大型抓斗船在開放海域淺水航道的施工

田舟 TIAN Zhou；王樹兵 WANG Shu-bing

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

1 工程概況

蘇里南位于南美洲北部，東鄰法屬圭亞那，南界巴西，西連圭亞那，北瀕大西洋。地勢南高北低，河流眾多，水力資源豐富，最重要的是流貫中部的蘇里南河。本次需要疏浚的航道是蘇里南河km0-km68 段，該段河流位于蘇里南首都帕拉馬里博，是蘇里南主要的水運通道，航道疏浚工程設(shè)計航道寬度為70m，設(shè)計深度為-6m，該工程的關(guān)鍵點在Outer Bank 區(qū)域的km22.5-km23.8段（下文簡稱A 區(qū)段），該區(qū)段位于蘇里南河的外海，處于洋流與潮水集中交匯處，水流情況復(fù)雜，平均水深為-3m，是制約工程的關(guān)鍵點。施工區(qū)域平面布置如圖1 所示。

圖1 施工區(qū)域平面示意圖

2 工程難點與應(yīng)對方案

航道疏浚，通常是以耙吸船作業(yè)為主。在本工程的A 區(qū)段，一是水深很淺，大型疏浚船舶低潮水時無法施工，只能趁潮施工，但是，漲潮時，貨運船舶要通航，需要占用航道，疏浚船舶需要避讓，因此，大型疏浚船舶無法使用。二是土質(zhì)（如表1 所示），該區(qū)段土質(zhì)中有一層厚度為0.5～1.5m 的板結(jié)砂粘土，比較堅硬，一般的小型耙吸船開挖難度大，施工效率低。三是風(fēng)浪大，A 區(qū)段地處外海，無任何的遮擋，常年吹東風(fēng)，該風(fēng)向與航道垂直，因此風(fēng)與涌浪都較大，其他類型的施工船舶也較難以應(yīng)用。四是淤積快，漲潮落潮的流速達到2 節(jié)以上，特別是雨季，上游帶來大量的泥沙，沉積于A 區(qū)段。同時，快速的洋流也帶動周邊的淺灘迅速的淤回已經(jīng)開挖過的航道。項目前期，我們使用小型耙吸船疏浚作業(yè)，但是受限于該段堅硬的沙粘土板結(jié)層，小型耙吸船開挖難度大，施工效率低下，效果不明顯。受制于該段水深淺，大型耙吸船無法進入施工，難以發(fā)揮效果。通過綜合分析，施工該段需要一種開挖能力和抗風(fēng)浪能力都較強的設(shè)備，能夠短期內(nèi)快速講過航道開挖到位，然后通過小型的耙吸船進行維護疏浚，以維持航道的通航水深。根據(jù)現(xiàn)場條件，決定更換抓斗船進行嘗試施工。使用的抓斗船為雙樁定位船舶, 無錨，船長67.2m，船寬26m，船舶吃水2.75m。配備的抓斗容量為56m3，重125 噸，可以開挖標(biāo)準貫入試驗錘擊數(shù)N≤50 的土質(zhì)及中度風(fēng)化的巖石；配套兩艘自航開體駁船，船長91.2m，船寬17.6m，船舶吃水3.2～5.3m。抓斗船組如圖2所示。

圖2 抓斗施工船組

表1 施工區(qū)域土質(zhì)

3 風(fēng)與流對施工的影響分析

3.1 頂流施工

當(dāng)船頂流流速大于1.5 節(jié)，抓斗船前移進關(guān)時，前移鋼絲及壓纜樁葫蘆片受力增大，損傷大，船舶前進困難，因此頂流施工時，進關(guān)距離不足，耗時長，施工效率低。

3.2 船位控制困難

小鷹號抓斗船采用兩根鋼樁定位，沒有錨機設(shè)備，因此，抓斗船在前移進關(guān)過程中，當(dāng)受橫風(fēng)、橫流時，船體易發(fā)生偏移，導(dǎo)致施工質(zhì)量失控。

3.3 易造成主要設(shè)備損壞

小鷹號抓斗船的兩個定位鋼樁在樁架上未固定，受風(fēng)浪（0.8m 以上）影響，船舶搖晃，鋼樁會敲擊樁架頂部左右提升鋼樁葫蘆片，一旦葫蘆片損壞，鋼樁將無法提升，導(dǎo)致船舶無法移動，帶來重大安全隱患。

