港口航道疏浚工程施工技術研究

白錄

（中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

疏浚一直以來都是港口航道改建的重點內容，疏浚效果直接影響后續改建能否取得成功。要想使航道疏浚順利完成，并達到理想的效果，有必要結合項目實際情況，做好船機組合與施工安排，確定正確的施工工藝流程，并在施工中加以嚴格執行。

1 工程概況

疏浚是指充分利用水力或借助機械設備為拓寬或增加水域深度而對水下土石方實施開挖。疏浚需要用到的船舶設備包括耙吸式挖泥船、絞吸式挖泥船與抓斗式挖泥船，具體需要根據工程的施工環境、地質條件、工期和工藝要求選擇。在疏浚的同時還需要進行吹填，吹填指的是采用排泥管管線將開挖的泥沙輸送至指定地點完成填筑。某港口航道改建項目完成改建后的總體規模：東西方向走向總長約為1478m，底部設計高程為-4.5m，通航寬度為60m；所連水域的總長約為1400m，底部設計高程為-4.5m，通航寬度為170m。通過初步計算，此次改建的疏浚量可以達到34 萬m2，土方量約198.87 萬m3，部分可吹填至陸域，總工期約6個月。根據該項目現場環境與結構特點，其施工主要存在以下特點與難點：第一，疏浚土方量相對較大且工期緊張，為防止對新建碼頭施工造成太大影響，必須做好船機組合，確保按時完成任務；第二，疏浚區域較為繁忙，有很多來往船舶，方案編制必須充分考慮場地條件與工程地質條件，現場作業必須按照方案要求實施，確保工程質量滿足相關規范要求。

2 船機組合

2.1 吹填土選擇

綜合考慮項目地質勘查報告與施工設計圖紙，通過分析計算可知疏浚土質主要包含砂土、淤泥土與黏性土，具體分布數量見表1。按照相關設計規范的要求，如使用淤泥進行吹填，則完成吹填后較軟，且排水速度慢，需要很長的時間才能達到固結，還需要額外加固；如使用中、細砂進行吹填，則能改善滲透性，固結速度快；而使用黏性土進行吹填時，與吹填淤泥相同，都需要很長的時間才能達到固結[1]。

表1 疏浚土質具體分布情況 單位：m3

從土質角度講，建議使用東西方向航道的疏浚土進行吹填，因為這樣能為地基處理奠定良好基礎，并縮短工期；而如果從經濟角度來講，可將吹填區域確定在東西方向航道的西北側，以此縮短吹填路徑。

2.2 船機選擇

采用絞吸式挖泥船可以一次性完成開挖、運輸和排除過程，并支持連續作業，十分適合吹填造陸施工。此外，還能開挖砂土與黏性土，考慮到距離在2km 左右，故能實現管路輸送吹填，直接進行挖吹，不再需要其他船只。基于此，采用該船進行挖吹不僅工藝簡單可行，而且經濟性好[2]。然而，#0+2600 處的地面標高超出±0.000m，比施工水位標高略高，為不影響船只吃水深度，同時加快實際的施工進度，需要在絞吸船基礎上配備挖掘機進行平行作業，對于+1.0m 上部砂土，將其推填到施工區域以北的陸域，通過初步計算，按照以上方法采用挖掘機開挖25.30 萬m3左右的土方；除用于吹填的部分，剩余疏浚土應全部回填到淤泥區當中。通過反復計算可知，#0+000～#0+1695 段疏浚土需要進行外拋。

參考相關規范，斗式挖泥船與耙吸挖泥船都能挖掘砂土類、淤泥土類與黏性土類，外拋段的作業環境也能滿足挖泥船作業基本要求。根據現場調查結果，周圍可調遣的船型與距離1 艘4500m3耙吸挖泥船，距離在300nmile 左右；1 艘8m3抓斗船，距離在100nmile左右。按照預算定額測算可知，兩者相比，采用抓斗式挖泥船的造價更低，單方可減少約3.48 元。基于此，外拋段建議采用該船施工。疏浚施工造價對比情況見表2。

