抓斗挖泥船疏浚技術的探討

王小鋒

摘 要：文章以實際工程為例，首先對工程疏浚的施工難點進行分析，然后對抓斗挖船疏浚技術進行分析探討，最后闡述施工質量控制措施，工程施工后疏浚效果達到預期要求，可為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：抓斗挖泥船；鑿巖棒；挖深控制

1 工程概況

該工程位于非洲西岸喀麥隆克里比（Kribi）南部約30km處的莫伯羅（Mboro）村，擬建一個5萬噸級集裝箱泊位、一個4萬噸級通用泊位，按一字型布置。疏浚工程包括碼頭基槽、泊位、調頭圓、航道的疏浚開挖，合同工程量約218萬方。根據鉆孔資料，該區(qū)域覆蓋層主要是粘土和粉土構成，靠近岸線部分孔可見卵石和砂，覆蓋層標貫擊數較高，大部在20多擊到50擊。

2 工程施工難點

（1）該工程處于開敞海域，風浪、涌浪大，施工環(huán)境惡劣，每年4～9月份，涌浪影響頻繁，船舶施工受影響夠大，有效施工時間受其影響有所降低。

（2）施工區(qū)土質變化大，對斗齒磨損較嚴重，極大降低施工效率。

（3）土質復雜，部分區(qū)域疏浚土質為巖石，強度超過100MPa，200方抓斗無法直挖，需考慮炸礁。工期緊，施工強度高。

（4）疏浚施工和其它水工施工交叉，節(jié)點工期緊；施工船舶多，需加強協調，充分考慮施工干擾，確保安全。

3 施工設備投入及分析

根據該工程的地質情況和特點，采用抓斗挖泥船疏浚技術進行施工。抓斗挖泥船為機械式挖泥船，是一種使用抓斗和吊機進行水下挖泥作業(yè)的機具，具有設備簡單、施工成本低、施工磨損機械部件少等優(yōu)點。本工程在進行施工時，投入施工船舶有：18m3抓斗船一艘，200m3大型抓斗船一艘，艙容為1000m3的開體自航駁3艘、艙容為2000m3的開體自航駁1艘、艙容為3500m3的鏈式泥門非自航駁1艘，配1艘3900匹馬力的拖輪，及炸礁船、交通艇等共九艘施工船舶。

4 抓斗挖泥船疏浚施工技術優(yōu)點

根據現場的施工工況、土質條件和疏浚土處理方式，采用合理配駁方案，保證整體生產效率并確保安全。首先在200方抓大量開挖時充分保證其配駁，在18方抓搶挖航道時采用讓200方適當停工模式，確保海況好時航道施工。另一方面，考慮施工船具體情況，進行適當技改，將18方抓斗經過技改，增加下錨施工功能，以增強海況適應性，開挖航道等防波堤擋不到的地方。

4.1 施工區(qū)域的劃分

（1）疏浚區(qū)域劃分。該疏浚工程采用分區(qū)分段方法施工，根據工程具體情況將施工區(qū)分為A、B、C、D四個區(qū)。A區(qū)為進港航道，B區(qū)為港池西面392m范圍，C區(qū)為港池中間區(qū)域（30m～369m），D區(qū)包括港池東面30m，泊位、基槽。各施工區(qū)的施工順序為：D-A-B-C。

（2）分層施工。碼頭基槽部分，巖層設計標高為-17m，非巖層設計標高為-18.5m。施工分層如下：港池及航道設計標高為-15m，泊位設計標高為-16m。

4.2 大型抓斗船施工工藝

采用抓斗挖泥船進行挖泥施工時，其操作流程如下：張開空泥斗拋入到開挖點 → 閉斗切入 → 重斗提升 → 轉動斗臂使重斗移動到泥駁的上方 → 開斗卸泥 → 斗臂反向轉動→將空口拋入到開挖點。

該工程施工時，使用“東祥”及“金建”號直接利用鋼樁定位，挖泥施工時不需要拋錨，并對水域面積占用較小。缺點是抗風浪能力差，在施工過程中需要根據風化巖的寬度和厚度，分層、分條進行開挖。根據泥層厚度和土質情況確定排斗的間距和順序。

