耙吸式挖泥船在復雜地質航道疏浚工程中施工淺點控制方法研究

邵克晨

（長江南京航道工程局，江蘇 南京 210000）

航道疏浚工程泛指用挖泥船或其他工具在航道中清除水下泥沙的作業。航道疏浚是開發航道，增加和維護航道尺度的主要手段之一。航道疏浚工程根據工程性質主要分為維護性疏浚工程及基建性疏浚工程。其中，已成型航道受泥沙回淤影響會不斷積淤變淺，清除一段時間以來航道內的回淤泥沙，維持原航道尺度的疏浚工程即為維護性疏浚工程；新建航道或在原航道基礎上拓寬增深即為基建性疏浚工程。維護性疏浚工程施工土質主要為回淤土，施工相對較為容易。基建性疏浚工程施工土質主要為原狀土，根據工程區域地質條件不同情況，施工難度有所區別，但總體難度均大于維護性疏浚工程。本文以耙吸式挖泥船在基建項目施工為例。

受限于施工區域復雜地質條件影響，耙吸式挖泥船在航道疏浚工程施工作業后容易出現淺點，若不能有效控制，淺點數量會大幅增加，甚至形成溝槽或壟溝，如此不僅增加后期施工難度，影響施工效率，亦會造成施工成本大幅增加、無法按期完工等風險。因此必須要采取有效方法和手段對航道疏浚工程各個環節進行控制，全方位考慮避免淺點形成的方法，為此提出此施工淺點綜合控制方法研究。

1 耙吸式挖泥船復雜地質淺點控制方法設計

為達到淺點控制的最佳效果，本綜合控制方法從工前耙吸船船型選擇、施工過程控制和最終掃淺控制三個階段分階段詳細說明控制方法。

1.1 耙吸船船型選擇

耙吸船船型選擇是航道疏浚工程中極為重要的一個環節。設備選擇不當可能出現吃水不夠無法正常施工、設備挖掘能力不強施工效率低下、設備配置過高造成不必要成本浪費等情況，因此必須高度重視。針對復雜地質條件，必須仔細研究地質報告，做到深入了解地質情況，方能做出最佳選擇。根據工程存在較多硬黏土、密實砂及少量鈣質結核物等難挖土質特點，可從以下幾個方面考慮船型選擇。

（1）泥泵。普通耙吸式挖泥船僅擁有艙內泵裝置，該類別泥泵挖掘能力稍弱，尤其針對上述復雜地質條件。部分耙吸式挖泥船在擁有上述艙內泵裝置的基礎上還擁有水下泵裝置。水下泵裝置由一臺單殼泥泵、水下電機、底座、箱形鋼結構框架、耙中吊架起吊管、吸口膨脹節、排出泥管、橡膠接頭、高壓沖水管和輔助系統等集成。擁有水下泵裝置挖泥船在同等條件下可比單一擁有艙內泵耙吸船施工效率提高30%。根據上述復雜地質特點，宜選擇擁有水下泵耙吸式挖泥船進行施工。

（2）高壓沖水裝置。普通耙吸式挖泥船無高壓沖水裝置，此類別耙吸船僅適合淤泥質土、回淤土等較軟土質的施工，針對硬黏土、密實砂等難挖土質施工效率將大受影響。為保證施工效率，施工上述復雜地質航道應使用配備高壓沖水裝置的耙吸船。高壓沖水裝置由電動機驅動，用于耙頭沖水或泥艙沖水。所有高壓沖水管的分支管均由液壓蝶閥在駕駛室遙控。船內高壓沖水管除由液動蝶閥控制開閉，舷側另配有手動蝶閥，可安全關閉。高壓沖水裝置可有效切割挖掘土層，提高挖掘效率。高壓沖水破土就是通過船上已有的高壓沖水泵，讓高壓沖水經過管路流到耙頭高壓沖水腔內，再通過數個排出口，以巨大的壓力噴射到土質上，讓土層砂質流化迫使砂粒分離以促使泥沙沖刷，從而提高挖掘效率。

（3）耙齒選擇。針對上述復雜土質，耙齒的曲面形狀要利于撕裂土塊，同時還要防止被切削的粘性土粘連在耙齒曲面上，因而選用類似犁面的曲面作為犁形齒的曲面有利于破土和翻土。根據施工土質特點，如硬粘土居多，則使用專用粘土耙齒，如密實砂居多，則使用專用砂耙齒。施工過程中根據實際施工土質選用合適的耙齒。

