抓斗挖泥船疏浚技術(shù)的探討

王小鋒

摘 要：文章以實(shí)際工程為例，首先對(duì)工程疏浚的施工難點(diǎn)進(jìn)行分析，然后對(duì)抓斗挖船疏浚技術(shù)進(jìn)行分析探討，最后闡述施工質(zhì)量控制措施，工程施工后疏浚效果達(dá)到預(yù)期要求，可為類(lèi)似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：抓斗挖泥船；鑿巖棒；挖深控制

1 工程概況

該工程位于非洲西岸喀麥隆克里比（Kribi）南部約30km處的莫伯羅（Mboro）村，擬建一個(gè)5萬(wàn)噸級(jí)集裝箱泊位、一個(gè)4萬(wàn)噸級(jí)通用泊位，按一字型布置。疏浚工程包括碼頭基槽、泊位、調(diào)頭圓、航道的疏浚開(kāi)挖，合同工程量約218萬(wàn)方。根據(jù)鉆孔資料，該區(qū)域覆蓋層主要是粘土和粉土構(gòu)成，靠近岸線部分孔可見(jiàn)卵石和砂，覆蓋層標(biāo)貫擊數(shù)較高，大部在20多擊到50擊。

2 工程施工難點(diǎn)

（1）該工程處于開(kāi)敞海域，風(fēng)浪、涌浪大，施工環(huán)境惡劣，每年4～9月份，涌浪影響頻繁，船舶施工受影響夠大，有效施工時(shí)間受其影響有所降低。

（2）施工區(qū)土質(zhì)變化大，對(duì)斗齒磨損較嚴(yán)重，極大降低施工效率。

（3）土質(zhì)復(fù)雜，部分區(qū)域疏浚土質(zhì)為巖石，強(qiáng)度超過(guò)100MPa，200方抓斗無(wú)法直挖，需考慮炸礁。工期緊，施工強(qiáng)度高。

（4）疏浚施工和其它水工施工交叉，節(jié)點(diǎn)工期緊；施工船舶多，需加強(qiáng)協(xié)調(diào)，充分考慮施工干擾，確保安全。

3 施工設(shè)備投入及分析

根據(jù)該工程的地質(zhì)情況和特點(diǎn)，采用抓斗挖泥船疏浚技術(shù)進(jìn)行施工。抓斗挖泥船為機(jī)械式挖泥船，是一種使用抓斗和吊機(jī)進(jìn)行水下挖泥作業(yè)的機(jī)具，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工成本低、施工磨損機(jī)械部件少等優(yōu)點(diǎn)。本工程在進(jìn)行施工時(shí)，投入施工船舶有：18m3抓斗船一艘，200m3大型抓斗船一艘，艙容為1000m3的開(kāi)體自航駁3艘、艙容為2000m3的開(kāi)體自航駁1艘、艙容為3500m3的鏈?zhǔn)侥嚅T(mén)非自航駁1艘，配1艘3900匹馬力的拖輪，及炸礁船、交通艇等共九艘施工船舶。

4 抓斗挖泥船疏浚施工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工工況、土質(zhì)條件和疏浚土處理方式，采用合理配駁方案，保證整體生產(chǎn)效率并確保安全。首先在200方抓大量開(kāi)挖時(shí)充分保證其配駁，在18方抓搶挖航道時(shí)采用讓200方適當(dāng)停工模式，確保海況好時(shí)航道施工。另一方面，考慮施工船具體情況，進(jìn)行適當(dāng)技改，將18方抓斗經(jīng)過(guò)技改，增加下錨施工功能，以增強(qiáng)海況適應(yīng)性，開(kāi)挖航道等防波堤擋不到的地方。

4.1 施工區(qū)域的劃分

（1）疏浚區(qū)域劃分。該疏浚工程采用分區(qū)分段方法施工，根據(jù)工程具體情況將施工區(qū)分為A、B、C、D四個(gè)區(qū)。A區(qū)為進(jìn)港航道，B區(qū)為港池西面392m范圍，C區(qū)為港池中間區(qū)域（30m～369m），D區(qū)包括港池東面30m，泊位、基槽。各施工區(qū)的施工順序?yàn)椋篋-A-B-C。

