi)的泥沙在自身重力作用下會(huì)流出泥艙逐漸沉積至水底。在水深條件滿足時(shí)，應(yīng)盡可能將泥門全部打開，以節(jié)省拋泥時(shí)間，有利于施工進(jìn)度，也可以避免由于泥漿中存在的某些大型物體夾在泥門和門框之間，將泥門部件損壞。配有高壓沖水的耙吸船，還可應(yīng)用高壓沖水進(jìn)行艙內(nèi)沖洗，使淤積的泥沙盡可能全部拋凈。

3.施工方法

3.1硬土質(zhì)施工方法

（1）針對(duì)粘土。為有效提高施工粘土的施工濃度，使用新犁型耙齒，改變安裝角度，在耙頭前段加裝耙刀，并加快挖泥航速，能夠有效增加挖泥效果。

（2）針對(duì)鐵板砂。首先通過測試、試驗(yàn)等增加泵機(jī)轉(zhuǎn)速，提高泵效；其次裝配長度較短的耙齒使耙頭更吻合地面，提高真空環(huán)境，增加內(nèi)外壓力差；調(diào)整高壓沖水安裝角度，使之垂直地面；不斷測試調(diào)整挖砂最佳航速；通過裝艙測試優(yōu)化裝艙時(shí)間；通過以上手段，能有效改善船舶挖砂施工效率。

3.2 掃淺施工方法

（1）操作要點(diǎn)。嚴(yán)格按照施工圖紙和施工方案施工，控制好船舶走線，確保上線成功率；控制施工航速，控制在3kn左右，“S”型航跡切向與航道中心線角度控制在8°～28°之間；耙吸船在清除淺點(diǎn)過程中要控制好波浪補(bǔ)償器的位置。如沒有達(dá)到淺點(diǎn)位置時(shí)，波浪補(bǔ)償器就抬升，當(dāng)耙頭到達(dá)淺點(diǎn)位置時(shí)，耙頭就會(huì)沿著前點(diǎn)的側(cè)面滑過，達(dá)不到掃淺的目的。

（2）操作過程。針對(duì)少量、分布較分散、土質(zhì)堅(jiān)硬的頑固淺點(diǎn)，使用“拉鋸式”掃淺方式是一種較好的處理方法。其操作過程是：淺點(diǎn)精確定位、耙頭上線、重點(diǎn)刮泥，當(dāng)船舶挖過淺點(diǎn)后，起耙并將耙頭提升到泥面以上，然后倒車退回并越過淺點(diǎn)，待船舶對(duì)地航行速降為零，轉(zhuǎn)而微微進(jìn)車，再下耙著底挖泥，如此反復(fù)在淺點(diǎn)上拉鋸式施工，最終消除淺點(diǎn)。在此過程中，泥面淺點(diǎn)的形狀會(huì)不斷發(fā)生改變，因此要不斷調(diào)整“拉鋸”的方向。

在施工作業(yè)過程中，由于氣候等原因測量不及時(shí)，無法及時(shí)更新水深文件，因此在確認(rèn)一個(gè)淺點(diǎn)被消除后一定要做好標(biāo)記，然后進(jìn)行下一個(gè)淺點(diǎn)的清除工作，避免重復(fù)掃淺發(fā)生。

（3）掃淺施工，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：施工前需要對(duì)DGPS和自動(dòng)潮位遙報(bào)儀進(jìn)行精度校驗(yàn)；施工前需要對(duì)耙吸船耙頭定深系統(tǒng)進(jìn)行檢查；在掃淺階段應(yīng)加密測量的頻次及淺點(diǎn)分布區(qū)域的的測點(diǎn)間距，并及時(shí)將測深數(shù)據(jù)提供給船舶，以便船長根據(jù)最新測量水深文件，安排指導(dǎo)掃淺作業(yè)。

4.結(jié)論

綜上所述，航道維護(hù)性疏浚工程對(duì)施工質(zhì)量、施工進(jìn)度要求非常高，反復(fù)掃淺不但增加經(jīng)濟(jì)成本且增加時(shí)間成本。耙吸船在航道維護(hù)性疏浚工程施工中，應(yīng)做到布線均勻，并結(jié)合潮位控制下耙深度，嚴(yán)格把控施工過程中的施工質(zhì)量，一旦出現(xiàn)淺點(diǎn)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行掃淺，做到保質(zhì)量、提效率、創(chuàng)效益。在不同的施工邊界條件下，只有不斷嘗試、摸索，才能發(fā)現(xiàn)最佳的施工方法。本項(xiàng)目施工后，不管是施工進(jìn)度、施工質(zhì)量，還是施工安全性都達(dá)到了預(yù)期要求，取得了良好的施工效果，具有較高的借鑒參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳艷萍.天津港港內(nèi)水深維護(hù)環(huán)保疏浚新工藝研究與應(yīng)用[D].天津：天津大學(xué)，2009.

[2]劉文盤，汪凱.耙吸挖泥船進(jìn)行黃驊港泊位維護(hù)清淤施工工藝研究[J].中國水運(yùn)（下半月），2013（01）：14-15+72.