淺窄航道耙吸挖泥船施工技術應用探討

◎ 王佳鴻 武漢四達工程建設咨詢監理有限公司

1.工程概況

某新港區項目碼頭配套改擴建工程疏浚工程航道設計疏浚工程量為280×104m3，疏浚段總長3.84km，底寬165m，邊坡設計比1:5。為保證航道開挖疏浚施工工效，投入國內研發生產的自航耙吸式挖泥船，該疏浚機械艙容量2×104m3，滿載吃水10.5m，排水量4.0×104t。考慮到航道疏浚施工區域自然水深并不大，難以滿足自航耙吸式挖泥船通途輪正常施工在安全通航水深方面的要求，所以開挖施工時應空船進入，并選擇水深條件良好的區域采用單趟挖泥的方式，結合潮位的具體改變，進行漸進式開挖疏浚施工，為控制疏浚挖泥船吃水，還應采取9000m3的最低艙容檔。施工起始區段借助潮位變化的限定進行控制，并加強挖泥船以下1.0m及以富余水深的安全界定。

2.淺窄航道耙吸挖泥船施工因素

2.1 施工影響因素

考慮到淺窄航道的水深無法滿足耙吸挖泥船滿載航行的要求，為此，本疏浚工程主要根據潮位的變化分段清淤漸進施工，根據實際水深調整上線和裝艙量，并達到水深逐步改善的目的。為確保施工工效、施工進度和船機安全，應當根據潮位變動趨勢規律、耙吸挖泥船性能、實際及可能的裝載量、吃水增減關系等合理安排漸進施工節奏，并主要以耙吸挖泥船船底富余水深為控制依據。隨疏浚區域水深的逐步增大必須隨之調整疏浚開挖施工節奏，提升上線，確保開挖長度。

（1）航道斷面底高程里程：一般而言，淺窄航道里段水深淺，外段水深加深，所以從里段向外段疏浚施工的過程中，航道斷面底高程逐漸增大。考慮到航道里段水深不足，耙吸挖泥船施工受到很大限制，為此，必須充分利用潮汐的作用，在大潮高潮位時進行里段淺區疏浚清淤，逐漸拓寬加深水深。

（2）潮位歷時：對于淺窄航道耙吸挖泥船疏浚施工而言，必須準確掌握工程區潮汐運動趨勢規律，并根據潮位變動時間、變動幅度、漲潮落潮歷時、潮位水深等數據進行疏浚開挖施工工藝和具體時間的合理安排。本次疏浚航道屬于典型的日潮港，其潮汐周期為1個太陰日，在半月內大多數天數在1個太陽日內僅出現生1次高潮位或低潮位，也就是說，時間是影響和決定該航道潮汐變動趨勢和潮位信息的最主要因素。為此，忽略其余不重要的影響因素，僅考慮時間的影響，并充分借助高潮位的發生，按照潮位變化趨勢進行施工節奏控制，通過調整溢流口高度控制耙吸挖泥船吃水，確保船底以下富余水深在1.0m及以上。

（3）挖泥時間、船舶吃水、排水量的關系：耙吸挖泥船屬于自航、自載水力式挖泥船，擁有常規性航行機具設施設備和整套耙吸挖泥疏浚工具，還包括泥漿裝載艙、艙底泥漿排放設備等。耙吸挖泥船通常采用挖運吹/挖運拋方式施工，也就是說，耙吸挖泥船通常空載航行至待疏浚施工區域，減速停泊后上線定位，再通過離心泥漿泵將船舶耙頭攪松的泥漿吸進裝泥艙，并待裝滿或至設計裝載量后起耙，將耙吸挖泥船航行至吹填水域或拋泥區域后將艙內疏浚土泥門打開吹填或將艙底的泥門打開拋泥，拋空后空載航行至疏浚挖泥區域，繼續挖泥。

2.2 挖泥船施工富余水深

淺窄航道耙吸挖泥船清淤疏浚施工應當在確保船機安全的基礎上提高清淤量和施工工效，擴展清淤施工工作面，其中較為核心的控制因素是挖泥船的富余水深，即在挖泥船上線選定時既充分考慮滿足船舶航行挖泥水深的需要，還應確保其滿足設計施工進度的要求。

