水深維護(hù)疏浚技術(shù)模式在疏浚工程中的應(yīng)用

朱君

摘 要：珠海港一直存在比較嚴(yán)重的回淤問(wèn)題，尤其是近幾年不斷進(jìn)行航道升級(jí)，需要每年展開(kāi)水深維護(hù)疏浚工程，來(lái)有力確保船舶能夠安全通航，疏浚泥沙的含水量較高并且施工期間存在較多干擾因素，所致施工維護(hù)成本較高且效率較低。本文通過(guò)對(duì)珠海港疏浚工程開(kāi)展過(guò)程中，結(jié)合港區(qū)的泥沙來(lái)源及回淤?gòu)?qiáng)度分布規(guī)律，立足珠海市港區(qū)維護(hù)疏浚的基本需求，提出新型環(huán)保疏浚設(shè)備技術(shù)運(yùn)用于港區(qū)疏浚工程的主要作用成效。

關(guān)鍵詞：水深維護(hù)疏浚技術(shù) 疏浚工程 港區(qū)

對(duì)于多數(shù)人工開(kāi)挖所形成的港口，存在回淤問(wèn)題所致水深變淺是多數(shù)港口主要面臨的重大問(wèn)題，甚至部分港口對(duì)于所處寒潮、臺(tái)風(fēng)甚至強(qiáng)浪的作用下出現(xiàn)驟淤現(xiàn)象，為了更好的確保航區(qū)航道的通航水深，對(duì)區(qū)位優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮，目前國(guó)際間各國(guó)地區(qū)多個(gè)港口愈來(lái)愈重視疏浚工程開(kāi)展。而目前在疏浚工程開(kāi)展中，主要船型包括抓斗船、耙吸挖泥船、絞吸船等。隨著珠海市的港口開(kāi)發(fā)建設(shè)，水域面積逐漸擴(kuò)增，船舶通航深度也在逐漸提升，港口水深維護(hù)范圍及疏浚工程總量更是逐漸增加，據(jù)絕對(duì)數(shù)量來(lái)講珠海市港口的年泥沙回淤量十分大，所以對(duì)疏浚工程運(yùn)用新型技術(shù)模式，突破傳統(tǒng)維護(hù)疏浚工程產(chǎn)生的環(huán)境影響問(wèn)題已經(jīng)勢(shì)在必行。本文以珠海某碼頭及其港池航道為原型，對(duì)水深維護(hù)疏浚技術(shù)模式應(yīng)用于維護(hù)疏浚工程中展開(kāi)研究。

1.工程概況

珠海港處于廣東省珠江三角洲南部沿海珠江口西側(cè)，作為我國(guó)華南地區(qū)沿海主樞紐港口，更作為我國(guó)沿海關(guān)鍵港口之一，經(jīng)建設(shè)南北兩座防坡?lián)跎车绦纬闪司哂醒谧o(hù)的挖入式港口。在港區(qū)設(shè)計(jì)了折線形防坡堤形式，主要包括南北兩部分分別水深達(dá)到10m、14m，口門(mén)的寬度為800m，兩個(gè)堤之間共計(jì)2.2km距離，航道為190m寬，外側(cè)段的航道軸線以120°～340°為軸線走向，達(dá)到220m的航道寬，該港區(qū)的維護(hù)性疏浚工程平面設(shè)計(jì)圖（見(jiàn)圖1）。本次的疏浚工程主要目標(biāo)，就是能夠常年確保航道安全通航，港池能夠達(dá)到5萬(wàn)噸以上的散貨船舶標(biāo)準(zhǔn)通航水深。

2.回淤規(guī)律

2.1泥沙來(lái)源

港區(qū)的主要泥沙源于港外的泥沙輸入，只有一小部分源自于水流沖刷航道的兩側(cè)淺灘，由于在形成環(huán)抱式港池后，會(huì)在口門(mén)周?chē)纬奢^大的水流流速，而內(nèi)部水流流速則會(huì)逐漸減少所致港區(qū)的內(nèi)部形成泥沙淤積情況。在港池的內(nèi)部以淤泥質(zhì)粉砂作為主，達(dá)到0.005～0.012mm的泥沙中值粒徑，在外航道區(qū)域泥沙淤積作為流經(jīng)航道形成的懸沙落淤，攔沙堤掩護(hù)區(qū)域之內(nèi)在內(nèi)航道，作為漲潮時(shí)渾水經(jīng)沙堤口門(mén)，流經(jīng)沿途產(chǎn)生的落淤及淺灘沖刷。