（2）分層施工。碼頭基槽部分，巖層設(shè)計(jì)標(biāo)高為-17m，非巖層設(shè)計(jì)標(biāo)高為-18.5m。施工分層如下：港池及航道設(shè)計(jì)標(biāo)高為-15m，泊位設(shè)計(jì)標(biāo)高為-16m。

4.2 大型抓斗船施工工藝

采用抓斗挖泥船進(jìn)行挖泥施工時(shí)，其操作流程如下：張開(kāi)空泥斗拋入到開(kāi)挖點(diǎn) → 閉斗切入 → 重斗提升 → 轉(zhuǎn)動(dòng)斗臂使重斗移動(dòng)到泥駁的上方 → 開(kāi)斗卸泥 → 斗臂反向轉(zhuǎn)動(dòng)→將空口拋入到開(kāi)挖點(diǎn)。

該工程施工時(shí)，使用“東祥”及“金建”號(hào)直接利用鋼樁定位，挖泥施工時(shí)不需要拋錨，并對(duì)水域面積占用較小。缺點(diǎn)是抗風(fēng)浪能力差，在施工過(guò)程中需要根據(jù)風(fēng)化巖的寬度和厚度，分層、分條進(jìn)行開(kāi)挖。根據(jù)泥層厚度和土質(zhì)情況確定排斗的間距和順序。

在對(duì)上層泥土進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，由于土質(zhì)較為松散，因此可以開(kāi)挖深度適當(dāng)大一些，該工程施工時(shí)初始開(kāi)挖深度為5m，將分條寬度確定為30m，以保證抓斗重斗率，如圖1所示。分段施工長(zhǎng)度為60m，并在航道中心線的260m的位置設(shè)置挖泥船。第二層的挖掘深度依然定為5m，但是挖掘方法和第一層的挖掘方法有所不同，嚴(yán)格按照分條分段的原則開(kāi)挖施工，一二層使用沉挖，第三層使用定深挖。從里向外排斗，鄰近兩斗距離控制在2m左右，抓斗單位轉(zhuǎn)動(dòng)角度為5°，上一條挖掘完成后進(jìn)行下一條的挖掘時(shí)要保證挖泥船的內(nèi)側(cè)處在分條邊線上，避免出現(xiàn)漏挖的情況，第二層挖到距離設(shè)計(jì)邊線42.4m的位置。在開(kāi)挖邊坡時(shí)依然先進(jìn)行沉挖，然后進(jìn)行深挖，挖掘深度保持在2.4m，超挖和欠挖高度分別為1.5m和1m。第三層開(kāi)挖深度為4m，前兩部開(kāi)挖主要是對(duì)航道兩側(cè)進(jìn)行開(kāi)挖，第三層是對(duì)航道中央進(jìn)行挖掘。進(jìn)行挖掘施工時(shí)，從中央向兩邊進(jìn)行挖 掘，挖掘方法和第二層類(lèi)似，直至挖掘到設(shè)計(jì)邊線64m處。第四層開(kāi)挖深度為3m。分兩層進(jìn)行開(kāi)挖，第一層為沉挖，第二層為定深挖，一直挖掘到設(shè)計(jì)邊線80.5m處。第五層開(kāi)挖為最后一層開(kāi)挖，該層的開(kāi)挖深度為3m，先進(jìn)行定深挖，然后采用平挖的方法進(jìn)行施工，指導(dǎo)挖掘到距離設(shè)計(jì)邊線95m處。使用定深挖的方法進(jìn)行邊坡的開(kāi)挖施工，挖掘深度保持在1.5m，超挖和欠挖的高度分別為0.9m和0.6m。

