絞吸式挖泥船在河道清淤工程中的應用

褚曉偉

太原市市政工程設計研究院 山西 太原 030000

河道清淤是保障河道暢通、改善河道水質的重要途徑，河道清淤的工程量大，絞吸式挖泥船因具有高效、靈活等優勢而在河道清淤中取得廣泛的應用，采用絞吸式挖泥船進行河道清淤時涉及到諸多技術要點，因此下文結合某河道工程實例，分析絞吸式挖泥船在河道清淤中的應用方法，以供參考。

1 工程概況

某河道全長4.30km，總面積56.4hm2，為U型啞河。根據城區水資源供應情況，從河道中取水，為開發區及縣城供水。但由于上游來水的限制，加之河岸兩側居民亂排亂放生活垃圾、污廢水等，導致河道出現淤積，河床演變關系發生改變，影響供水安全?；诖?，擬根據河道現狀采取清淤改造措施，保障水廠供水安全。

2 地形地貌及地層特性

2.1 地形地貌

場地為原始地貌（流水地貌），土層變化幅度不大。

2.2 地層特性

根據現場勘查資料，按自上而下的順序分析各層的特征（①～④表示地層序號），具體如下：

①河道水深：河道水位深度。

②淤泥質粉質粘土(Q1)：湖泊淤積而成，飽和、流塑，褐色，含少量的生活垃圾和植物根系，略有腐臭味。

③砂礫(Q a l+p 1)：主要成分為石英，泥質含量為15%～25%，礫石含量約20%～40%，填充物為中、粗砂，呈圓-亞圓形，交錯排列，松散～稍密，飽和，褐黃色，粒徑以2mm～10mm居多，少部分達到20mm。

④圓礫(Q a l+p 1)：主要成分為石英，泥質含量為8%～15%，礫石含量約50%～65%，填充物為中、粗砂，呈圓-亞圓形，交錯排列，松散～中密，飽和，褐黃色，粒徑以2mm～10mm居多，少部分達到30mm。

3 河道清淤工程實施要點

3.1 清淤范圍及長度

綜合考慮水廠取水頭位置、現狀河道淤積面積等，將河道上堵口至A橋之間的河道作為清淤對象，清淤長度為1800m，清淤寬度為現狀河道兩岸堤腳外移10m，即70m～120m不等，確保河道清淤施工不影響河道兩岸堤腳。清淤中線位于原河道河床深弘位置，以清理現狀河道內砂礫和淤泥質粉質粘土為主，清淤面積共計154253.2m2，經過清淤后適當增加河道現有需水量，改善河道水資源質量，提升水體自凈能力[1]。根據水下測量成果，采用南方CASS軟件計算河道清淤量，清挖深度為26.0m（黃海高程），清挖方量約14.7萬m3。

3.2 圍堰的設置

清淤河道的東側區域為生態公園，河道位于取水河道內，清淤期間，清淤場地的周邊正進行環湖道路、綠化景觀等基礎設施建設，因此必須縮小河道清淤產生的影響范圍，以免因河道清淤而影響現有水廠取水及周邊環境，且不可由于清淤而引起水廠水源受污染的情況。根據河道清淤的防護要求，擬在A大橋上游100m處設置圍堰，即沿河道橫向設置兩排拉森鋼板樁，中間設型鋼和管支撐體系，構成長度為130m的鋼板樁圍堰。樁底部高程為18.5m，頂部高程為30.5m，分別在27.5m和29.5m處各設一道橫向圍檁用于加固。

4 絞吸式挖泥船在河道清淤中的應用要點

河道清淤采用200m3／h的絞吸式挖泥船，排泥管徑為400mm，通過旋轉鉸刀裝置切割和攪動河底泥沙，利用泵力將絞起的泥沙物料經由吸泥管輸送至排泥場，完成河道清淤作業。絞吸式挖泥船兼具挖泥、運泥和卸泥多種功能，運行穩定，可連續完成各項工作，屬于應用效果好、效率高的河道清淤設備，如圖1所示。

圖1 絞吸式挖泥船示意圖

4.1 清淤工藝流程及具體要點

清淤工藝流程：測量放樣→圍堰施工→管線安裝→設備就位→挖泥、吹填→棄土場排水固結→淤泥外運。

（1）清淤的準備工作

根據河道清淤的測量要求準備高精度的測量設備，由計量單位檢定，確認無誤才可投入使用。全面復查各測量基點，若數據不一致，及時告知監理單位，進行調整，若復測后精度達標，則對清淤范圍內的地形進行掃床，對比分析所得結果與設計圖紙，若有差異也需及時與設計單位和監理單位取得聯系。在清淤范圍內設置浮標，清晰地界定河道清淤范圍，根據清淤要求對清淤區域進行分塊，在各部位設置有反光效果的警示浮標，由絞吸式挖泥船在此區域作業，禁止其它船舶進入清淤現場[2]。