2.2泥沙回淤規(guī)律

為了更加直觀的對(duì)珠海港的泥沙回淤規(guī)律加以分析，通過(guò)在內(nèi)外分別布設(shè)了8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)防護(hù)堤的外側(cè)最大含沙量達(dá)到2.08kg/m3，平均含沙量為0.8kg/m3，在港區(qū)的口門(mén)附近航道達(dá)到最大含沙量為0.89kg/m3，內(nèi)部的中水域達(dá)到0.61kg/m3的含沙量。經(jīng)潮流數(shù)學(xué)模型計(jì)算可得在外航道的不同區(qū)域段，以及潮流主流的交角，以及攔沙堤所形成的港域掩護(hù)面積，與不同港區(qū)部位的具體開(kāi)挖深度。根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，能夠發(fā)現(xiàn)港區(qū)在12～3月、4～6月、7～11月分別回淤?gòu)?qiáng)度為0.81m/月、0.48m/月、0.50m/月，全年回淤?gòu)?qiáng)度均值為0.59m/月，約為936.49萬(wàn)m3的年度總淤量。

3.新型環(huán)保疏浚設(shè)備技術(shù)模式

3.1設(shè)備技術(shù)關(guān)鍵

無(wú)論采用鉸吸式挖泥船抑或耙吸式挖泥船，吸泥工作的核心即“離心泵”，通過(guò)完成一定濃度的泥漿吸取，無(wú)法裝駁外運(yùn)在疏浚領(lǐng)域主要對(duì)于取沙、挖沙作為集中點(diǎn)，無(wú)法對(duì)珠海港的粘性土有效應(yīng)付，所以著重立足離心泵提出新型水深維護(hù)疏浚技術(shù)模式。

3.2確定航道通航水深

3.2.1確定船舶吃水

在目前港區(qū)船舶主要作為4.8萬(wàn)t系列的環(huán)保船舶，達(dá)到10.6m的吃水深度，以及4.7萬(wàn)t散貨船達(dá)到10.2m的吃水深，所以根據(jù)該港區(qū)的船舶吃水深情況以10.5m作為維護(hù)港區(qū)安全通航的水深標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

3.2.2船舶航行下沉量

當(dāng)前在國(guó)際間對(duì)于船舶的航行下沉量計(jì)算方法較多，包括非限制航道內(nèi)部5萬(wàn)t散貨船航行，以目前國(guó)際間各國(guó)規(guī)定手冊(cè)及規(guī)范要求，對(duì)比計(jì)算船舶的不同航行速度下具體下沉量情況，發(fā)現(xiàn)方法不同計(jì)算的結(jié)果趨向雖然比較統(tǒng)一，但是具體數(shù)值大小仍然存在較大差異，相比之下我國(guó)所采用的計(jì)算方法所得結(jié)果，作為目前國(guó)際間所有計(jì)算方法中比較適中的一種，所以根據(jù)我國(guó)的計(jì)算方法計(jì)算所得5萬(wàn)t散貨船在航行中的下沉量是0.13～0.21m，以0.16m為最終取值。

3.2.3波浪富余水深

波浪富余水深主要指的是由于存在波浪作用，導(dǎo)致船舶垂直引發(fā)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，預(yù)留航道的富余航行深度，具體影響因素主要包含于船舶、波浪、航行這三方面要素中，結(jié)合該港區(qū)的波高和周期情況，對(duì)于5萬(wàn)t的散貨船所處差異化船浪夾角，達(dá)到0.41～0.80m的差異化富余水深之間，能夠充分考慮航速、浪向以及航道，最終取值珠海港的航道波浪富余水深是0.6m。