開(kāi)挖過(guò)程中大型抓斗船“東祥”的200m3斗自重370t，適宜開(kāi)挖硬粘土以下硬度的土質(zhì)。136m3重斗自重400t，斗唇閉合力量最大達(dá)570t，適宜開(kāi)挖堅(jiān)硬粘土及軟巖。106m3重斗自重460t，斗唇閉合力量最大達(dá)988t，適宜開(kāi)挖較硬的巖石（UCS<12.5MPa、RQD<50%），對(duì)UCS 為12.5～30MPa的RQD=0%的巖石也可挖，但效率較低。該工程主要用136斗施工，其顯著特點(diǎn)是長(zhǎng)周期的涌浪對(duì)下鋼樁施工的船舶影響很大。在施工期間鋼樁多次出現(xiàn)問(wèn)題，特別是東祥號(hào)，因涌浪影響層出現(xiàn)尾樁和中樁斷樁的情況，搶修時(shí)間達(dá)到一個(gè)月以上。為了解決無(wú)遮攔海域疏浚問(wèn)題，項(xiàng)目部工程技術(shù)及船機(jī)人員對(duì)金建號(hào)進(jìn)行適當(dāng)改造，改為下錨施工，拖輪山陽(yáng)丸做錨艇配合金建布錨。通過(guò)進(jìn)行改進(jìn)后有效保證了航道和港池喇叭口區(qū)域的施工進(jìn)度。

4.3 鑿巖棒施工

為了提高堅(jiān)硬微風(fēng)化巖的開(kāi)挖效果，使用40t“鑿巖棒”輔助18m3抓斗船“金建”號(hào)進(jìn)行施工，先鑿后抓挖。對(duì)于斗式船直接開(kāi)挖效果不佳的區(qū)域，經(jīng)過(guò)水深測(cè)量后將需要鑿巖的作業(yè)范圍確定出來(lái)，然后按照1.6m的間隔距離布設(shè)等邊三角形鑿擊點(diǎn)，并將鑿擊點(diǎn)信息輸入到DGPS導(dǎo)航電腦上。操作員可以根據(jù)電腦上顯示的位置進(jìn)行下棒鑿擊。在鑿巖作業(yè)前先把“金建號(hào)”的“斗”改為“鑿”，施工方法與抓斗挖泥類(lèi)似，然后駕駛員將“鑿巖棒”提升到一定高度后松開(kāi)離合器，使鑿巖幫自由落下，擊碎巖石，然后使用抓斗船將破碎的巖石挖除。該工程基槽段疏浚采取了多種組合方法鑿巖施工，確?；鄯制诩皶r(shí)交付，保證沉箱安裝，也大大減少水下炸礁的面積，有效節(jié)省成本，提高效率。

5 質(zhì)量控制措施

5.1 平面控制

施工過(guò)程中使用DGPS全球差分定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，操作如下：

（1）檢測(cè)零基線。在已知點(diǎn)上持續(xù)24h接收DGPS信號(hào)，然后使用XYPLOT軟件對(duì)定位精度進(jìn)行分析。

（2）基線檢測(cè)。在覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)已知點(diǎn)上同時(shí)連續(xù)24h接收DPGS信號(hào)，然后使用XYPLOT軟件的對(duì)定位精度進(jìn)行分析。

5.2 挖深控制

施工過(guò)程中，施工船上裝有電子圖形控制系統(tǒng)和HYPACK系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)中輸入施工區(qū)開(kāi)挖斷面參數(shù)，通過(guò)在抓斗上安裝的傳感器將抓斗姿態(tài)反映到計(jì)算機(jī)上，結(jié)合潮位遙報(bào)系統(tǒng)對(duì)潮位進(jìn)行傳送，并對(duì)抓斗下放深度進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到控制深度的目的。

5.3測(cè)量控制

使用配備有 HydroTrac回聲測(cè)深儀專(zhuān)用船只進(jìn)行水深測(cè)量，同時(shí)利用HYPACK MAX軟件對(duì)采集外業(yè)數(shù)據(jù)及處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成圖數(shù)據(jù)后，利用AutoCAD編制圖紙。

6 結(jié)論

綜上所述，喀麥隆克里比深水港在施工過(guò)程中，項(xiàng)目各部門(mén)集思廣益，仔細(xì)分析，并制定切實(shí)可行的實(shí)施方案，為工程順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。施工完成進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)收后證明，完工水深圖和分項(xiàng)工程驗(yàn)收資料通過(guò)業(yè)主審批和認(rèn)可。

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