對于所確定好的上線和里程邊界條件，既定時刻耙吸挖泥船富余水深表示如下：

式中：Hy—某個時刻耙吸挖泥船實際富余水深（m）；Hc（t）—同一時刻清淤疏浚區域實際潮位（m）；Hd（xt）—同一時刻耙吸挖泥船斷面水深（m）；H（t）—耙吸挖泥船實際吃水（m）。

某個清淤疏浚施工時刻耙吸挖泥船船位按下式確定：

式中：xt—施工時刻耙吸挖泥船船位（m）；x0—耙吸挖泥船上線（m）；v—耙吸挖泥船在疏浚施工段的實際航行速度（m/s）；t、t0—當前、上線時刻（min）。

耙吸挖泥船在施工過程中某個時刻的吃水與挖泥施工時間存在密切關系，具體如下：

式中：HS（t）—耙吸挖泥船在施工過程中某個時刻的吃水（m）；f—函數關系；其余參數含義同前。

根據上述對耙吸挖泥船疏浚清淤施工過程中富余水深影響因素及函數關系的分析可以看出，耙吸挖泥船在具體施工時刻和清淤區域上線后可得出其富余水深的預測值（具體見圖1所示），并依據該取值對疏浚清淤施工過程加強指導控制，充分借助倒吹、旁排等措施使疏浚清淤施工作業面快速拓寬，并根據監測結果具備裝艙條件后再進行裝艙施工。

3.淺窄航道耙吸挖泥船施工工藝

3.1 施工準備

在準備階段，必須測量航道實際水深并檢測航道測圖，依據航道水深測圖確定航道里程和斷面高程之間的關系曲線；根據所掌握到的整個施工期內歷時潮位數據，進行施工過程中潮位信息的預測。在全面掌握耙吸挖泥船吃水、載重曲線的基礎上結合地形、淤泥質等進行施工曲線的修正。通過所獲取的上述信息便可得出耙吸挖泥船在具體時刻、具體施工位置的富余水深預測圖，并可據此進行船底富余水深的模擬推演，加強對施工過程的指導和控制。結合耙吸挖泥船船底富余水深進行航道上線里程的模擬驗算，并根據施工時間，將船底富余水深確定在1.0m以上。

3.2 選擇上線位置

上線位置除受潮位影響外，還與耙吸挖泥船性能、施工區域、水深條件、潮流影響等有關，為避免橫流對船舶上線造成不利影響并增大操作困難，必須綜合考慮上述因素后確定上線位置。操縱耙吸挖泥船進行邊線邊坡疏浚時必須以船舶艏側推與車舵相配合，通過抵消部分耙頭橫向力后更好地行駛在設計疏浚航線上。

3.3 航行挖泥

對于狹窄航道耙吸挖泥船很難掉頭的區域應進行進退定深和分層施工的方式，并結合淤泥質將分層開挖厚度確定在0.3～0.5m范圍內，隨著開挖逐層加深。當潮位升高時應主要施工淺段，而當潮位下降時主要施工航道深段，開挖出的淤泥旁排或邊拋。為延長挖泥施工作業區域，還應通過調節裝艙口和閘閥，以確保挖泥船艏艉吃水平衡。

4.結論

圖1 耙吸挖泥船富余水深施工變化曲線

根據本文對某新港區項目碼頭配套改擴建工程疏浚工程淺窄航道耙吸挖泥船施工影響因素的分析及清淤施工過程的探討可以看出，本文所提出的清淤施工技術主要采用非滿艙施工，并在挖泥清淤過程中，以挖泥船吃水而非泥漿裝艙情況為主要考慮因素，并充分借助清淤航道段潮汐變動趨勢規律，根據可能及實際的潮位高度進行施工區段劃分和限定，并實施進退往返的漸進式清淤挖泥，以達到不斷改善水深條件的目的。本文針對航道實際所提出的根據水深而非最大裝艙量的清淤施工方式以耙吸挖泥船及船載機械機具的安全為考慮重點，并以挖泥船底富余水深為關鍵性控制量，通過上線位置的拓展，增大開挖施工區段長度，提升清淤量和施工工效。本文所提出的清淤處理技術突破了耙吸挖泥船不適用于淺窄航道清淤施工的技術瓶頸，大大拓展了該清淤機械的施工領域和施工工效，對于類似航道清淤施工實踐具有借鑒參考價值。