港航工程基槽開挖與港池疏浚施工問題探討

王維，王娟

（長江重慶航道工程局，重慶 400011）

1 工程概況

某港航工程航道長41.7km，2020 年汛期該航道中下游地區受到持續高溫少雨的影響，水位持續降低；9～10 月上游水利工程蓄水后下泄流量銳減，淺灘下移，河道內大量泥沙淤積，該航道段淤積情勢也日趨嚴重。必須盡快展開航道清淤疏浚，為正常通航提供保證。此次施工內容包括巷道基槽開挖及港池疏浚等部分，根據設計要求，疏浚范圍應達到-23.5m，疏浚土必須運抵指定的拋泥區。結合地勘資料，該航道疏浚區主要分布淤泥、巖石、細砂等土質，按照航道里程計算的總疏浚量達到1781.64×104m3，包括1746.98×104m3的淤泥與細砂，34.66×104m3的巖石。

2 施工難點

該港航工程疏浚區位于外航道，在季風影響下涌浪大，為保證施工安全及工效，必須配備抗風浪性能較好的大型挖泥船。結合航道設計水深，擬疏浚開挖深度大，挖泥船設計挖深必須滿足清淤要求。疏浚區巖石為中風化和強風化泥質粉砂巖，巖石量不大但分布廣泛，未探明孤立巖石淺點多，實際疏浚巖石量其實比地勘資料及設計方案中鉆孔確定的巖石量多[1]。

為保證港航基槽開挖及港池疏浚施工質量，必須嚴格遵循施工流程。基于測量控制點復核結果及引測數據，必須對施工面實施復測，校核基槽泥面標高；通過GPS定位儀準確定位基槽開挖點，并標注。同時使用測深儀測量標注點，結合測量結果設置淤泥卸除點浮標，為基槽清淤、清礁等提供參照。待淤泥拋卸任務完成后，分段開挖基槽，直至滿足設計要求。

3 施工技術要點

3.1 施工控制測量

該港航工程采用DGPS 定位儀展開船機定位、測量及標識，定位儀連接計算機，可將疏浚區相關坐標參數實時輸入系統，開挖范圍、航機位置等數據和圖像便實時顯示在電腦端，供操作人員參照。

3.1.1 測量控制

在施工區附近岸坡處設置DGPS 定位儀差分參考臺。在零基線檢測時，應將GPS 接收天線和DGPS 接收機天線安裝在DGPS 差分參考臺基準點處，同時與計算機相連，接收過程中由軟件不間斷記錄數據信號，并與基準點坐標展開比較，將誤差控制在設計范圍內。為便于基線檢測，應將DGPS 接收天線安裝在距離差分參考臺50～80km 處的已知點，將軟件記錄的定位信號與設計值比較，控制誤差。港航工程測量控制設備配置及精度見表1。

表1 測量設備配置及精度

基槽開挖及港池疏浚施工前，根據甲方所提供的水準點，結合現場潮位觀測結果，設立驗潮站并構建起潮位遙報系統，向測船和挖泥船提供實時潮位信息。

為展開平面位置測量控制，應采用DGPS 展開導航定位。每個挖泥船均安裝有疏浚工程電子地形控制系統軟件，可與計算機聯合使用。DGPS 在接收衛星信號時還會接收到路地平面測控點基準臺發送的差分信號，進而鎖定挖泥船的準確坐標、設計疏浚區相對位置及疏浚區不同標高泥面，以圖形形式實時顯示。

借助挖泥船挖深顯示儀，可以直接讀取實時相對挖泥深度；安裝在潮位觀測站的自動遙測儀會將潮位變化數據傳送至挖泥船，操耙手據此調整耙頭下放及入泥深度。

3.1.2 水深測量

港池疏浚前必須測量施工區水深，根據復測結果預測水深情況對施工過程可能的影響。按照1:500 的測量圖精度，使用HD6000 RTK 定位系統在測控點設置測量基站，通過移動點和已知點的比對校核，將誤差控制在設計范圍內后施測。在現場校準后使用多波束測深儀展開疏浚區水深測量；測量數據由水深測量軟件和成圖軟件自動獲取并處理。外業資料經檢查無誤后，錄入計算機保存。

疏浚施工過程中通過HD6000 RTK 定位系統在控制點設置基站，將移動站和已知點比較并將誤差控制在允許范圍內，此后使用校準后的多波束測深儀施測。按照與航道軸線平行的方向布設測線，并根據實際水深確定每條線可測寬度。施測前根據需要確定寬度，測量數據由計算機保存。

港池疏浚任務完成后，由施工方展開浚后測量，檢測疏浚效果，自檢合格后方可報監理驗收。定位操作與疏浚前和疏浚施工相同，均按1:500 的測量圖精度，通過HD6000 RTK 定位系統在測控點布設測量基站，比對無誤后施測。