在對上層泥土進行開挖時，由于土質較為松散，因此可以開挖深度適當大一些，該工程施工時初始開挖深度為5m，將分條寬度確定為30m，以保證抓斗重斗率，如圖1所示。分段施工長度為60m，并在航道中心線的260m的位置設置挖泥船。第二層的挖掘深度依然定為5m，但是挖掘方法和第一層的挖掘方法有所不同，嚴格按照分條分段的原則開挖施工，一二層使用沉挖，第三層使用定深挖。從里向外排斗，鄰近兩斗距離控制在2m左右，抓斗單位轉動角度為5°，上一條挖掘完成后進行下一條的挖掘時要保證挖泥船的內側處在分條邊線上，避免出現漏挖的情況，第二層挖到距離設計邊線42.4m的位置。在開挖邊坡時依然先進行沉挖，然后進行深挖，挖掘深度保持在2.4m，超挖和欠挖高度分別為1.5m和1m。第三層開挖深度為4m，前兩部開挖主要是對航道兩側進行開挖，第三層是對航道中央進行挖掘。進行挖掘施工時，從中央向兩邊進行挖 掘，挖掘方法和第二層類似，直至挖掘到設計邊線64m處。第四層開挖深度為3m。分兩層進行開挖，第一層為沉挖，第二層為定深挖，一直挖掘到設計邊線80.5m處。第五層開挖為最后一層開挖，該層的開挖深度為3m，先進行定深挖，然后采用平挖的方法進行施工，指導挖掘到距離設計邊線95m處。使用定深挖的方法進行邊坡的開挖施工，挖掘深度保持在1.5m，超挖和欠挖的高度分別為0.9m和0.6m。

開挖過程中大型抓斗船“東祥”的200m3斗自重370t，適宜開挖硬粘土以下硬度的土質。136m3重斗自重400t，斗唇閉合力量最大達570t，適宜開挖堅硬粘土及軟巖。106m3重斗自重460t，斗唇閉合力量最大達988t，適宜開挖較硬的巖石（UCS<12.5MPa、RQD<50%），對UCS 為12.5～30MPa的RQD=0%的巖石也可挖，但效率較低。該工程主要用136斗施工，其顯著特點是長周期的涌浪對下鋼樁施工的船舶影響很大。在施工期間鋼樁多次出現問題，特別是東祥號，因涌浪影響層出現尾樁和中樁斷樁的情況，搶修時間達到一個月以上。為了解決無遮攔海域疏浚問題，項目部工程技術及船機人員對金建號進行適當改造，改為下錨施工，拖輪山陽丸做錨艇配合金建布錨。通過進行改進后有效保證了航道和港池喇叭口區(qū)域的施工進度。

4.3 鑿巖棒施工

為了提高堅硬微風化巖的開挖效果，使用40t“鑿巖棒”輔助18m3抓斗船“金建”號進行施工，先鑿后抓挖。對于斗式船直接開挖效果不佳的區(qū)域，經過水深測量后將需要鑿巖的作業(yè)范圍確定出來，然后按照1.6m的間隔距離布設等邊三角形鑿擊點，并將鑿擊點信息輸入到DGPS導航電腦上。操作員可以根據電腦上顯示的位置進行下棒鑿擊。在鑿巖作業(yè)前先把“金建號”的“斗”改為“鑿”，施工方法與抓斗挖泥類似，然后駕駛員將“鑿巖棒”提升到一定高度后松開離合器，使鑿巖幫自由落下，擊碎巖石，然后使用抓斗船將破碎的巖石挖除。該工程基槽段疏浚采取了多種組合方法鑿巖施工，確保基槽分期及時交付，保證沉箱安裝，也大大減少水下炸礁的面積，有效節(jié)省成本，提高效率。

5 質量控制措施

5.1 平面控制

施工過程中使用DGPS全球差分定位系統(tǒng)進行定位，操作如下：

（1）檢測零基線。在已知點上持續(xù)24h接收DGPS信號，然后使用XYPLOT軟件對定位精度進行分析。

（2）基線檢測。在覆蓋區(qū)域范圍內已知點上同時連續(xù)24h接收DPGS信號，然后使用XYPLOT軟件的對定位精度進行分析。

5.2 挖深控制

施工過程中，施工船上裝有電子圖形控制系統(tǒng)和HYPACK系統(tǒng)。在計算機中輸入施工區(qū)開挖斷面參數，通過在抓斗上安裝的傳感器將抓斗姿態(tài)反映到計算機上，結合潮位遙報系統(tǒng)對潮位進行傳送，并對抓斗下放深度進行調整，進而達到控制深度的目的。

5.3測量控制

使用配備有 HydroTrac回聲測深儀專用船只進行水深測量，同時利用HYPACK MAX軟件對采集外業(yè)數據及處理內業(yè)數據，轉換成圖數據后，利用AutoCAD編制圖紙。

6 結論

綜上所述，喀麥隆克里比深水港在施工過程中，項目各部門集思廣益，仔細分析，并制定切實可行的實施方案，為工程順利進行打下基礎。施工完成進行測量驗收后證明，完工水深圖和分項工程驗收資料通過業(yè)主審批和認可。

參考文獻：

[1]王常金.定位樁液壓抓斗挖泥船的施工方法[J].中國水運，2010，（09）：34-35.

[2]肖漢斌，張永濤，路世青等.疏浚抓斗平挖運動研究與仿真[J].武漢理工大學學報，2013，37（3）：482-485.endprint