表2 疏浚施工造價對比情況

2.3 船機數量

2.3.1 抓斗式挖泥船

按照設計規范提出的參數，對于擬采用的8m3抓斗船，其單位時間生產率為400m3，若連續作業，此次疏浚量共需1351h 左右的時間。考慮到該工程的工況級別為四級，客觀影響較大，挖泥船的實際時間利用率較小，只有45%，據此計算后確定需要3002h 的工期，即125d，但可滿足工期要求。

2.3.2 絞吸式挖泥船

通過調查可知，周圍可調遣的該挖泥船泥泵設計流量為1500m3/h，根據實際生產率可采用以下公式計算得出挖掘生產率：

式（1）～式（2）中：W為泥泵管路吸輸生產率，m3/h；Q為泥漿管路工作流量，m3/h；ρ為泥漿質量分數；γm為泥漿密度，t/m3；γs為土體天然密度，t/m3；γw為泥漿密度，t/m3。疏浚土體中，泥漿密度取1.2t/m3，海水密度取1.025t/m3，土體平均天然密度取1.85t/m3，挖泥船的時間利用率取45%，則代入數值后計算可得泥漿質量分數等于21%，泥泵管路吸輸生產率等于315m3/h，基于此次疏浚量，共需要352d 的時間。可見，為滿足工期要求，需配備2 艘挖泥船[3]。

2.3.3 挖掘機

土方開挖總量為25.30 萬m3，在避免對絞吸船正常施工造成影響的基礎上，配備6 輛挖掘機。

通過以上分析可知，完成此次疏浚施工需要很多資源配置，具體見表3。

表3 船機設備配置

3 施工工藝

3.1 疏浚外拋

航道連接水域與東西方向航道部分疏浚土借助8m3抓斗船與1200m3泥駁進行疏浚，這一部分土體直接外拋到拋泥區，距離為7km 左右。采用抓斗船在連接水域及東西方向航道局部進行開挖作業時，開挖方向為從#0+000 到#0+1695，以此防止和絞吸船作業產生相互干擾，保證施工順利完成，其施工工藝流程為設立水尺—船只定位—泥駁就位—開挖裝駁—卸泥區卸泥—返航—裝駁—斷面測量—補挖或清淤—驗收合格。采用抓斗船進行施工時，需按照施工圖指示的航道位置，先將挖泥船推到開挖施工的起始點，然后結合船舶自身工作性能以及錨纜長度進行拋錨，借助抓斗船自帶吊桿與鋼索將抓泥斗吊掛，此時挖泥機可進行旋轉，抓取有效作業半徑中的疏浚土，同時將其轉送至泥駁當中，最后由泥駁將疏浚土運輸到指定拋泥區進行卸泥。實際的挖泥深度由專門的測量人員采用水池測定實際潮位，再采用水坨進行打水，以此實現對開挖底部標高的有效控制[4]。在挖泥船施工過程中，應通過對土質類型、泥層厚度、波浪水流、遺撒與回淤等因素的綜合考慮適當超挖：但要注意實際超挖量不能超出設計要求的范圍。

3.2 絞吸船開挖與吹填

采用2 艘絞吸船相向施工，其中1 艘絞吸船從連接水域及東西方向航道局部端頭開始開挖，在疏浚點處采用吹填管線對海上浮管和沉管段進行連接，從潮汐通道上橫向跨越，并和陸域回填區的岸上砂管相連[5]。另外，1 艘絞吸船則從相反的方向開始開挖，同樣在疏浚點處采用吹填管線對海上浮管和沉管段進行連接，從潮汐通道上橫向跨越，開挖出來的疏浚土直接吹填到回填區中，其施工流程：吹填管線布置與對接—挖泥船拋錨定位—下放絞頭—吸泥吹填到回填區—疏浚與回填區驗收—進入下一個工作面—斷面測量—補挖或清淤—驗收合格。按照工程的實際需要，第1 艘挖泥船需要配備長度為2500m 的管線，而第2 艘挖泥船需要配備長度為2000m 的管線，所有管線在組裝完成后及時推入到水中。對于陸地吹填管線，其平面布置需要以挖泥船的揚程及圍堰面積等為依據進行，并充分考慮吹填高程與潮位發生的變化。將水上路上的所有管線均連接完成后，開始對挖泥船進行拋錨定位，隨即下絞頭準備開始挖掘，同時在管道內輸送泥漿[6]。采用挖泥船挖泥時，一般采用橫挖法，在分行的基礎上做好分段與分層，按照所用挖泥船的技術性能，每行30～40m，每段100～150m，每層2m。在挖泥過程中需要借助GPS 系統實現自動定位，以此提高實際的定位精度。施工中還應隨時做好打水，嚴格控制實際的挖泥厚度，尤其是邊坡和斗位之間的連接部位，以此有效避免超欠挖現象的發生[7]。

