淺述河道濕式生態清淤工藝優化

(廣東鵬清建設集團有限公司，廣東 東莞 523000)

1 研究背景

1.1 工程概況

東引運河下游石鼓水閘至虎門水閘段河道清淤清障應急工程是配合東江南支流泗盛國考斷面水質達標工作的重要工程措施。工程主要任務是對東引運河下游石鼓水閘至虎門水閘段河道疏浚，河道設計防洪標準為20年一遇。現狀出現河床局部壅高，且淤泥已成為河道水流水質惡化的內源性因素。為了增大運河過流能力并減少東引運河下游段開閘向厚街水道放水的頻率，減少對東江水質的影響，保護東江水源水質安全，地方政府決定對該河段進行全面、徹底的清淤工作。工程的起點為石鼓水閘，終點為虎門水閘，涉及南城、厚街、沙田、虎門4個鎮區。清淤清障20.7km主河道以及沿線各大明渠支流，清淤淤泥總量約92萬m3，固化后需外運處置的淤泥總量約60萬m3，清淤清障后預計過流能力為77m3/s。

1.2 傳統清淤工藝的局限性

目前國內外常用的挖泥船有密閉抓斗式挖泥船、環保絞吸式挖泥船、IMS全液壓驅動挖泥船、IRIS高濃度工法疏浚船等。

密閉抓斗式挖泥船屬于機械式疏浚設備，施工靈活，適用于各種土質，尤其是較硬的泥塊、含垃圾雜物的污泥等。但是對顆粒細小的淤泥清除效果較差，挖泥深度控制的精確性、準確性不夠，容易造成超挖與漏挖。

環保絞吸式挖泥船是目前生態清淤中使用最多的疏浚機械，施工工藝是采用鉸刀切割底泥+抽吸結合的絞吸挖泥方式，可以根據挖泥能力的大小來選擇不同型號的挖泥船。頭部密閉罩和抽吸裝置對流泥和浮泥清除效果好，有效減少了開挖面泥漿再懸浮造成的污染擴散；自動定位裝置使刀頭定位精確，平面及深度控制的精度可達厘米級。但環保絞吸式挖泥船清淤方式存在如下問題：?鉸刀刀片和頭部密閉罩容易被雜物纏繞堵塞，鉸刀刀片會對河道中的水、電、煤氣、通信管線及河湖岸坡坡腳造成破壞；?對含垃圾雜物較多的底泥需要做預處理；?疏浚底泥的泥漿濃度偏低、含水量高、余水處理較大，必須對疏浚余水進行沉淀處理，否則余水可能造成二次污染。

IMS全液壓驅動挖泥船是環保型清淤疏浚設備，采用獨特的液壓驅動潛水泵，施工工藝與環保絞吸式挖泥船基本相同。IMS挖泥船在設計上考慮了對泥漿的后期脫水，船體配套有全機械式污泥脫水系統，輸泥管排出的漿液進入脫水系統，脫水后的干泥可直接運走或臨時堆放，實現了挖泥、余水處理、淤泥固結一體化處理。

IRIS高濃度工法疏浚船是氣密式高濃度疏浚設備。IRIS疏浚船的特點是采用壓縮空氣壓送泥漿，其排泥濃度高，基本無余水處理。射流泵的吸頭利用流體力學Coanda效應實現高速流，高壓水流通過高壓分配腔經一次射流口將一次流體(射流水)直接射入出口管，經二次射流噴口粉碎待清除的底泥形成二次流體(泥漿)，將二次流體射入出口管，一次流體及二次流體在出口管摻混。該技術能將底泥粉碎及泥漿輸送一氣呵成，與環保絞吸式清淤吸頭相比，進一步降低了對周圍底泥的擾動。

2 清淤工藝原理和適用范圍

2.1 工藝原理

在東引運河下游石鼓水閘至虎門水閘段河道清淤清障應急工程的施工策劃過程中，全面、深入地調查和總結了國內外現有各類不同清淤技術，聯合科研院所、生產廠家、設計及管理單位開展技術革新與攻關，根據東引運河的水力條件、淤泥特點、堤岸穩定、堤內部分基礎設施安全要求，有針對性地開發和總結了集淤泥清挖、輸送、物理篩分于一體的河涌湖泊濕式生態清淤施工工藝，經工程實踐應用及改進，形成一項河涌湖泊濕式生態清淤施工工法。

