絞吸船環(huán)保清淤技術(shù)在河道治理中的應(yīng)用

肖波 深圳市茅洲工程管理有限公司

1.引言

近年來(lái)，深圳市茅洲河水質(zhì)黑臭、河道底泥淤積嚴(yán)重，影響了河流供水保障能力與興利效益，削弱了茅洲河的防洪功能，損害了水生態(tài)環(huán)境。對(duì)河道底泥進(jìn)行環(huán)保清淤,消除河道內(nèi)的污染源就顯得迫在眉睫。

2.工程概況

2.1 項(xiàng)目概況

本工程為茅洲河流域水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目的子工程，茅洲河河道清淤及底泥處置工程。主要的清淤范圍包括2 條干支流，分別為茅洲河和沙井河。其中茅洲河干流全長(zhǎng)41.61km，本次清淤河段（白沙坑～河口）長(zhǎng)度約18.06km，茅洲河干流塘下涌～河口段約11.83km，屬于Ⅳ級(jí)通航河道。項(xiàng)目總工程量為清淤及脫水處置332.43萬(wàn)方。

2.2 項(xiàng)目任務(wù)及目標(biāo)

本工程任務(wù)包括以下2個(gè)方面：

（1）為了寶安區(qū)流域兩側(cè)河道截污管網(wǎng)建成后，水質(zhì)達(dá)到國(guó)家“水十條”和深圳市“水十條”的考核目標(biāo)，必須對(duì)河道底泥進(jìn)行清淤。

（2）清淤后底泥含水率高、流動(dòng)性大，可能對(duì)周邊環(huán)境造成二次影響，需進(jìn)行底泥處理。

工程建設(shè)的目標(biāo)包括以下2點(diǎn)：

（1）采用先進(jìn)環(huán)保的清淤技術(shù)疏浚河道，消除河道“發(fā)黑發(fā)臭”的問(wèn)題。

（2）底泥處理后物理力學(xué)參數(shù)較好、環(huán)保指標(biāo)基本滿(mǎn)足要求，做到底泥“穩(wěn)定化、無(wú)害化、減量化、資源化”處理。

3.工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

3.1 工程特點(diǎn)分析

（1）本工程時(shí)間緊、任務(wù)重，車(chē)輛運(yùn)輸與船舶運(yùn)輸同時(shí)進(jìn)行，且與深莞兩側(cè)防洪清淤存在交叉作業(yè)，合理安排施工時(shí)序，及時(shí)調(diào)度人員及設(shè)備，按時(shí)保效地完成清淤任務(wù)是本段施工的重中之重。

（2）本項(xiàng)目清淤工程河道里程長(zhǎng)，施工影響范圍較大，本工程如需順利實(shí)施，對(duì)外協(xié)調(diào)關(guān)系是關(guān)鍵因素之一。

（3）由于工序上的限制，河道內(nèi)機(jī)械清淤，施工作業(yè)面難以全線展開(kāi)，工程作業(yè)點(diǎn)多、線長(zhǎng)。施工強(qiáng)度大，要在相應(yīng)工期內(nèi)完成施工任務(wù)，需短時(shí)間內(nèi)投入機(jī)械設(shè)備、人力、資金數(shù)量相當(dāng)大。

（4）雨季進(jìn)行河道清淤工作，施工期間，既要考慮雨季暴雨匯集的影響，又要考慮大海潮汐漲潮落潮的影響，施工難度大。水上作業(yè)，施工度汛是本工程要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

（5）施工沿線條件較復(fù)雜，河道兩岸地下管線、電纜、燃?xì)夤芫€等鋪設(shè)密集，為保證施工的安全順利進(jìn)行，施工前要對(duì)沿途管線布設(shè)進(jìn)行摸查。

