耙平器在掃淺整平施工中的應(yīng)用探究

楊召通 黎敏堅(jiān)

中交廣州航道局有限公司，廣東廣州 510290

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)出海航道面臨船舶密度不斷增長(zhǎng)、船舶噸位不斷大型化的趨勢(shì)，這就為航道通航條件提出了更高要求。航道擴(kuò)深、擴(kuò)寬日益提上日程，通常在耙吸船進(jìn)行航道擴(kuò)深、擴(kuò)寬施工后期往往出現(xiàn)淺點(diǎn)和壟溝，如何有效對(duì)航道底床進(jìn)行掃淺整平降低船舶通航風(fēng)險(xiǎn)值得探究。

1 疏浚施工淺點(diǎn)形成原因

（1） 耙吸船在航道施工中需要頻繁避讓來(lái)往船舶或者掉頭，在船舶避讓及掉頭時(shí)需要將耙頭提離泥面防止出現(xiàn)壓耙，隨著耙頭的提起與放下，中間沒(méi)有疏浚到的區(qū)域便出現(xiàn)淺點(diǎn)或壟溝。

（2） 耙吸船在施工過(guò)程中由于浮泥層的存在以及導(dǎo)航設(shè)備的精度誤差，使得耙頭位置監(jiān)視系統(tǒng)顯示的耙頭深度、位置與實(shí)際存在差異，導(dǎo)致出現(xiàn)淺點(diǎn)或壟溝。

（3） 航道底床土質(zhì)分布不均勻，淤泥層厚的區(qū)域容易開(kāi)挖，相鄰黏土層等硬度較高的區(qū)域不宜開(kāi)挖。在耙吸船駛過(guò)該區(qū)域時(shí)，淤泥層通過(guò)耙頭被直接吸走而硬度高的區(qū)域則很難通過(guò)耙頭疏松被吸走，導(dǎo)致淺點(diǎn)或者壟溝的出現(xiàn)。當(dāng)耙吸船在相鄰布線開(kāi)挖或者進(jìn)行掃淺施工再次經(jīng)過(guò)相同區(qū)域時(shí)，耙吸船耙頭更容易劃入溝壑內(nèi)，使得溝壑越挖越深，而淺點(diǎn)卻沒(méi)有挖到，導(dǎo)致壟溝愈加明顯。從泥漿濃度顯示器觀看，裝艙效率挺高，但隨著壟溝的逐步加深，耙頭達(dá)到耙吸船極限挖深時(shí)，船舶裝艙效率會(huì)顯著下降，不僅為后續(xù)整平施工增加難度，同時(shí)存在著超挖浪費(fèi)損失。

（4） 測(cè)量與施工存在滯后性，由于水下測(cè)量精度受泥土顆粒懸浮情況影響比較大，在耙吸船施工時(shí)是不能進(jìn)行水深測(cè)量的。通常在耙吸船停工后，待施工區(qū)懸浮的泥土沉淀下來(lái)（4～5d），測(cè)量船方可進(jìn)入施工區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)淺點(diǎn)和壟溝已經(jīng)形成。

2 耙平器工作原理及改進(jìn)

傳統(tǒng)上針對(duì)淺點(diǎn)和壟溝的解決方案是根據(jù)其土質(zhì)狀況及分布采用耙吸船S型挖泥路線法或船舶進(jìn)退拉鋸的方式進(jìn)行整平，但上述方案通常存在投入大、掃淺后期施工效率低、整平效果差的問(wèn)題。近年來(lái)，對(duì)于航道非石地質(zhì)的淺點(diǎn)和壟溝，施工單位逐步采用耙平器進(jìn)行掃淺整平施工。與耙吸船相比，耙平器存在著耙體重，吃土深、破土能力強(qiáng)；耙體寬，過(guò)土面積大不易劃入溝壑內(nèi)；構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2.1 耙平器的工作原理

耙平器的工作原理如圖1所示，耙平器由吊索相連通過(guò)自身重力使耙平器與航道底床緊密接觸，依靠拖輪或者耙吸船的拖索提供水平拖曳力拉動(dòng)耙平器前行，當(dāng)遇到壟溝或淺點(diǎn)時(shí)，耙平器前部安裝的耙齒能夠深入土層進(jìn)行疏松，后部安裝的滾筒或者刮板將疏松的土層壓平、刮入深溝或者其他區(qū)域進(jìn)行掃淺整平。

圖1 耙平器掃淺整平施工示意圖

2.2 加裝涌浪補(bǔ)償器系統(tǒng)

