沿海港口航道疏浚施工后期鑿巖及掃淺工藝研究

林顯才 湛江港（集團）股份有限公司

1.引言

由于沿海港口建港選址時通常充分考慮了進出港航道通航條件，選在天然水深優良或土質松軟易于進行航道整治的地方，故沿海港口航道水域的淺層土質通常以流泥、淤泥、中粗砂、粉細砂、黏土等為主，遇到大面積巖石層的情況比較少見，故沿海港口航道改善通航條件方式以疏浚為主，這一點有別于內河航道整治時常遇到的礁石問題（需采取炸礁的方式改善航道通航條件）。

但隨著海運船舶大型化發展趨勢，船舶吃水深度越來越深（40萬噸散貨船達到-23米），沿海港口進出港航道底標高已經不斷突破原有規劃，需要對進出港航道進行拓寬加深，在航道加深拓寬過程中也會遇到硬點及小范圍的巖石層。由于疏浚前期施工通常按海測圖先挖上層，硬點及小范圍的巖石層較難發現，而在疏浚施工后期,由于土質特性及密度差異,船型施工特點,人工操作等因素,施工區存在壟溝、淺埂、淺區、淺點等，施工期后期必須進行掃淺，掃淺過程中，硬點及小范圍的巖石層就會突現，疏浚后期掃淺施工時，施工效率是非常低的，單位疏浚量成本是最高的,是疏浚工程效率、成本管控的重要階段。

2.工程案例

2.1 工程概況

本工程所在地為南方沿海地區某重要港口，2019年開始進行主航道改擴建，工程對原有30萬噸級主航道改擴建，按滿足30萬噸級船舶滿載乘潮單向通航，兼顧10萬噸級船舶和15萬噸級散貨船全潮通航雙向通航的規模建設，航道長64100米，通航寬度為340米，會船區通航寬度510米，配套建設導助航設施等，與此同時，在主航道E點附近的15萬噸級支航道也正在實施，主航道及支航道總疏浚量超過6000萬方。

本工程施工后期由海測大隊進行了3次全面測圖及進行了多次的局部補測，在外航道、內航道及支航道發現5個硬點及巖石層區域。通過對硬點及巖石層區域進行磁探、側掃聲納及淺剖測量，在采用耙吸船、絞吸船試挖效果不佳的情況下，選擇合適的鑿巖錘結合抓斗船進行硬點及巖石層破碎，進行了多次的掃淺作業，如期完成了項目建設。

2.2 水下鑿巖工藝

2.2.1 鑿巖錘選擇

關于本工程的硬點及巖石層清挖，在考慮使用鑿巖錘施工前，已經采用耙吸船、絞吸船進行試挖，已清挖覆蓋層至巖層層面，并進行了水下測量。試挖及測量情況為鑿巖錘的選擇提供了依據，鑿巖錘選擇主要考慮鑿巖錘的重量和形狀兩個方面。

對于鑿巖錘的重量，主要根據巖石形狀、質地、厚度、現場已有船機設備性能以及兼顧施工成本等因素進行選擇。一般情況下，巖石較硬較厚時采用重量較重的鑿巖錘進行施工；巖石厚度偏薄、硬度不大、開鑿次數無需超過兩次時，可選用重量較輕的鑿巖錘施工，有利于節約總成本。

對于鑿巖錘形狀，鑿巖錘前端為楔狀或梅花狀對面積大且硬度較低的硬點或巖石有較好的效果。這種鑿巖錘一般頭部兩側呈楔形，總體沖擊能量大，以線或面方式傳遞到待破碎的硬點或巖石層，可多方向傳遞能量，增加對巖土的整體破壞力作用，但單次操作鑿進深度有限。鉛筆形狀的鑿巖錘可產生集中的沖量，在遇到比較堅硬巖石又不適宜爆破的情況下使用，但效率較低。

本工程巖石層硬度為普氏Ⅳ級以下，厚度不超過1.5米，鑿巖施工確定采用楔狀鑿巖錘，鑿巖錘重量選用35t。

2.2.2 確定施工方案

根據工程實際情況，選擇巖石層范圍及強度較大的內航道存在巖石層區域作為試驗區域，通過試驗區試鑿，以確定鑿巖布錘方案以及鑿巖錘的提升高度。按邊長30米的正方形分塊分區，鑿巖錘的布點距離控制為楔狀鑿巖錘厚度直徑的2 倍。

2.2.3 鑿巖操作步驟

（1）分析巖層分布、潮流方向及大小、風向風力等因素，確定施工操作方法；

（2）暖機試運轉時要確認發動機、液力變矩器、減速機、各鼓筒等無異常響聲和振動，發動機的排氣顏色有無異常，燃油、冷卻水、操作氣體等有無泄漏現象；

（3）查驗 GPS 定位電子顯示系統上的方位數據及施工區數據，檢查操作臺上所有指示燈是否正常以及檢查控制開關所處位置狀態是否符合碎巖操作，檢查各操作儀表指示值是否在正常的范圍；

