淺談耙平器掃淺工藝實驗研究

周權

摘? ? 要：耙平器是航道疏浚工程中的重要設備，對于疏浚工作的自動化、效率化有重大意義。該文以長興島航道疏浚工程為例，分析了耙平器安裝及使用的方案，并結合工程情況，提出了結合圖紙更換耙平器種類與曲線航道疏浚的創新工作模式。為今后類似航道疏浚工程提供了學習案例與指導意見，也為耙平器的使用方案與結構設計創新提供了參考價值較高的研究案例，對于我國航道疏浚工程與耙平器掃淺工藝創新進步存在一定的意義。

關鍵詞：航道疏浚;耙平器;工藝創新

1? 項目背景

維護性疏浚工程通常特點為疏浚面積大，泥層薄，淺點較為分散。后期掃淺施工繁重，如何高效經濟的完成掃淺施工成為工程的重點，相對于耙吸船、抓斗船掃淺，利用耙平器完成掃淺工作具有高效、經濟的優點，國內很多工程都運用耙平器進行掃淺施工，積累了較豐富的資料和成果。如何根據工程實際發揮最大功效仍需要進行深入的研究和分析。

為迎接工程狀況越來越復雜的挑戰，項目部將開展以上輔助設備的優化與改進工作。

2? 項目研究的主要內容

2.1? 分析土質情況，確定施工難點

本工程基于長興島航道維護性疏浚工程研究，由于工程為維護性疏浚，業主單位未提供土質勘探報告，項目部僅根據施工區實際土質采樣分析結合施工測圖對施工區內土質進行分析。

項目部采用7500m?艙容耙吸船施工期間，發現施工區存在漁網塊石等情況，同時，耙吸船在內航道施工期間，航速變化較為明顯，施工淤泥土質時耙吸船航速約為3～4節左右，施工至粉細砂等土質時，航速下降至1～2節，且泥泵流速降低，導致施工效果較差。結合測圖顯示，耙吸船后期施工效果較差，形成了一道道壟溝，對耙吸船施工造成了較大困擾。

2.2? 耙平器的種類搜集，及前期相關內容調研工作

項目部前期積極與大連理工大學土木建筑設計研究院以及協作單位耙平器相關專家進行研究討論，結合相關文獻進行研究學習。

按照結構類型和使用途徑分別將耙平器主要分為三類型：滾鏟型耙平器、切片型耙平器、拖平式耙平器。

2.2.1? 滾鏟型耙平器

滾鏟型耙平器利用拖輪產生的拖曳力，滾鏟在泥面上滾動，主要針對砂質土質以及海洋海底垃圾等進行耙平施工，根據土質不同，滾鏟型耙平器耙頭也分為菱形和圓形。

2.2.2? 切片型耙平器

切片型耙平器設計原理參考于絞吸船絞刀。針對粘土性土質，滾鏟型耙平器和托平式耙平器針對粘土土質破土效果很差，根據不同粘土類型，切片型耙平器中也分為大切片和小切片。

2.2.3? 拖平式耙平器

拖平式耙平器主要針對淤泥等較軟土質進行整平，根據施工需要，拖平式耙平器也分為帶耙齒和不帶齒的類型，根據以往施工經驗得知，該類型耙平器的整平效果較好。

2.3? 施工技術方案

2.3.1? 施工手續準備

項目部為保證工程正常運轉，拖輪需辦理施工作業許可證。

2.3.2? 設備安裝

（1）A字架安裝。A字架起起吊和下放耙平器的作用。A字架一般連接在甲板安裝好的地菱上。

（2）吊索安裝。使用42mm的鋼絲繩將吊索的一端固定在耙平器上，另一端則通過A字架頂的定滑輪連接在拖輪上。

（3）拖索安裝。耙平器的拖索由48mm的鋼絲繩，設置在船舶兩側。

（4）邊吊索安裝。為了防止拖索在自由狀態下有一些沉在泥面，航行中不安全，所以需把拖索露出泥面。在船邊布置直徑20mm的邊吊索，接在拖索和錨機上。

2.3.3? 定位控制

定位裝置則安裝在拖輪上。船上有DGPS定位系統，同時還需要安裝施工電腦和施工導航軟件，目前主流軟件有HYPAC系列、中海達系列和南方測繪系列軟件。由于項目部和施工船舶普遍采用HYPAC軟件，故本次耙平器拖輪采用HYPAC軟件。通過將水深文件導入電腦中，可以直觀地通過水深圖來指導施工。項目部人員安裝DGPS接收機，進行GPS校核，保證施工精確度。