3.2 工程重點(diǎn)難點(diǎn)分析

（1）本工程影響生產(chǎn)因素較多，包含潮汐、風(fēng)浪、雨霧、水位、流速、水下障礙物、船舶避讓及停工檢查等影響因素。其中影響最大最直接的因素為潮汐、通航。

（2）茅洲河和沙井河均屬于趕潮河段，趕潮河段最大的特色就是要考慮潮汐對(duì)施工的影響。潮汐是影響茅洲河和沙井河清淤施工最直接、影響最大、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的因素，影響時(shí)間從工程開(kāi)工持續(xù)到工程完工。

（3）茅洲河和沙井河均屬于Ⅳ級(jí)通航河道，沙井河匯入口至茅洲河河口通航船舶較多，此段施工需保持半幅航道通行，會(huì)減小航道的有效通航寬度，使得航道交通密度變大，絞吸船施工水域與通航船舶發(fā)生交匯，施工側(cè)作業(yè)期間禁止通航，有限的通航空間會(huì)增加施工船舶的避讓工作量和使工作船舶機(jī)動(dòng)性能受到限制。在環(huán)保清淤過(guò)程中需采取相應(yīng)的避讓措施，保證施工船舶及通航船舶的安全，嚴(yán)重降低絞吸船施工的有效工作時(shí)間，僅次于潮汐對(duì)施工的影響，影響持續(xù)時(shí)間也是從工程開(kāi)持續(xù)到工程完工。

（4）本工程淤泥工程量大，開(kāi)挖厚度較薄、面積大，淤泥的場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸和場(chǎng)外轉(zhuǎn)運(yùn)是本工程的施工難點(diǎn)。施工期間的河道回淤量問(wèn)題研究難度極大，極為復(fù)雜。

4.方案比選

4.1 清淤方式比選

常用的挖泥船舶主要有絞吸挖泥船清淤、耙吸式挖泥船清淤、抓斗式挖泥船清淤、水上挖掘機(jī)清淤、水陸兩用攪吸泵清淤，各船型見(jiàn)圖1-圖5。

圖1 絞吸式挖泥船

圖2 耙吸式挖泥船

圖3 抓斗式挖泥船

圖4 水上挖掘機(jī)

圖5 水陸兩用攪吸泵

各個(gè)船型底泥疏浚對(duì)水質(zhì)的影響不一，耙吸船和抓斗船、吸泥泵、挖掘機(jī)等影響大，絞吸船和水陸兩用攪吸泵影響比較小。具體見(jiàn)表1。

表1 各種底泥疏浚對(duì)水質(zhì)影響表

各種清淤船型的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 各種底泥疏浚優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

4.2 淤泥輸送方式比選

4.2.1 泥駁船運(yùn)輸

自航式泥駁的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、吃水淺、載貨量少，可航行于狹窄水道和淺水航道，并且可與多種疏浚方式配合，但對(duì)通航有一定影響。

4.2.2 輸泥管運(yùn)輸

輸泥管輸送方式施工對(duì)周邊環(huán)境影響小、施工效率高?？梢圆捎眉訅罕媒恿Φ姆绞竭M(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?？筛鶕?jù)工程項(xiàng)目實(shí)際情況，選用不同的輸泥管，也可同時(shí)進(jìn)行多條輸泥管線施工。

4.2.3 皮帶機(jī)運(yùn)輸

通過(guò)皮帶機(jī)運(yùn)輸?shù)姆绞骄窒扌员容^大，只能運(yùn)輸短距離的輸送，優(yōu)點(diǎn)是使用靈活，可以移動(dòng)。

4.2.4 自卸汽車(chē)運(yùn)輸

自卸汽車(chē)應(yīng)用較廣泛，但是也受限制，只能在陸上運(yùn)輸。缺點(diǎn)是容易對(duì)道路兩側(cè)的環(huán)境造成污染，需要增加文明施工措施，采用封閉式汽車(chē)運(yùn)輸，并對(duì)汽車(chē)車(chē)輪進(jìn)行清洗，避免輪胎帶泥上路。缺點(diǎn)是長(zhǎng)距離運(yùn)輸費(fèi)用較水上運(yùn)輸高。