3.2 基槽挖泥

對于港航工程而言，基槽開挖應與疏浚區域自然段劃分順序一致，考慮到該港航工程地理位置特殊，如果在雨季施工，挖泥船受到浪涌影響后航速會降低。按照設計要求及調查結果，該航道挖泥船雨季和旱季航行速度分別為2.0～2.5kn 和2.5～3.0kn。施工開始后，挖泥船按固定航行速度駛向基槽開挖點，待接近指定位置，逐漸降低航行速度，就位后發出備靶指令。操耙手接收到相關指令后將耙臂彎管和吸入口相連，并相繼打開泥漿泵和外排閥，將清淤過程中吸入船艙的清水排出，以增大淤泥吸入量，提升挖泥工效。在挖泥船抵達挖槽起點后，駕駛員向操耙手發出命令，操耙手隨即將耙頭放置于泥面，將泵機轉速調至正常后啟動挖泥模式；其間應加強儀表盤觀察，如發現指標濃度升至合理范圍，則應開啟裝艙閥，并關閉外排閥，將淤泥裝艙。在挖泥過程中，為確保下耙深度，操耙手必須對淤泥濃度、機械工作壓力、流速等指標展開實時監控，以隨時調整下耙深度[2]。

在挖泥船行駛至挖槽終點，應將耙頭和耙中提升至安全高度，并待船艙內泥漿濃度降至設計限度以下后開啟外排閥，關閉裝艙閥，將淤泥內多余清水排出，此后結束挖泥。

3.3 航道挖槽

在此次航道挖槽施工期間，主要采取溢流裝艙工藝，分段、分條及分層控制施工。按照港航工程疏浚土分布及航道平面布置，劃分出12+0～16+0、22+0～26+0、27+0～30+0 及32+0～40+0 等四個開挖段落，并依托航道挖槽設計寬度，將每個開挖段落劃分成4 條展開施工。考慮到各開挖區段淤泥層深和層厚不盡相同，為確保施工質量，必須展開分層控制，將各淤泥層厚度控制在2.0～2.5m 之間。

在開挖基槽的過程中，因受潮汐、通航等因素的影響，出現超欠挖的可能性較大，挖泥船實際工作狀態也與設計要求存在一定差別；基槽縱坡開挖結果也可能與預期效果不同。為此，必須展開基槽開挖過程、開挖深度等的實時監控，傳統的聲吶測距儀檢測設備無法對開挖過程展開動態化測量，對超欠挖等情況控制效果相當一般。故該港航工程基槽開挖期間主要在挖泥船底部安裝水下地形掃描儀，在每次開挖深度達到10nm 時，便展開1 次深度量測，并以聲吶為基準校調點，實現對基槽開挖過程的實時監控與精準管控。

3.4 港池疏浚

為降低港池疏浚施工期間的噪聲及對通航的不利影響，主要采用6m3抓斗挖泥船流水開挖（圖1）；通過300～600m3泥駁運輸疏浚土，運抵航道以東約600m 處的綜合客運碼頭吹填。在綜合分析擬施工航道地質資料及鉆探結果的基礎上得知，該港航工程擬施工區域巖區挖槽長度較短，孤石淺灘區多，為保證巖石集中區破巖結果滿足設計深度，必須對相關巖層展開絞吸以分層分條；待巖石達到絞碎狀態，通過排泥管吹至航道外二次清理。對于孤立巖石淺區，應通過絞吸船或抓斗船粉碎巖石。

圖1 6m3 抓斗挖泥船就位示意圖

該航道24+0～26+7 段存在砂脊，疏浚前最淺水深為-9.8m，這種地形上的突變增大了疏浚開挖難度。為降低滿載挖泥船觸底風險，應通過絞吸船對該區域內砂脊展開分層開挖，將其調整至合適深度。

該航道工程港池疏浚期間，投入1 艘6m3抓斗式挖泥船，并配備自航式泥駁展開港池疏浚。在操耙手的控制下，抓斗船在空中展開空斗并放線，借助抓斗自重切入泥層，并加強切入深度控制；此后將泥斗閉合，待裝滿疏浚土的泥斗提升出水面后轉動斗臂、移動至泥駁上方，開斗卸泥；抓斗卸空后反轉斗臂，將空斗拋入開挖區。

疏浚開挖區按照施工范圍分區、分條、分層開挖。根據抓斗挖泥船拋錨長度將港池區劃分成若干施工區域，每個區域約100m 長；根據挖泥船清挖寬度，順航道軸線分條，并按照挖泥船每次可挖寬度確定每條挖槽寬度；每層開挖厚度按照1.0～2.0m 確定，直至開挖至設計標高；相鄰分區及分條間按1.0～2.0m 寬度搭接，避免發生漏挖。

抓斗挖泥船挖泥清淤期間必須拋出4 具錨，船艏拋八字錨，拋錨方向和挖槽間形成35～45°夾角；船艉拋交叉錨，以控制船艉橫向移動[3]。挖泥船定位過程中應加強抓斗間距控制，扇形開挖時，相鄰兩次下斗應重疊1/4～1/3 抓斗寬度。開挖過程中，應從外向內分條開挖，避免出現超欠挖，以控制港池疏浚質量。

4 結論

綜上所述，基槽開挖和港池疏浚是港航工程建設施工中兩項關鍵內容，對航道建設進度及工程質量影響較大，并能為港航工程建設施工提供可靠的水下管道填埋條件，避免過度損傷航道生態環境。挖泥船底部安裝水下地形掃描儀以及DGPS 定位儀及相關測量技術、軟件應用于該港航工程后，有效彌補了傳統聲吶測距儀檢測設備無法對開挖過程展開動態化測量的缺陷，測量過程更加簡化，測量結果精確度顯著提升，為航道基槽開挖和疏浚提供了可靠保證。