2.3.4? 深度校準

關于拖索長度可按照勾股定理求之。

2.4? 分析總結工作

項目部第一次選擇采用拖平式耙平器進行掃淺施工，由于未考慮到壟溝形成主要是由于土質因素造成的。故采用拖平式耙平器進行施工期間，進行測量后，結合測圖分析發現掃淺施工效果不理想。項目部通過去分析土質發現，施工區內主要土質為淤泥、淤泥質粘土、粉細砂、中砂等土質。由于土質復雜，耙吸船施工效率隨土質變化較為明顯，施工上層淤泥土質時，耙吸船施工生產率較高，航速和泥泵泥漿濃度及流速都較高，隨著土質的變化，施工至粘土及砂土時，耙吸船航速明顯降低，生產率也隨之降低，施工難度逐漸增大。

此時，項目部安排耙平器配合耙吸船進行施工，考慮到施工區內施工重點難點在于細砂和中粗砂的影響較大，由于細砂和中粗砂易固結，耙吸船破土效果較差，為進一步提高耙吸船施工效率，項目部選用滾鏟式耙平器配合耙吸船施工，對比發現施工效率明顯提升，耙吸船生產率也得到了部分提升。

3? 項目取得的主要成果及創新點

本項目通過不同土質下耙平器種類為插入點，結合工程特點，總結出一套可行效果良好的施工方案。項目取得的主要成果及創新點如下。

3.1? 研究施工土質，更換耙平器類型

工程實際施工過程中，分析出耙吸船施工后形成壟溝的主要原因，排除了因為布線不均等原因外，主要為土質因素影響造成壟溝的形成，項目部通過土質采樣，發現壟溝區域土質主要為粉細砂和中砂等固結的土質，項目部及時更換耙平器類型，使用滾鏟型耙平器進行施工，破土效果良好，有效地施工壟溝區域，配合耙吸船施工期間，耙吸船施工效率也得到了進一步提升。

3.2? 采用S型曲線進行布線

由于本工程航道為320m寬，耙吸船施工方向基本是沿航道軸線方向施工，壟溝方向大體上顯示為沿著航道軸線方向。如拖輪攜帶耙平器施工繼續沿著航道軸線方向施工，則破土效果不理想。想要最大化利用耙平器破土效果，則是垂直于航道軸線施工，由于航道寬度僅為320m，拖輪航速為4節的話，約2分鐘就需要調頭一次，影響施工時利率，且頻繁穿越航道，存在安全隱患威脅。最終，項目采用與軸線成S型曲線的布線方式，既保證了破土效果，也提高了耙平器施工效率，同時也有利于拖輪對進出港船舶的避讓。

4? 應用前景

隨著疏浚設備及工程的復雜化，一些挖泥船輔助設備對疏浚船舶的生產率影響越來越大。通過對耙平器應用的研究，為以后類似工程提供可靠的施工工藝和操作要點。對疏浚項目中掃淺施工投入設備多、時間長等問題給出了新的解決辦法。提高工程掃淺施工中的生產效率，保障了工程順利驗收，有效降低了企業施工成本，創造了巨大的經濟效益。根據工程實際情況，及時總結和推廣耙平器在施工掃淺中的應用，對疏浚行業和企業未來發展有很大幫助。

5? 存在問題、建議及下一步研究工作設想

（1）耙平器下放深度單僅靠人工觀察吊索鋼絲繩上的標記作為判斷，存在一定人為誤差。且新的鋼絲繩在使用一定的時間后會產生不同程度的變形，這就要求對長度重新進行標記。建議安裝深度指示儀，可以對下方深度進行更精確的把控。

（2）若施工區存在涌浪或者泥面高差較大時，耙平器會隨著上下抖動，對吊索產生一定的頓挫力，對吊索鋼絲繩有所損壞。如果參考耙吸船一樣安裝波浪補償設備，則可以保護吊索鋼絲繩，同時提高施工作業中的抗風浪能力。

6? 結論

長興島航道疏浚工程中，由于業主前期信息提供的不充足與施工調查的忽視，受不良土質干擾，施工進程受到了較大的影響。雖然，項目組成員在施工過程中臨時決定了耙平器種類的更換，保證航道疏浚項目順利完成。但在該項目中也體現出了多種問題，如現代航道疏浚環境的不斷復雜導致現有耙平器結構及使用方案都需要進行創新。筆者就耙平器吊索結構提出了深度指示儀與波浪補償設備添加的建議，為耙平器掃淺工藝與航道疏浚工程的創新發展做出了一定貢獻。

參考文獻：

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