（4）鑿巖錘起吊靠近水面，基準高度復位，并根據潮位數據和施工水深設定水深補償值；

（5）根據計算機屏幕的施工畫面，將鑿巖錘吊至開鑿點位置（根據水流急緩程度和方向等因素進行位置的微調），扳動手柄，松脫離合器，鑿巖錘自由落下；

（6）注視儀表顯示的落下深度，在撞擊底巖前適當距離及時制動；

（7）觀察鑿巖錘撞擊底巖后吊纜的松出狀態，以便根據情況對制動的深度值進行調整，避免出現鋼絲過度松出或者過度繃緊的現象,手柄扳至離合器合上位置，起吊鑿巖錘，必須將鑿巖錘吊起露出水面，以便觀察錘體和連接鋼絲的狀況；

（8）根據導航畫面以及儀表指示，旋轉（起伏）吊臂至下一個鑿巖布點，與集控室保持聯系，根據施工位置的變化情況進行船位移動，重復(4)～(8)操作步驟。

2.2.4 清礁工作流程

鑿巖完成后通常需要把碎巖清理外運，當然如果碎石量不大，周邊水深土質條件符合“去高填底”要求，可用后續章節的平板法掃淺方式處理。對于需要清運碎巖的工作流程見圖1。2.2.5提高鑿巖施工效率分析

圖1 清礁工作流程

根據本項目淺點深度，鑿巖施工一般按“鑿巖施工-清碎石-鑿淺點-掃淺”這樣的步驟循環施工，這就要求一定要精確掌握覆蓋層施工和第一次清碎石的土質變化情況，合理選擇鑿巖錘的類型，盡量地減少鑿巖的次數，提高施工效率。

2.3 掃淺施工工藝

施工后期的掃淺工作是整個疏浚工程的重要工序，本工程航道疏浚區域屬于營運中的繁忙航道，工程量大，故采用以耙吸船掃淺為主，抓斗船為輔的掃淺方式。其中耙吸船掃淺作業主要掃除連片的淺點，掃淺采用“定深挖泥”和“進退挖泥”相結合的方式；抓斗船掃淺作業主要作用于零星淺點，特別是硬點及巖石層區域，無法采用耙吸船掃淺，又分為“普通抓斗清淺”和新工藝“抓斗挖泥船平板側推掃淺施工”。

2.3.1 定深挖泥的使用與操作要點

本工程耙吸船施工工藝為裝艙溢流法，由于運距遠，使用了1萬m3和2.1萬m3耙吸船掃淺，根據測量結果進行定深挖泥，效率高，屬于本工程實施過程中大范圍使用的方式。根據淺點高低，控制好每次下耙深度，使它要深于淺點峰值，但不能過深導致耙不動，尤其需要注意松軟淤泥質軟土或極軟土的吸耙問題，以保證耙頭不被破壞為原則，必要時進行試耙。

2.3.2 拉鋸式進退挖泥法的使用與操作要點

本工程主要是在主航道與支航道連接段（見圖2的斜線陰影部分，寬度僅為80米～300米）使用了進退挖泥法，由于連接段右側的30萬噸級主航道和左側的15萬噸級航道均為繁忙的營運航道，為了減少對營運航道的影響，需減少耙吸船的調頭次數。進退挖泥法適用于水域受限，難以實施回轉調頭的情況，耙吸船正常挖進，挖到每次目的地后，起耙至的安全高度，注意防止發生耙頭碰撞折損情況，然后倒車使船退回下一次計劃起挖點，確認船穩定后再次耙著底挖泥。

圖2 主航道與支航道連接段

2.3.3 平板法掃淺的優勢及操作要點

針對本工程的掃淺工作，經過對比分許，從工程成本考慮，條件具備的地方使用“抓斗挖泥船平板側推掃淺施工”（簡稱“平板法掃淺”），平板法掃淺曾在類似疏浚工程項目中應用，實現了局部位置快速、高質量掃淺。

（1）采用平板法掃淺的效果好、精度高，50m3抓斗挖泥船依靠自重，能始終保持在一個合適預設深度形成一個掃淺平面，在淺區定位精確，清淺效果好，質量能得到保證。其次按照“去高填低”的原則，無需泥駁外運，工效較高。

（2）平板法掃淺操作要點：

①施工流程：

移船至掃淺區域→根據水位確定抓斗下放深度→橫移抓斗掃淺→移船進關至下一區域掃→多波束測量檢測→不合格則移船重掃，直至滿足要求；

②淺點區域確定：根據四波束海測確定大致區域，然后抓斗逐一探測淺點，以防漏掃；

③分條寬度：考慮銜接，分條寬度比抓斗船船寬少2米；

④進關距離：關與關的搭接不低于2米，確定為每關進尺10～15米；

⑤掃淺深度控制：安裝完掃淺板后重新對鋼箱（板）下邊緣的深度進度校準，并在小排鋼纜上做好深度標記，必須根據水深及土質情況進行調整，以避免形成新的泥層堆積導致新淺點產生。

3.結束語

本工程采取的鑿巖及掃淺工藝順利地解決了工程中遇到的硬點及巖石層問題，但在選取疏浚施工工藝時，不宜機械式套取某種工藝，應結合施工區域環境、營運航道的通航要求、工程規模等進行綜合考慮，科學合理的施工設備及工藝對工程成本控制和效率有重要作用。