該施工工法在環保絞吸式疏浚機械鉸刀頭上加設了一種特別制作的保護套，在精確疏浚、對細顆粒流泥的清除、低擾動等常規鉸刀預割清淤輸送淤泥的情況下，避免鉸刀對河岸基礎、河道中的水、電、煤氣、通信管道管線造成破壞。清淤淤泥輸送至岸坡陸地的淤泥脫水固化場的沉淀池時，在輸送出口安裝特制滾筒篩，可以極大地提高初始篩分的效率。

2.2 適用范圍

與一般的水利或航道交通等工程疏浚相比，生態清淤工程在施工設備的選擇上遵循精確疏浚、對細顆粒流泥的清除、低擾動和清淤技術經濟等原則，技術先進，操作可行性強，適用于有水的河涌湖泊水生態環境治理疏浚清淤淤泥處理工程、工業排污污染河(渠)水環境治理工程。

3 工藝運用情況及特點分析

3.1 施工工藝流程

先進行施工準備，然后制作鉸刀保護罩和篩分滾筒和安裝保護罩，在絞吸船下河涌湖泊的同時進行清淤測量，絞吸船就位、固定后安裝浮管式淤泥輸送管和篩分滾筒，再進行清淤作業和初渣清運，直至施工結束。

3.2 工藝運用情況

a.施工準備。施工前，全面熟悉東引運河下游石鼓水閘至虎門水閘段河道清淤清障應急工程基礎資料，審查施工圖，并參加設計交底會議；同時熟悉施工場地和環境條件，組織安排船泊組裝、停靠、避風、度汛和維修等位置；然后調查施工作業區有無電力及通信線路、水底電纜管道、橋涵、隧洞、閘壩、水下障礙物、水生植物、污染物等。在查明這些設施的所屬單位和具體位置以及細節后，編制施工組織設計，建立施工測量控制網，對清淤段河道進行清表。清表先采用水上挖掘機對清淤段河道水面漂浮物、河底淤積表層的垃圾和塊石等進行清除；然后檢查排泥區泄水通道泄水對附近水域或設施可能產生的沖淤及污染情況，并制定相關措施；再根據設計圖紙用竹竿等方法標識河涌湖泊的寬線、坡頂線等界線，標志應穩定牢固。卸泥區為設計位置或業主指定位置，在開工前報監理工程師及建設單位審批。根據監理人批準的施工規劃布置方案，進行施工臨時道路、施工排水系統和淤泥處理站施工，同時通過實地勘察確定施工技術參數等。

b.制作鉸刀保護罩和篩分滾筒。根據生態清淤的河湖條件、漂浮及淤積物情況、清淤強度，選擇絞吸式清淤設備，再結合鉸刀頭參數制作鉸刀保護罩。根據淤泥成分、組成及清淤強度制作篩分滾筒。

c.安裝鉸刀保護罩。采用焊接或螺栓將鉸刀保護罩安裝于絞吸式挖泥船鉸刀頭部，將鉸刀罩住；手工盤轉鉸刀盤檢查鉸刀和保護罩的間隙，確保鉸刀能自由旋轉不觸碰保護罩。

d.絞吸船下河涌湖泊。根據船舶分體拼裝式特點及公路運輸發達的優勢，挖泥船、管線等附件采用汽車運輸調遷，其中主浮箱采用100t10軸拖盤運輸，在河岸組裝后用氣囊下水。挖泥船調遷程序：先將船體解體，并將拆卸件吊裝入運輸車輛，運輸至安裝地點后卸車組裝，組裝完成后下水進行試運轉。

e.絞吸船就位、固定。先根據測量放樣控制圖，準確定位出清淤河道的坡頂線、河道中心線及河道的坡腳線，同時定位出絞吸船工作時的船位(即標明定位樁的位置)，供挖泥船作業定向；再用工作船頂推絞吸船船頭或船尾，逐漸調整船位，當定位樁到達預定位置后落樁，用測量儀器校核船位，直到船位在設計位置時拋左右邊錨(或挖地垅)固定船位。