從圖1可以看出，耙平器始終與航道底床保持接觸是進(jìn)行掃淺整平施工的前提。但在吊索長(zhǎng)度固定的情況下，航道施工中存在的涌浪、航道底床高低起伏以及施工期間潮位的變化都會(huì)都掃淺整平施工效果產(chǎn)生重要影響。當(dāng)遇到涌浪船舶被升起、底床遇到溝壑或者潮位增加時(shí)，吊索在豎直方向拉力增大，會(huì)拎著耙平器脫離泥面或者從泥面及溝壑頂部滑過(guò)，起不到掃淺整平的效果，同時(shí)容易使耙平器在垂直于船舶航行的方向上左右擺動(dòng)，增加船舶操控難度。當(dāng)涌浪過(guò)后船舶下降、底床遇到堅(jiān)硬隆起土層或者潮位降低時(shí)，吊索處于松弛狀態(tài)，鋼絲容易在A字架的滑輪上出現(xiàn)跳鎖現(xiàn)象。吊索頻繁的在繃緊與松弛狀態(tài)間切換，毫無(wú)規(guī)律可循，瞬間產(chǎn)生的頓挫力對(duì)于鋼絲、A字架及絞車造成較大沖擊，容易縮減相應(yīng)設(shè)備的使用壽命，為此考慮在絞車與A字架之間加裝涌浪補(bǔ)償器，其布置如圖2所示。

圖2 涌浪補(bǔ)償器系統(tǒng)布置圖

涌浪補(bǔ)償器的自動(dòng)控制系統(tǒng)使得拖輪或者耙吸船在遇到涌浪、底床遇到溝壑或者潮位增加導(dǎo)致耙平器即將脫離泥面時(shí)，吊索豎直方向拉力增加，進(jìn)一步通過(guò)鋼索將導(dǎo)纜輪和活塞桿整體向下壓入液壓缸內(nèi)，此時(shí)連接耙平器的吊索被放長(zhǎng)，耙平器始終保持接觸泥面線。相反當(dāng)涌浪過(guò)后船舶下降、底床遇到堅(jiān)硬隆起土層或者潮位降低使得吊索變得松弛時(shí)，吊索豎直方向拉力減小，導(dǎo)纜輪和活塞桿被液壓缸整體向外壓出，吊索自動(dòng)變回繃緊裝態(tài)，有效避免出現(xiàn)鋼纜跳鎖現(xiàn)象。通過(guò)涌浪補(bǔ)償器系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)耙平器的深度，讓耙平器始終與航道底床泥面保持接觸，充分發(fā)揮耙齒松土、刮板或者滾筒的整平作用從而達(dá)到整個(gè)航道底床良好的整平效果。

2.3 加裝數(shù)字標(biāo)尺

為了能準(zhǔn)確的反映淺點(diǎn)及壟溝的起伏變化，可以考慮在涌浪補(bǔ)償器的活塞桿旁豎立一根數(shù)字標(biāo)尺，以10cm為刻度。通過(guò)活塞桿上下運(yùn)動(dòng)高度差準(zhǔn)確反映出淺點(diǎn)及壟溝的地形變化，利于拖輪絞車操控人員更好地把控下耙深度。

2.4 耙齒改進(jìn)

將耙平器耙齒由原來(lái)的直接焊接固定方式改為插銷方式連接，將耙齒模塊化，在耙平器耙齒損壞的情況下可以快速更換，從而提高船舶施工效率。

3 耙平器施工工藝優(yōu)化

3.1 耙平器施工工藝流程為：

上線→下放耙平器→查看水位→確定耙平器壟溝、掃淺標(biāo)高→控制航速 （三節(jié)左右） →控制航向→掃過(guò)壟溝、淺埂、淺點(diǎn)→轉(zhuǎn)向再上線→循環(huán)。

3.2 工藝優(yōu)化措施

針對(duì)耙平器的改進(jìn)和施工工藝流程，在其掃淺整平施工中可以采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。

（1） 在上線前對(duì)掃淺整平水域進(jìn)行精確測(cè)量，計(jì)算淺點(diǎn)、壟溝開(kāi)挖工程量，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)航道掃淺整平疏浚量不能大于耙吸船疏浚施工時(shí)超深、超寬量的70%，防止淺點(diǎn)、壟溝在削平后沒(méi)有多余的溝壑容納泥土導(dǎo)致航道底床出現(xiàn)大片薄層淺點(diǎn)，使得耙吸船在進(jìn)行二次補(bǔ)挖時(shí)面臨超挖的難題，人為增加施工難度和成本。