3.4 駁船靠離困難

船舶順著航道方向施工，來自東邊的風(fēng)和流使自航駁靠、離泊難度大，風(fēng)險系數(shù)高。駁船在靠泊施工時，若靠小鷹號上風(fēng)側(cè)時，自航駁在風(fēng)浪作用下緊貼小鷹號船體，由于水深淺，自航駁螺旋槳以及側(cè)推無法發(fā)揮最大力度，這增大了自航駁靠離泊難度和風(fēng)險系數(shù)；靠小鷹號下風(fēng)側(cè)時，靠泊難度大，且與小鷹號聯(lián)接的纜繩受力很大，極易造成纜繩崩斷，同時由于自航駁處于下風(fēng)側(cè)，隨著裝艙施工，船體與小鷹號距離增大，造成小鷹號裝駁難度變大。

4 風(fēng)流影響應(yīng)對措施

4.1 事前謀劃

根據(jù)現(xiàn)場的工況條件分析，在布置抓斗船到A 區(qū)段施工之前，做足充分的謀劃。一是對抓斗船和駁船進行為期3 天的專項檢查，排查安全隱患；對設(shè)備進行事先防護，如在樁架上對提升葫蘆片安裝輪胎防護，減少鋼樁對葫蘆片的撞擊；備足相關(guān)的配件，便于更換，如鋼絲，纜繩。二是對抓斗船，駁船，拖輪的船長進行安全技術(shù)交底，將施工方案交底清楚。三是關(guān)注天氣情況，選擇氣象較好的一段時間出去施工。

4.2 過程控制

在實施過程中，加強過程控制，一是船舶根據(jù)風(fēng)和流的實際情況，在施工條件不利時，可暫停施工。在停工間隙，做好船舶的維修保養(yǎng)，合理利用時間。

二是指派人員在現(xiàn)場統(tǒng)一協(xié)調(diào)各船舶，在抓斗船前移，換樁，避讓等時，指揮拖輪輔助抓斗船，防止抓斗船位置偏移；在駁船出檔拋泥時，指揮拖輪輔助駁船，助使駁船順利離檔。三是添置球形靠把，減小抓斗船與駁船之間的碰撞。

5 淺水施工的難點分析

5.1 在施工上

A 區(qū)段航道設(shè)計寬度為70m，中間水深在3.5m 左右，兩側(cè)在2.9m 左右，航道周邊的水深為3m 左右。小鷹號抓斗船吃水約2.8m，可以滿足施工條件。自航駁的空載吃水為3.2m，滿載5.3m。當(dāng)?shù)貫榘肴粘保统痹?.5～1m，高潮水2～3m，因此，按常規(guī)施工方法，自航駁稍微一裝倉，就可能導(dǎo)致自航駁擱淺。

為此，筆者提出基于文化工程、系統(tǒng)工程和信息工程的風(fēng)險管理改進途徑，分別從文化根源角度、系統(tǒng)角度和技術(shù)角度3個方面進行風(fēng)險管理實踐效果的提升，以期實現(xiàn)高速公路營運的本質(zhì)安全.

5.2 在設(shè)備上

小鷹號抓斗船施工淺水區(qū)域時設(shè)備主要有2 個風(fēng)險，一是冷卻水系統(tǒng)風(fēng)險，由于水深很淺，在風(fēng)浪和自航駁螺旋槳的攪動下，造成較多泥土堵塞冷卻水口，容易造成吸空現(xiàn)象；二是中樁前移鋼絲隨鋼樁深插入泥土中，前移進關(guān)時受力大，其與聯(lián)接的葫蘆片易損。

5.3 在施工時間上

因為航道有通航需求，根據(jù)蘇里南海事局的要求，船舶需在高潮前3 小時，高潮后2 小時避開航道，并且施工船舶需要撤離到航道外100m。對于沒有航行系統(tǒng)的小鷹號抓斗而言，移船避讓耗時長、難度大。同時，因為水深淺，駁船只能在高潮水附件裝艙，出檔。如果高潮水避讓，則將大大嚴重影響抓斗船的施工效率。

5.4 在安全試生產(chǎn)上

一是在惡劣的工況條件下，可能會產(chǎn)生的一些安全隱患風(fēng)險。

二是抓斗船無航行系統(tǒng)，無錨機系統(tǒng)，僅有定位鋼樁，在海外施工，若遇到突發(fā)的惡劣氣象情況，則需要避風(fēng)。當(dāng)?shù)睾线m的拖輪資源匱乏。

6 淺水施工應(yīng)對方案

6.1 乘潮施工

為了防止自航駁擱淺，抓斗船只能乘潮施工。根據(jù)蘇里南外海漲落潮規(guī)律，在潮水1.5m 以上時開始裝艙，且根據(jù)潮水的情況，合理分配裝艙量，保證裝艙后可以乘潮水去拋泥區(qū)拋泥。根據(jù)前期對施工時間及裝艙量的控制，在不避讓進出口船舶情況下，每個高潮位有效施工時間在7小時左右，每日可施工時間約為14 小時。施工潮位如圖3所示。

