航道疏浚工程施工工藝技術(shù)性研究

王如城

摘 要：疏浚工程是目前世界各國保障航道安全暢通最常用、最有效的整治措施之一，也是開發(fā)航道、增加和維護(hù)航道尺度的主要手段。目前常用的疏浚設(shè)備有耙吸挖泥船、絞吸挖泥船、射流泵挖泥船、抓斗挖泥船、鏟斗挖泥船等。這些施工工藝各有千秋，在選取的時(shí)候，應(yīng)從工程建設(shè)規(guī)模、現(xiàn)場(chǎng)水域條件、巖土可挖性及施工區(qū)的水文、氣象等綜合因素考慮。為此我們通過一個(gè)工程案例，分析航道疏浚工程中如何科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理地選取施工工藝。

關(guān)鍵詞：航道疏浚 施工工藝 技術(shù)性研究

古代的疏浚方法是人在船（排、筏）上用長柄斗勺挖取水中泥沙，自從18世紀(jì)出現(xiàn)了以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的挖泥船以后，疏浚機(jī)具取得了日新月異的發(fā)展。世界上一些大江大河的中下游和河口區(qū)多采用疏浚維持航道水深。隨著廣東省高等級(jí)航道網(wǎng)的逐步實(shí)施，十二五期間以西江為代表的航道擴(kuò)能升級(jí)工程穩(wěn)步推進(jìn)，為加快我省水運(yùn)事業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。而疏浚工程則是航道擴(kuò)能升級(jí)中的“利劍”，為我省的航道擴(kuò)能升級(jí)工程得以順利實(shí)施創(chuàng)造了有利條件，也為人類利用航道資源，完善水運(yùn)行業(yè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

航道疏浚使用的挖泥船按其工作原理和輸泥方式可分為水力式和機(jī)械式兩大類。一般應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)規(guī)模、建設(shè)要求、現(xiàn)場(chǎng)水域條件、疏浚土質(zhì)、通航環(huán)境等因素進(jìn)行綜合考量后選取?？茖W(xué)、合理的船舶施工工藝既能充分發(fā)揮船舶的性能，又能節(jié)約生產(chǎn)成本、縮短工期，促進(jìn)航道整治效果的不斷提高。

1.工程案例

本工程為廣東省南部沿海地區(qū)某航道，該航道按通航3 0 0 0 t級(jí)海輪標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，航道尺度為6.5m×120m×650m。

本次航道整治工程總里程31㎞，疏浚里程25.8㎞。疏浚設(shè)計(jì)水深7.0m（含0.5m備淤深度）。其中上游段15.8㎞設(shè)計(jì)邊坡1：8，下游銜接出海口段10㎞設(shè)計(jì)邊坡1：10，設(shè)計(jì)疏浚工程量為873.25萬m3，計(jì)算（含超寬超深）工程量為1087.82萬m3，施工期回淤量為888萬m3，計(jì)劃工期為15個(gè)月，綜合運(yùn)距為35.0km。

氣象情況：地處亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫為22.0℃，年均降雨量為1982.7mm；全年平均有28天大風(fēng)日數(shù)（風(fēng)力≥6 級(jí)）；全年10～16個(gè)霧日；年平均雷暴日數(shù)為78.6 天。

水文情況：具有徑流強(qiáng)、潮流弱和徑流年內(nèi)分配不均的兩大特點(diǎn)，汛期徑流量占全年徑流量總量的74～84%。

2.船舶設(shè)備的選取和施工工藝設(shè)計(jì)

2.1 工程特點(diǎn)分析

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，該層主要為淤泥，局部為淤泥質(zhì)土，飽和，流塑～軟塑，局部軟，揭露平均厚度6.70m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N<1擊，巖土分級(jí)為2級(jí)。

本次擴(kuò)能升級(jí)沿現(xiàn)有的1000噸級(jí)航道進(jìn)行拓寬挖深，施工河段具有船舶通航密度大、通航環(huán)境復(fù)雜、疏浚工程量多、工期緊，施工難度大等特點(diǎn)。

2.2 施工船舶選取原則

（1）施工環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)優(yōu)先考慮對(duì)過往船舶影響較小的施工工藝；

（2）本次疏浚工程量大，工期要求緊，應(yīng)充分考慮生產(chǎn)效率較好的船舶；

（3）施工船舶本身應(yīng)具有一定的靈活性，易于避讓過往船舶；

（4）工程位于珠江口一帶風(fēng)浪大，應(yīng)選擇抗風(fēng)浪能力較好的船舶；

（5）本次涉及到航槽和兩側(cè)邊坡不同部位施工，因此應(yīng)充分考慮船機(jī)的性能，采取有效設(shè)備，確保工程質(zhì)量。

2.3 施工設(shè)備的確定

根據(jù)本工程特點(diǎn)，結(jié)合各疏浚施工船機(jī)的適應(yīng)范圍與能力，經(jīng)綜合分析，本工程施工有以下兩種設(shè)備可供選擇：

耙吸挖泥船：具有船舶大、抗風(fēng)能力強(qiáng)，適合于開挖狹長的航道尤其是在水域開闊的海港和河口較長距離的航道作業(yè)。具有自航、自挖、自載和自卸的性能，挖泥作業(yè)中，不需要拋錨，不需要占用大量水域或者封鎖航道，基本上不影響通航。但由于船舶大、吃水深，因而對(duì)施工區(qū)有一定的局限性。