f.浮管式淤泥輸送管安裝。淤泥輸送管選用鋼管、高分子聚乙烯管和橡膠管。管線的敷設采取岸管和浮管相結合的方式，應平坦順直，避免死彎。安裝時應注意：出泥管口伸出排泥場圍堰坡腳外的距離不小于5m，并應高出排泥面0.5m以上；水下排泥區的管口應伸出排泥區標志線外30m，且應高出水面；管接頭應緊固嚴密，整個管線和接頭不得漏泥漏水；管支架必須牢固，水上及水陸輸泥管連接應采用柔性接頭，并做好雙向固定；岸上輸泥管敷設時，應對施工區域全面勘察，按照減少排距、方便施工、保證安全的原則，確定最優敷設線路，盡量沿公路、堤壩方向布置；輸泥管的布置不得破壞現有公路、堤防等設施，必須穿越時，應報請發包人與有關管理部門協調解決；水陸接頭盡可能布設在水下地形變化平緩，風浪、水流影響較小的位置；水上輸泥管的固定采用拋設固定錨的方法，拋錨的數量、角度、位置根據現場條件合理確定。

g.篩分滾筒安裝。在選定的淤泥脫水固化場一級沉淀池前，設置初沉池。篩分滾筒安裝在初沉池上，淤泥經輸泥管輸送至篩分滾筒，篩分滾筒以0.5r/s的速度滾動篩分。

h.疏浚清淤和淤泥輸送。絞吸式挖泥船采用扇形橫挖法施工，以挖泥船定位樁為擺動中心，利用左右邊錨橫移鋼纜收放牽引旋轉的絞刀擺動挖泥。在流速較快的水體中，絞吸式挖泥船應從上游向下游進行開挖。根據水流速度合理選擇、調整挖泥船的開挖方向：當流速小于0.5m/s，采用順流開挖；流速大于0.5m/s時，采用逆流開挖。絞吸式挖泥船正常挖寬為30m，吃水深度為0.6m，按照全斷面階梯開挖、超欠基本平衡的原則，斷面兩側各留一定范圍(該范圍通過土方調配平衡計算確定)不挖，在斷面其他部分超挖，達到土方平衡。采取分條施工時，按照“遠土近調，近土遠調”的原則，從距排泥區較遠的一側開始，依次由遠到近分條開挖，要及時校正船位，確保開挖斷面的準確性，避免返工；采取階梯開挖方式按照上欠下超的原則，超欠面積比控制在1～1.5范圍內。開挖后的邊坡臺階土體在自重和動水的作用下，自然坍塌后形成的邊坡可滿足設計要求。設計開挖邊線的技術參數由施工測量技術人員提交挖泥船操作人員現場根據羅徑進行操作控制。淤泥輸送管路要盡量布置在清淤的水域中，以消除淤泥輸送管路存在的泥漿滲漏對陸地環境造成的污染破壞。

i.初渣清運。淤泥由管路輸送到垃圾分揀篩上，使淤泥中的垃圾和粒徑不小于2mm的砂石、泥塊等雜物從泥漿中分離出來。通過垃圾分揀篩分揀出來的垃圾和雜物，臨時堆放在附近場地，并做好防雨淋和防雨水沖刷防護。存貯到一定數量后，裝車運送到合同規定的地點，并按合同規定的處理方法處置。要經常檢查并保持垃圾分揀篩完好無損，防止垃圾與雜物進入待處理的泥漿中。

j.施工結束。施工結束后，按招標文件、技術文件和設計文件要求，及時做好淤泥處理站臨時占地的土地恢復和水土保持工作，并會同監理人進行完工測量，做好驗收資料整理和編制等工作。