1.2 施工過程控制

針對上述復雜地質條件，施工過程控制同樣非常重要。通過合理的施工過程控制，可有效控制淺點數量和提高航道平整度，提高航道疏浚效果，保證施工質量。可從以下方面控制。

1．2．1 施工方法選用

根據不同施工條件（如土質、拋泥運距、水深、泥層厚度等），選用不同施工方法。

（1）分段施工：①當挖槽較長，一次裝艙不能從起始點挖到航道終點時，可以根據土質不同及耙吸船性能合理分段，逐段疏浚施工。在挖泥過程中，各分段端點要做到相互重疊銜接好，以免漏挖留坎。②挖槽原始水深差異較大或分區段有深有淺，可將水深相近區段分為一段。

（2）分帶施工。耙吸挖泥船單耙挖寬僅為2 個耙頭寬度，因此通常分挖泥航線進行施工，所謂分帶是指在挖槽斷面方向的分帶。對較寬挖槽或者挖槽斷面兩側深度不一情況，或因工程施工安排或者通航要求，需要將挖槽一部分先挖深等情況，均可采用分帶施工。在施工過程中，各分帶區域同樣要做好相鄰部位的搭接，避免漏挖欠挖留下壟溝。

（3）分層施工。當疏浚航道泥層較厚時，一般泥層厚度超過3.0m 應分層施工。分層時，上層施工時可適當厚一些，考慮底層已接近設計底標高，應盡量薄一些，如此有利于工程質量。土質較松軟時，每層按1.0-1.5m 進行開挖，土質較硬時，每層按0.5-1.0m 開挖。根據上述復雜地質條件，上層按1.0m 進行分層，底層按0.5m 分層。

（4）先淺后深。當航道內淺段的水深較淺，影響耙吸船重載通航時，應將最淺段區域先挖除，為耙吸船施工所需要的水深創造條件，在施工期較長，泥層較厚，且存在一定自然回淤情況時，可按照先淺后深，由淺至深，逐步加深。正常情況下，均應按照先淺后深的施工步驟，在全槽深度基本相近后，再同步加深，從而避免增大最終掃淺施工量。

（5）交叉施工。在挖槽內受土質分類復雜、深淺分布不均衡，受水流、潮汐及風力影響不同，或施工區域受運營船舶通航影響，應根據具體情況合理安排施工，一般應優先挖難挖、受影響區段，總的原則，要以盡可能避開不利影響，充分利用有利條件合理安排施工順序，從而盡可能達到最佳施工安排。

（6）邊坡施工。邊坡施工，一般按設計邊坡分階梯進行開挖。當設計邊坡在1:2-1:3 時，階梯高度建議取2-3m；當設計邊坡在1:4-1:10 時，階梯高度建議取1-2m。如果邊坡質量要求較高時，階梯高度建議取0.5m。邊坡開挖時，可根據階梯不同高度連同高度挖槽同步分層開挖。邊坡開挖時，同樣要求嚴格控制耙吸船挖泥航線和各階梯挖深。

1．2．2 過程水深測量控制

測量是工程的眼睛，尤其像此類航道疏浚工程，本身為水下隱蔽工程，若無測量輔助，很難了解實際施工狀況，勢必影響施工質量。正常情況下，航道疏浚工程每10-15 天進行一次測量，針對上述復雜地質條件，為保證施工質量，必須加大測量頻次，安排每7 天左右進行一次測量。每次測量后及時開展測量分析，根據前期施工情況，分析存在的施工質量缺陷，并提出針對性的補救措施，在后續的施工中作出安排。水深測圖及測量分析結論及時反饋施工船舶，指導施工船舶后續施工。以每次測量為一個循環，通過不斷施工、糾偏，使施工質量一直處于可控狀態。

1．2．3 其他針對性措施

鑒于地質條件的復雜性，亦可通過施工工藝的變更等方式強化施工質量，如考慮黏性土艏吹困難，將耙吸船艏吹施工工藝變更為外拋施工工藝；個別邊坡區域耙吸船難以上線，增加抓斗船輔助施工等。

1.3 最終掃淺控制

所謂掃淺施工，是指航道疏浚工程挖泥疏浚后，整體航道水深、邊坡情況已基本達到設計及質量要求，但在航槽中仍有少數未達到設計深度的淺點或小范圍的淺區需要清除，最后的淺點清除施工，稱為掃淺施工。