3.3 陸上開挖與運輸

先為挖掘機的進場修筑臨時通道，在陸上進行開挖施工時，按照從#0+2450 到#0+2700 的方向持續推進，即從南側持續開挖到北側，開挖產生的土料及時運輸到指定堆場進行堆存處理。在土料堆存區的兩側都要布置臨時通道，并以現場開挖情況與堆存要求為依據進行必要的調整，臨時道路的長度為987m，寬度要達到12m。道路結構層次為原地基+0.30m 厚二片石層+0.15m 厚碎石層，為車輛正常行駛創造良好條件[8]。分層開挖、土料裝車等環節都要嚴格按照設計要求的底部標高及航道邊線實施。該航道疏浚工程應嚴格按照規范提出的施工順序及各項工藝要求實施，按照相關質量驗收標準，在疏浚施工結束后進行掃海測量，設計底部邊線范圍內的水域，其開挖面積必須與設計要求完全相符，且開挖斷面應比設計開挖斷面略大，在整個邊緣水域范圍內不能有淺點存在，邊坡實際開挖范圍與坡度也要與設計要求相符，整個工程的施工質量滿足檢驗標準提出的要求。另外，實際施工時間不能超過最大工期要求，即在6 個月之內完成疏浚施工。

4 安全保證

施工開始前按照要求辦理航行通告，并嚴格執行相關避碰規定，根據規定在適當的位置掛設施工信號。在挖泥船的船舷處設置好緩沖輪胎，并將救生設備配置齊全。采用絞吸式挖泥船進行施工的過程中，通航側錨纜會對吃水深度較大的行船造成不利影響。針對這一現象，建議在深水區中進行橫移拋錨，也可以在不會對通航造成影響的水域上拋錨，并在錨上設置醒目浮標，為過往的船只提供警示。除此之外，挖泥船上需要安排專門的望員，當觀察發現船只超載時，立即通知相關人員謹慎操作，并鳴笛示警，在必要的情況下可以將橫移鋼纜繩適當放松，保證行船安全；在施工過程中優先使用陸上管，盡可能減少對水上浮管的使用，以此減少對航道的占用；在夜間進行挖泥作業時，應注意避免燈光遠射。在照明符合施工要求的基礎上，盡量減弱亮度，以免對其他船只造成影響，另外，可以在排泥浮管上增設信號燈，保證夜間施工時過往船只安全；按照港航部門提出的要求在潛管兩端增設航行標志與信號燈；所有施工船只都需要按照要求配備齊全的消防設施，同時確保其始終處在良好的工作狀態；通過在現場開展培訓、演習和加強檢查幫助全體施工人員牢固樹立安全意識，熟悉各項防火防滑措施與應急措施；船只的甲板與人行道應始終保持清潔，當沾有油污或其他滑物時，應立即清理，也可采取有效的防滑措施[9]。

5 結語

綜上所述，合理的船機組合能確保港口航道疏浚施工順利完成，要求針對實際問題開展具體分析，從包含地質、環境、工期與工藝等在內的方面入手，以此合理且正確地安排整個施工過程，制定合理可行的工藝方法，為現場施工提供正確指導，解決疏浚這一航道改建的重點、難點問題。以上對港口航道疏浚施工船機組合與施工安排進行了分析與總結，旨在為其他類似港口航道的疏浚施工提供技術參考。