3.3 工藝特點

a.保障了生態清淤時河岸基礎及河道內各類管道管線的安全。該工藝在環保絞吸式疏浚機械鉸刀頭上加設了特別制作的保護套，在精確疏浚、對細顆粒流泥的清除、低擾動等常規鉸刀預割清淤輸送淤泥的情況下，避免鉸刀對河岸基礎、河道中的水、電、煤氣、通信管道管線造成破壞，安全保障效果顯著。

b.提高了生產效率。由于采用了鉸刀頭防護罩，清淤安全得到保障，顯著降低了鉸刀頭發生卡阻的概率，降低了操作人員的壓力，大大提高了生產效率。

c.提高了初始篩分的效率。清淤淤泥輸送至岸坡陸地的淤泥脫水固化場的沉淀池時，在輸送出口安裝特制滾筒篩，可以極大地提高初始篩分的效率。

d.施工速度快。該工藝可提高生產的安全性和初始篩分效率，加快了施工進度。

4 加強質量控制和安全、環境保障措施

4.1 質量控制

a.根據公司的質量管理體系文件要求，成立以項目經理為組長的質量管理領導小組，項目部設置質量管理機構，配備專職質檢員，建立質量保證體系，制定質量管理制度，明確各級各類人員的質量責任制。

b.根據《東莞市河涌和水庫淤泥處置技術規定》(試行)和《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》(SL 176—2007)等技術文件及規程規范的質量控制要求，編制質量保證措施和質量檢測計劃，并報送監理人批準。

c.在施工準備工作階段，項目部應對全體施工人員進行質量法律法規、技術標準和質量控制要求等培訓和質量教育，進行質量交底，使全體施工人員了解質量法律法規的相關規定，掌握和遵守本崗位(工種)質量控制要求和技術標準等相關規定。

d.在施工前，應對施工區域內淤泥中的有機物含量和重金屬含量現場取樣進行試驗檢測，根據檢測結果，擬定固化劑品種、固化劑摻入量、脫水固結效果比對試驗方案，并根據比對試驗結果確定施工技術參數。

e.在施工中，應執行“三檢制”，嚴格控制過程施工質量，只有上道工序經檢驗合格后，才能進入下道工序的施工。

4.2 安全措施

堅持“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生產方針。建立安全生產保證體系，成立以項目經理為組長的安全生產領導小組，配備專職安全員，制定安全生產管理制度，明確各崗位安全生產職責。

安全生產管理的重點是加強絞吸式挖泥船水上作業人員、輸泥管道維護人員、陸上淤泥沉淀池臨水作業人員及其他涉水、涉電操作人員的安全管理。在施工現場設立重大危險源公告牌、施工安全警示牌；施工前，對各崗位(工種)進行安全技術交底和培訓，絞吸式挖泥船、挖掘機、電工等特殊工種作業人員必須持證上崗；施工中，絞吸式挖泥船水上作業人員等臨水作業人員要正確穿戴救生衣，杜絕違章指揮、違章操作和違反勞動紀律現象，做到安全操作，文明施工；施工結束后，要及時檢查并清理施工現場的安全隱患，做到安全生產，善始善終。

4.3 環境保護

按照住建部《綠色施工導則》的規定及公司環境管理體系文件要求，建立環境保護與文明施工保證體系，成立以項目經理為組長的環境保護與文明施工領導小組，配備環保員，制定環境保護與文明施工管理制度，明確各崗位環境保護與文明施工職責。

施工前，編制詳細的環境保護措施計劃；施工中，淤泥輸送管路要盡量布置在清淤的水域中，以消除淤泥輸送管路存在的泥漿滲漏對陸地環境造成的污染破壞。淤泥中分揀出來的垃圾、粗粒渣物以及淤泥中經沉淀、過濾分離出來的泥沙，在臨時堆放場濾干水后，運送到指定的地點堆放。在人口密集區進行施工作業時，須嚴格控制作業時間，盡量選用低噪聲設備和工藝。施工結束后，按招標文件、技術文件和設計文件要求，及時做好淤泥處理站臨時占地的土地恢復和水土保持工作。

5 結 語

東引運河下游石鼓水閘至虎門水閘段河道清淤清障應急工程是東江南支流水質達標工作重要的環境工程，也是一項惠及東江兩岸人民群眾的民生工程。該施工方法保障了河湖岸坡基礎的穩定和河湖內管線、管道的安全，以及群眾正常的生產生活。