在樁號K10+140處設置集水箱式排水溝，避免土方流失，提升河道清淤的環保水平。根據吹填情況安裝擋水板，并用壁厚為10mm的鋼板卷制成直徑為1m的排水管，提供充足的空間以便淤土沉淀。在隔堤位置預留退水口，底標高為+4.58m，采用的是4根φ600mm×10000mm波紋管，確保各回填區的積水可順暢排出。

（2）線安裝

河道清淤范圍內不通航，河內用浮管。先根據河道清淤對管線的要求，將合適規格的管線運輸至現場，按施工布置方案將管線架設到位。

管線安裝要點：在河道護坡位置設置水陸管聯接點，作為基準點，為管線架設提供參照基準，用一節岸管在此處與艏艉特制浮船聯接，形成基準線，連接水上浮管，安裝岸管。在本工程的河道清淤工作中，浮管采用的是排泥鋼管，用螺栓固定在橡膠泡沫浮體處，按10個一組的方式在現場連接浮管，每組浮體長度均控制在6m，由專人在錨艇處作業，方便水上聯結。根據河道的水流及風向條件，按特定的間距依次設置浮筒錨，用錨固定浮管端點，成型的水上浮船排泥管線應具有平順性和完整性，不可出現死彎。

岸管平順、嚴密，無死彎、泄漏問題；考慮到河道清淤施工區域夜間照明要求，在浮管上每間隔50m設置一盞白光環照燈；路線應保持平直，在吹填區邊界線內側鋪設排泥管；在管線相對高處設置呼吸閥，自動排放管道內的空氣，可根據岸上管線的陸地地形變化靈活設置；爬坡、轉彎部位，根據實際布設條件，用彎管和膠管聯結；排泥管高出排泥面0.5m以上，伸出排泥場圍堰坡腳外的距離不少于5m，不沖刷圍堰和堆場邊線；根據連續性的原則沿圍堰布設管線，做到一次到位。

（3）定位

根據高精度定位要求，用DGPS定位設備進行現場定位。在交通艇的配合下，將絞吸式挖泥船行駛至定位處2～30m的位置，即將到達指定位置時逐步放慢航速，使船平穩停止。先測量水深，再設置定位樁，于船首拋設2個邊錨，調整船位直至其位于挖槽中心線起點位置[3]。拋錨由起錨船負責，錨纜與船身縱軸夾角為80°～100°，錨纜長度在疏挖邊線外大于35m。

（4）絞刀開挖

啟動絞車液壓馬達，旋轉絞刀頭，通過切削的方式清理河道水下土方。

（5）泥漿輸送及排棄

絞刀切削后產生淤泥，用離心泵吸取該部分淤泥，經過提升、加壓處理后，借助壓力作用將淤泥經由浮管、岸管輸送，全程高效進行，淤泥不可泄漏。經過輸送作業后，在進泥口區域排棄至排泥場。

（6）出泥口消能措施

出泥口泥漿下瀉時可能產生強烈的沖刷作用，損壞吹填邊界線，為避免此問題，對出泥口采取消能措施，方法是在出水口鋼管上焊接4個φ30cm的喇叭口小鋼管，管口方向朝上，分流并減弱泥漿流出時的沖擊力，此外還在各落水部位設置鋼板，抵御泥漿卸落時產生的沖刷作用。

（7）扇形橫挖、直線前進

絞吸式挖泥船始終以一根樁為主樁，對準挖槽中心線下插至河底，交替收放左右纜，擺動挖泥。根據“扇形橫挖、直線前進”的施工原則，主、副樁交替提升進樁，控制好絞吸式挖泥船的運行路徑，主樁前移的軌跡應始終與挖槽中心線重合，如此一來可以保證絞刀的平面軌跡平行前移，平穩地向前進行作業，以免出現重挖、漏挖的情況。

（8）生產調度

根據實際清淤要求，在絞吸式挖泥船尾部敷設的浮管逐漸減少或增加，以達到減少排距和提高工效的效果。

（9）吹填

根據圍堤推進情況及時吹填，完成一段后采取保護措施。合理布置出水口，有序進行吹填作業。調整泄水管高度、位置和方向，合理調整管線長度和間距，確保設施位置準確。監測吹填高程和平整度，與設計要求對比并采取控制措施。達到設計高度后延長排泥管線，避免后期整平過程的時間和資源浪費。

（10）注意事項

根據絞吸式挖泥船的疏挖寬度，對疏浚區進行分條，相鄰兩處開挖分條的重疊量超過3m，以防漏挖，各分條均與河道方向平行。絞刀深度顯示儀呈現深度信息，水位搖報儀呈現水位信息，在多項信息的指導下分層開挖，各層厚度均控制在0.5m～1m。濃度計可用于監測泥漿輸送濃度，根據本河道清淤要求，應保證不低于10%的含泥量的濃度。同時，根據流量計的顯示數據控制泥漿輸送量。