圖3 潮位圖

6.2 調(diào)整自航駁壓載艙水位

自航駁空載的情況下，船首吃水在1.9m，船尾吃水在4m，呈現(xiàn)的前高后低的狀況，因此，通過調(diào)整自航駁壓載水，將尾部吃水調(diào)整至3m 左右，這樣既可以提前裝艙，同時可以增加裝艙量，大大的提高了施工的效率。

6.3 統(tǒng)籌安排時間

圖4 分條施工圖

安排合理調(diào)整自航駁靠泊側(cè)和自航駁上下檔、靠離泊時間，做到早上檔靠泊施工、潮水足夠就裝艙、縮短換駁時間等，增加日產(chǎn)量和日進度量。根據(jù)一些列調(diào)整，小鷹號船組每個高潮位大部分時間可裝駁3 船，其中前兩船裝艙量約1600m3，最后一船由于處于落潮期間，為航行安全，裝艙量約1000m3，日平均完成裝艙量約7400m3，日完成前移最大可達150m，平均每日可完成100m。

6.4 合理分條施工

盡快打通一條通道，解決制約船舶淺水施工的問題，是提高施工效率的關(guān)鍵所在。項目根據(jù)實際情況，三是分條施工，力求快速貫穿一條通道。將70m 的航道分成3條，每條約25m，在遇到大風(fēng)等天氣，抓斗船前移困難時，抓斗船可以擴大開挖寬度，將旁邊的一條也附帶進行開挖，增加施工效率；當(dāng)施工狀況較好時，可以適當(dāng)縮減開挖寬度，快速向前推進，在貫徹一條通道以后，可以有效的減小自航駁吃水限制。在施工順序上，先將東側(cè)第3 條打通，便于自航駁靠上方側(cè)，遠離通航航道，再將中間側(cè)第2 條打通，滿足自航駁滿載通航要求，最后施工離通航航道最近的西側(cè)第1 條，保證在高潮避讓進出口船舶情況下，在風(fēng)浪平穩(wěn)時，中低潮也能進行疏浚施工，加快了施工進度。

6.5 積極開展隱患排查

在施工前，備足配件，在施工期間避讓或者等潮水的間隙時間，勤檢查，發(fā)現(xiàn)隱患，及時更換，保證安全生產(chǎn)。

6.6 船舶避讓應(yīng)對方案

因此，項目部一方面積極與海事局進行溝通聯(lián)系，并協(xié)商將每日進出港船舶動態(tài)發(fā)送至各施工船舶，同時各船舶通過船訊網(wǎng)實時查看進出口船舶動態(tài)，并通過VH12 與海事局調(diào)度控制中心積極聯(lián)系，做到精準避讓，將避讓的時間提前量大大縮減。另一方面與海事局協(xié)商，根據(jù)水深情況，啟用備用航道，以縮減施工船舶需要避讓的點。通過協(xié)商，船舶只需在該施工段兩側(cè)進行避讓，且避讓的距離又由以前需要避讓至航道外200m 調(diào)整為必然到航道外50m。

6.7 船舶避風(fēng)應(yīng)對方案

在施工前，積極尋找拖輪資源，但蘇里南當(dāng)?shù)夭o這樣合適的拖輪，因此，項目部與當(dāng)?shù)氐耐陷喒揪屯陷嗊M行適當(dāng)?shù)母难b，以適應(yīng)我方船舶。制定相應(yīng)的拖帶方案，進行實際拖帶，對發(fā)現(xiàn)的問題進行調(diào)整，完善拖帶方案。

在蘇里南避風(fēng)，正常需要進港靠碼頭，而可用碼頭距離使用區(qū)域有40km 左右的距離，而經(jīng)過與當(dāng)?shù)氐暮Ｊ虏块T溝通，在km40 的地方，劃出一塊臨時錨地，大大減小避風(fēng)的路程時間和航行的安全風(fēng)險，增加施工時間。

項目部一是關(guān)注天氣情況，關(guān)注遠期近期的天氣情況，及時做好應(yīng)對計劃。二是通過積極根據(jù)現(xiàn)場情況，事先與海事局商定好避風(fēng)的錨地。三是結(jié)合測量情況，規(guī)劃好避風(fēng)撤離航行路線。

7 總結(jié)

通過使用抓斗船，在外海較大風(fēng)浪和淺水區(qū)的施工，順利的完成了該段的施工任務(wù)，一方面解決了困擾工程很久的問題，對蘇里南航道的通航具有重要的意義，另一方面也是對抓斗船在該工況條件下的積極探索，為后續(xù)類似工程積累了寶貴的實踐經(jīng)驗，最后，在打通航道的那一刻，整個團隊都異常興奮，增強了團隊的凝聚力和戰(zhàn)勝困難的勇氣和信心。