掃淺施工時，一般采用耙吸船定深下耙方式組織施工，施工后及時測量，可考慮2-3 天測一次。根據測量數據標出淺區位置，針對性地制定掃淺挖泥航線，耙吸船準確上點定位挖泥。淺點土質一般較硬，可針對性地增加耙頭著地壓力（如通過調整波浪補償器壓力）。但不能使吊耙的鋼絲繩過松（當挖掘振動過大時，易振斷鋼絲繩）。掃淺方法可采用如多淺點串挖，魚背形淺點按S 形布置航線等。掃淺工作難度較大，施工中船舶駕駛員與操耙手應相互做好配合。

為提高掃淺效果，航道剩余淺點可考慮利用拖耙船（拖輪拖帶耙平器）輔助進行掃淺施工。耙平器長度一般為自航耙吸式挖泥船耙頭寬度的4-5 倍，因此可跨越2-3 道壟溝，耙平器需要有一定的重量，靠自重壓在海床上，根據上述復雜地質條件，自重不小于20t。為提高掃淺能力，選用的耙平器前端需裝配一定數量的刀齒，用以松土，尾端配備略帶弧形的平整板，可起到平整海床的作用，削峰填溝，提高挖槽平整度，同時在其拖曳及水流的作用下起導流和沖刷作用，達到提高掃淺效率、減少廢方、降低施工成本等目的。

此外，在邊坡位置進行掃淺時，應根據水深情況，通航影響情況，施工區域大小等，選擇相應的掃淺方法，做到針對性掃淺，以達到事半功倍的效果。針對本工程復雜地質條件情況，單純耙吸船邊坡掃淺難度較大，考慮邊坡位置對運營船舶通航影響較小，在耙吸船進行邊坡掃淺的同時，可考慮投入少量抓斗式挖泥船，以定點定泊挖除淺點的方式輔助耙吸船進行掃淺施工，如此既可加快耙吸船邊坡掃淺效率，亦可一定程度上降低項目掃淺施工成本。

2 實驗論證分析

本次實驗以某航道疏浚工程為實驗對象，該工程航道長度為3.85km，總體疏浚工程量為1350 萬m，其中外拋工程量約為580 萬m，艏吹工程量約為770 萬m。本次實驗通過上述綜合淺點控制方法，不但施工效率得到大幅提升，且施工全過程施工質量均處在一個較為理想狀態，得到相關主管單位的一致好評。

本次試驗共使用了4 艘大型耙吸式挖泥船，船舶艙容均在10000m以上，其中2 艘艙容超過13000 m；所有耙吸船均具有上文所述滿足施工復雜地質條件需求的水下泵、高壓沖水等裝置，且均裝備了挖掘硬質粘土專用耙頭耙齒。根據本工程特點，將航道沿南北方向分成兩段，考慮航道東西半幅間土質的差異性，又將航道沿中軸線進行分幅，從而將整體航道分成4 塊區域，4 艘耙吸船各施工其中一個區域。經試驗數據顯示，使用此類耙吸設備及上述船機安排方式，施工能力提升超過50%以上。

總體施工前，鑒于本工程復雜土質情況，經審批同意，在保證本工程艏吹、外拋工程總量不變的前提下，酌情考慮艏吹航段“艙內殘留情況嚴重對應粘性土層”轉為外拋，由外拋航段“等量砂土層”代為艏吹。通過變更，在提高效率的同時，施工成本得到顯著降低。經測算，通過本次變更，為本項目節約成本超過1000 萬元。

施工過程中，通過有序的施工組織，合理地分層、分帶，通過高頻率、針對性的自檢測量，根據實際施工情況靈活地調整施工方案方法；最終掃淺階段，通過大潮汛直線布耙、小潮汛斜線布耙，合理穿插利用拖輪拖帶耙平器輔助掃淺等一系列手段，本工程提前節點工期1 個月完成了全部施工任務，施工質量滿足設計及規范要求。

3 結束語

綜上所述，文章從耙吸式挖泥船在復雜地質航道疏浚工程中施工掃淺控制方法展開探討，結合工程實例，從工程開工前、施工過程中及最終掃淺三個階段分階段提出淺點控制要點。應用此綜合淺點控制方法，在確保航道疏浚工程施工質量的同時，施工效率得到明顯提升，施工成本得到有效降低，對后續類似工程具有長遠指導意義。