（2） 根據(jù)最新測(cè)量資料進(jìn)行全面細(xì)致的分析，掌握挖槽內(nèi)壟溝、淺區(qū)、淺點(diǎn)的分布情況。

（3） 對(duì)壟溝、淺區(qū)、淺點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃；對(duì)挖槽內(nèi)的淺點(diǎn)進(jìn)行劃分，連續(xù)淺點(diǎn)劃成區(qū)，孤立淺點(diǎn)組合串線，并排序編號(hào)，設(shè)計(jì)上線方位角，同時(shí)將淺點(diǎn)根據(jù)不同水深 （一般為0.5～0.8m） 標(biāo)注不同顏色，對(duì)于底床標(biāo)高落差大的水域，可以進(jìn)行分層掃淺整平施工。

（4） 掃淺整平時(shí)耙平器從水域下耙，各個(gè)壟溝區(qū)、淺區(qū)、淺點(diǎn)施掃次數(shù)可視淺點(diǎn)高程、土質(zhì)情況施掃2～5次，直至涌浪補(bǔ)償器的活塞桿沒(méi)有大幅度上下移動(dòng)位置，方可進(jìn)入下一層進(jìn)行整平施工。施掃完畢后的淺埂、淺點(diǎn)要按編號(hào)進(jìn)行標(biāo)注，防止遺漏。

（5） 根據(jù)航道內(nèi)淺點(diǎn)和壟溝分布，盡量將掃潛航線設(shè)計(jì)為S型曲線，既能增加耙平器與壟溝的接觸面，又能避免拖輪在航道中頻繁掉頭，提高掃淺整平施工效率。

（6） 完善檢測(cè)計(jì)劃，當(dāng)完成航道一段掃淺后，即刻安排水深檢測(cè)，如有不合格處可適時(shí)安排再次清掃，如此循環(huán)往復(fù)進(jìn)行。

4 工程應(yīng)用效果

廣州港深水航道拓寬工程I標(biāo)段位于珠江口伶仃洋，是在原有航道基礎(chǔ)上進(jìn)行拓寬施工。工程開(kāi)挖范圍內(nèi)疏浚土以淤泥～淤泥質(zhì)土（1～2級(jí)土） 為主，87.46%，粘性土和砂類土次之，分別占8.18%和4.32%，11級(jí)土 （鐵質(zhì)膠結(jié)層） 0.04%；在伶仃航道F點(diǎn)以南區(qū)域，土質(zhì)均為易開(kāi)挖土質(zhì)，各段航道長(zhǎng)度共計(jì)16km，開(kāi)挖工程量800.36萬(wàn)m3。

根據(jù)工程實(shí)際狀況該項(xiàng)目投入3艘耙吸船進(jìn)行擴(kuò)寬施工，待航道拓寬開(kāi)挖完成后，項(xiàng)目部在自行掃海測(cè)量中發(fā)現(xiàn)航道中存在著分散的壟溝和淺點(diǎn)。考慮到后期繼續(xù)用多艘耙吸船進(jìn)行掃淺整平成本太高且效果不明顯，決定采用一艘4412kW的輪拖拖帶耙平器和一艘小型耙吸船進(jìn)行聯(lián)合掃淺整平施工。通過(guò)對(duì)耙平器進(jìn)行一系列改進(jìn)、施工工藝優(yōu)化，在風(fēng)浪期、涌浪區(qū)、航道底床起伏較大的區(qū)域均取得了較好的整平效果，耙平器來(lái)回整平次數(shù)也顯著減少，極大提高了施工效率，航道掃淺整平施工期由原來(lái)的16d縮短為9d。在竣工驗(yàn)收掃海測(cè)量時(shí)，航道挖深及整平度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，航道掃淺整平施工前后對(duì)比如圖3、圖4所示。

圖3 航道施工前淺點(diǎn)、壟溝3D圖

圖4 航道掃淺整平施工后3D圖

5 結(jié)語(yǔ)

在廣州港深水航道拓寬工程I標(biāo)段掃淺整平施工過(guò)程中，耙平器的應(yīng)用改良極大縮短了施工工期，為項(xiàng)目節(jié)省了大量成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。需要注意的是耙平器加裝涌浪補(bǔ)償器系統(tǒng)對(duì)于一些小型施工項(xiàng)目成本上會(huì)有一定的限制，但通過(guò)對(duì)耙平器施工工藝的改良，其仍具有很強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。