4.2 排泥區的設置

排泥區共2處，淤泥在此功能區域排水固結后，用挖掘機和自卸車運輸至指定棄土區。

（1）排泥區圍堰施工

施工材料采用吹填區內表層土，開挖、翻曬、晾干后，用于圍堰施工。圍堰頂寬2.5m，高3m，內外坡比1:1.5。在施工排泥區的圍堰前，先用挖掘機清理基礎面，清理范圍包含邊界線超出設計邊線30cm～50cm以及堰體下基面，使基面保持平整、干凈，再進行圍堰施工。

（2）棄土區施工質量控制

考慮到吹填區的平整度控制要求，需用陸上土方機械整平施工場地，并適時更換排泥管出口的位置，向吹填區的各部位均勻排泥，以免因局部排泥、局部未排泥而導致吹填區域缺乏平整性。吹填進度和圍堤施工進度相協調，及時檢測吹填高程并進行控制，將其穩定在同期圍堤頂高程以內。先施工吹填區側坡腳100m范圍，再吹填其它部位，以保證圍堤的穩定性。在回填區內布置高程監控點，及時監控高程并進行控制，確保吹填標高符合設計要求。絞吸式挖泥船清淤結束后，檢驗棄土區吹填質量，檢驗項目、檢驗方法及要求，如表1所示。

表1 棄土區堆填單元質量檢驗項目、方法及要求

（3）退水系統設置

退水系統布置在兩個排泥場邊緣，共2個，包含退水口、退水管道等。退水口門采用溢流豎井加涵管的結構組成方式，通過退水管道將排放的尾水輸送至河道內。退水口井架基礎采用C25混凝土現澆的方法施工成型，平面尺寸為2.6m×2.6m，厚度為0.5m，井架尺寸為220cm×220cm×300cm，立柱采用C25混凝土澆筑，間距為140cm，立柱間設置10cm×8cm的閘門槽，以便在此部位設置擋水閘板。沿立柱高度方向，在立柱間每間隔0.9m設置一處橫撐，提升立柱的穩定性。圍堰內退水涵管采用的是DN800預制鋼筋砼排水管，后接消力池，鋪設DN800HDPE雙壁波紋管作為消力池后的退水管道。

4.3 尾水處理

尾水回流至清淤河段內，以自然沉淀、投藥凈化的方法處理尾水。具體而言，疏浚泥漿中的固體經過自然沉降后基本沉淀，再向水中投藥，進行化學反應，中和污染源，提升水質，并實時監測尾水的水質，各項污染物的含量在許可范圍內后，方可排放。尾水排入河道時，由河道的堵口閘門和水渡河閘壩配合控制，保證排入河道中的水具有良好的水質。

5 河道清淤施工質量控制

5.1 開挖方向的控制

根據流速選擇開挖方向：流速低于0.5m/s時，順流開挖；流速高于0.5m/s時，逆流開挖。從本河道的實地調查情況來看，流速在0.5m/s以內，因此采取的是順流開挖方向。

5.2 開挖方式的控制

刀臂限制了絞吸式挖泥船的開挖半徑，且浮體管道拖動難度較大，宜采取分條依次開挖的施工方法。挖泥船的適宜挖河寬度為25m～30m，河道設計開挖底部寬度為52m～65m，因此按每條挖寬22m的要求劃分為3條進行開挖，每300m長度作為一個單元段，條與條、段與段間的搭接寬度達到2m～3m，避免漏挖，且根據“下超上欠”的方法進行開挖。

5.3 開挖深度的控制

綜合考慮絞刀直徑、開挖斷面土層厚度、一次切土層厚度，合理控制開挖分層厚度。由于在絞吸式挖泥船清淤過程中河道還存在自然回淤現象，因此實際開挖深度在設計值的基礎上增加0.3m，保證足夠的開挖深度，取得良好的開挖效果。安排專人觀測河道上的水池尺，確定當前水位并分析水位變化趨勢，定期校核，及時利用對講機將水位觀測結果告知絞吸式挖泥船操作人員，以便操作人員及時掌握河道的水位變化，根據實際情況靈活優化施工方式，采取控制措施，有效進行河道清淤作業。

6 結語

綜上所述，絞吸式挖泥船是河道清淤中的常用設備，清淤效果良好，效率高，在本文提及的工程中，采用絞吸式挖泥船清理河道淤泥，實踐表明，河道清淤工作順利進行，有效增加了河道的需水量，改善了河道的水質，凈化水源，保障城區飲水安全，綜合應用效果良好，因此本工程采用的絞吸式挖泥船河道清淤技術具有可行性，對類似的河道清淤工程有參考意義。