4.水深動(dòng)態(tài)維護(hù)疏浚技術(shù)模式應(yīng)用

4.1適航水深技術(shù)

在運(yùn)用適航水聲技術(shù)主要（見(jiàn)圖2），在運(yùn)用高頻探測(cè)儀設(shè)備的反射界面，在設(shè)定密度范圍限制以下，浮泥偽塑性層厚度數(shù)值，即船舶的安全通航水深。在泥層達(dá)到較低含沙量及流動(dòng)性，無(wú)法達(dá)到較高的疏浚維護(hù)效率，但是船底龍骨不會(huì)與其接觸所致傷害，并且船舶的主要操作技能也不會(huì)所受較大影響，所以可以將浮泥層主要作為水深加以使用。

目前主要將重力式器具、走航式適航水深測(cè)量系統(tǒng)兩類(lèi)方法，運(yùn)用于港區(qū)適航水深測(cè)量工作中，通過(guò)預(yù)判港區(qū)的適航厚度從而有效避免在疏浚工作開(kāi)展中，浮泥的含水量較高。在目前以0.5～4.0m作為各港口的主要適航厚度具體運(yùn)用范圍，結(jié)合上文分析港口的浮泥層情況，最終該港口取0.5m、1.0m分別作為口門(mén)和內(nèi)部水域的適航厚度，與以上分析確定潮高時(shí)的最低維護(hù)水深取0.9m，最終確定在港區(qū)水深回淤達(dá)到10.5m即可展開(kāi)水深維護(hù)疏浚工程。

4.2適航增深技術(shù)

適航增生技術(shù)運(yùn)用于該港口以人工干預(yù)法為主，通過(guò)攪拌密度超出適航臨界值的稠浮泥，對(duì)適航厚度有效增加，且在本次維護(hù)項(xiàng)目中運(yùn)用了絞吸船及耙吸船，還通過(guò)運(yùn)用擾動(dòng)疏浚技術(shù)，能夠有效達(dá)到水深維護(hù)增深。運(yùn)用于航道測(cè)量水深在11m以?xún)?nèi)，以及臺(tái)風(fēng)、大浪或寒潮之后，在航道內(nèi)所出現(xiàn)的大量浮泥，可以對(duì)于較大的退潮流速運(yùn)用耙吸船擾動(dòng)水域展開(kāi)疏浚工作，從而運(yùn)用耙頭擾動(dòng)及高壓作用能夠沖水浮泥隨潮流帶走，從而對(duì)水域的浮泥沉降有效減緩，并降低了浮泥的層厚減少船舶的航行不穩(wěn)定因素。

4.3水深動(dòng)態(tài)維護(hù)方式

假若運(yùn)用靜態(tài)維護(hù)方式達(dá)到11m的港區(qū)測(cè)量水深時(shí)，有必要維護(hù)港區(qū)水深可以備淤達(dá)到9.91～10.42m，對(duì)維護(hù)周期延長(zhǎng)1月左右，不僅能夠?qū)S護(hù)次數(shù)有效減少還可以有效降低維護(hù)工作成本投入。但是考慮到疏浚施工中由于存在不確定因素較多，因此對(duì)施工產(chǎn)生較大干擾通過(guò)結(jié)合具體試挖情況與港區(qū)挖深、土質(zhì)，對(duì)疏浚技術(shù)參數(shù)不斷優(yōu)化，確保達(dá)到生產(chǎn)率最優(yōu)化。

5.結(jié)語(yǔ)

總而言之，通過(guò)將與港區(qū)疏浚工程實(shí)際情況相符的適航水深維護(hù)疏浚技術(shù)模式，運(yùn)用于疏浚工程中能夠達(dá)到動(dòng)態(tài)化的水深維護(hù)成效，并對(duì)港區(qū)的疏浚維護(hù)周期有效延長(zhǎng)，真正降低疏浚成本并減少港區(qū)的口門(mén)及內(nèi)部淤泥量，降低年疏浚維護(hù)次數(shù)提高疏浚工程整體成效。

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