抓斗挖泥船：對(duì)土質(zhì)的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可調(diào)節(jié)斗速來挖掘除巖石之外的各種土質(zhì)，挖槽底部比較平整、挖深誤差較小，容易控制超寬，尤其是對(duì)于航槽邊坡施工特別適宜。其主要缺點(diǎn)是施工中需拋錨及移位太多，伸展范圍大而干擾通航。

施工設(shè)備的確定：河床底質(zhì)以淤泥為主，河道寬度約2 k m，水深在1.4m～6.0m之間，平均挖深約3.5m。耙吸船效率高，綜合單價(jià)要比抓斗船節(jié)約21.3%。因此本項(xiàng)目疏浚主要采用2300 m3自航耙吸挖泥船；由于自航耙吸船對(duì)航槽邊坡適應(yīng)性較差，本次航槽修坡采用8m3抓斗挖泥船配1000 m3泥駁進(jìn)行施工。

2.4施工方法及工藝安排

本次疏浚物全部運(yùn)往35㎞處的中山市某工業(yè)園進(jìn)行吹填。施工主要在潮汐河流中進(jìn)行，疏浚工程宜抓住枯水期進(jìn)行施工。疏浚土主要為淤泥、淤泥質(zhì)土。其施工順序?yàn)槭┕?zhǔn)備→施工放樣→疏浚施工→運(yùn)輸→吹填作業(yè)。具體施工安排如下。

（1）采用2300m3自航耙吸挖泥船開挖，并運(yùn)往棄土區(qū)對(duì)開水域，再由1000 m3/h吹泥船吹填至棄土區(qū)內(nèi)（若耙吸船自帶岸排泥泵的可直接由耙吸船吹填至棄土區(qū)內(nèi)）。

（2）航槽邊坡的修坡挖泥采用8 m3抓斗船開挖，由1000 m3泥駁運(yùn)至棄土區(qū)對(duì)開水域，再由1000 m3/h吹泥船吹填至棄土區(qū)內(nèi)。

3.分析船舶施工的生產(chǎn)指標(biāo)和效率

3.1 施工船舶的時(shí)間利用率

影響船舶時(shí)間利用率的因素主要為自然條件與施工干擾。自然條件為風(fēng)、大霧、潮汐三個(gè)方面：地處珠江口，全年平均有28天大風(fēng)日數(shù)（風(fēng)力≥6 級(jí)）；年均霧日13天，對(duì)工程實(shí)施有影響的大霧日約8天；該河段具有徑流強(qiáng)、潮流弱的特點(diǎn)，不宜在每年的6～9月洪山季節(jié)施工；施工干擾方面：本次沿原1000噸級(jí)航道進(jìn)行擴(kuò)寬挖深，因此過往船舶是影響本次施工的主要因素。

結(jié)合工程實(shí)際情況，經(jīng)計(jì)算得2300m3自航耙吸挖泥船在 1 級(jí)工況下實(shí)踐利用率為 70%，單日工時(shí)16.8小時(shí)；抓斗挖泥船最高工況為7級(jí)，時(shí)間利用率 60%，工時(shí) 14.4 小時(shí)。

3.2 挖泥船生產(chǎn)效率的影響因素

疏浚設(shè)備的生產(chǎn)效率跟設(shè)備性能、疏浚土質(zhì)、工程具體要求和施工河段的自然條件息息相關(guān)?，F(xiàn)場(chǎng)施工的條件和土質(zhì)直接關(guān)系到疏浚設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小時(shí)生產(chǎn)率，本次疏浚土質(zhì)以淤泥質(zhì)土為主，則耙吸船挖泥的航速可控制在2～6㎞/h之間。此外泥艙容量、調(diào)頭時(shí)間、循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等均會(huì)對(duì)生產(chǎn)率造成一定的影響。

根據(jù)產(chǎn)量估算公式進(jìn)行計(jì)算，單艘2300m3自航耙吸船的月生產(chǎn)效率為11.5萬m3/月，8m3抓斗船的生產(chǎn)效率為400m3/h。結(jié)合疏浚工程量、工程所在區(qū)域的自然環(huán)境、通航情況等因素，計(jì)劃工期為15個(gè)月。

4.施工方法及工藝流程

結(jié)合工程特點(diǎn)，本項(xiàng)目施工順序宜從下游往上游疏浚。其中航道槽底由耙吸船開挖，航道邊坡由抓斗船、耙吸船結(jié)合開挖，后期掃淺由耙吸船承擔(dān)施工任務(wù)。

耙吸挖泥船采用裝艙法施工，根據(jù)各施工段的開挖層厚和開挖長度，采用分段、分層及往返挖泥相結(jié)合的施工工藝；抓斗挖泥船采用分條、分段、分層的施工工藝，施工時(shí)船前后布八字錨或采用鋼樁定們，通過調(diào)整錨鏈或鋼樁臺(tái)車來移動(dòng)船體，自航泥駁靠于抓斗船旁，挖出的泥土卸放靠在一旁的泥駁艙內(nèi)，泥駁裝滿后啟航運(yùn)至吹泥船施工區(qū)域。

5.結(jié)語

總的來說，航道疏浚涉及范圍廣，工期較長，影響因素較多，在選取施工工藝時(shí)，不宜機(jī)械式套取某種施工工藝。應(yīng)結(jié)合工程規(guī)模、施工區(qū)域環(huán)境等進(jìn)行綜合考慮，科學(xué)合理的施工設(shè)備及工藝對(duì)工程質(zhì)量和效率均有重要作用。

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