5.施工工藝

5.1 施工方案選定

絞吸式挖泥船是普遍應(yīng)用于清淤施工行業(yè)的施工船舶，它配備定位樁臺(tái)車(chē)和錨纜，用以移動(dòng)船位。首先它利用旋轉(zhuǎn)絞刀裝置，對(duì)河底淤泥、泥沙和巖土等進(jìn)行切割和攪動(dòng)，再經(jīng)吸泥管將絞起的泥沙和巖土等物料，借助離心泵和管道輸送至堆積場(chǎng)，它的挖泥、運(yùn)泥和卸泥等工作過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)一次連續(xù)完成，是一種效率高、成本較低的挖泥船。

IHC 1200 型絞吸式挖泥船通過(guò)串聯(lián)接力泵船（采用絞吸式挖泥船）的方法，具有壓力分散的特點(diǎn)，且避免了輸送過(guò)程的二次污染。串聯(lián)施工使得挖泥船和接力泵船（采用絞吸式挖泥船）連成一個(gè)完整的輸送系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)施工采用IHC 1200 型絞吸式挖泥船進(jìn)行挖泥作業(yè)，因IHC1200型絞吸式挖泥船單船最大排距為2km，受排距限制，故通過(guò)串聯(lián)接力泵船（采用絞吸式挖泥船）的方法，以滿(mǎn)足超排距輸送的要求。

本工程在排泥管線中途布設(shè)多艘接力泵船（采用絞吸式挖泥船）進(jìn)行加壓接力輸送。布設(shè)時(shí)采用拖輪牽引接力泵船（采用絞吸式挖泥船）至預(yù)定位置，錨艇在船舶兩側(cè)拋錨定位。排泥管線前后相連，扭力扳手卡緊法蘭卡夾，定位固定及相連后形成與排泥管線的串聯(lián)。

茅洲河干流及沙井河環(huán)保清淤采用絞吸式挖泥船進(jìn)行開(kāi)挖，管道接力輸送，污染底泥經(jīng)管道輸送至底泥處理廠。

5.2 工程重點(diǎn)及難點(diǎn)的應(yīng)對(duì)措施

（1）針對(duì)本工程的特點(diǎn)，采用絞吸式挖泥船+輸泥管的施工方案?？紤]河道清淤工況復(fù)雜，本工程采用絞吸式挖泥船開(kāi)挖底泥通過(guò)輸泥管送至底泥廠的清淤方案。

（2）采用分段環(huán)保清淤，但考慮到茅洲河和沙井河屬于感潮河段，潮汐水位較高，如上游段未清淤完成，下游段已清淤完成，會(huì)造成不可預(yù)估的回淤問(wèn)題，因此嚴(yán)格按照從上游至下游逐段（每段不小于1km）進(jìn)行清淤后聯(lián)合測(cè)量驗(yàn)收工作。

（3）施工協(xié)調(diào)難度大，合理進(jìn)行施工組織，避開(kāi)雨天、臺(tái)風(fēng)天，施工過(guò)程需精心組織，制定詳細(xì)施工進(jìn)度計(jì)劃，協(xié)調(diào)好各個(gè)工序間的組織，提高整個(gè)項(xiàng)目的施工效率。

（4）因航道疏浚的施工水域較長(zhǎng)，茅洲河清淤的淤泥通過(guò)管道輸送距離最長(zhǎng)達(dá)9.8km，而IHC1200型絞吸式挖泥船單船最大排距為2km，受排距限制，故通過(guò)串聯(lián)接力泵船（采用絞吸式挖泥船）的方法，以滿(mǎn)足超排距輸送的要求。

5.3 施工工藝介紹

（1）施工流程。環(huán)保疏浚多泵串聯(lián)施工工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6 環(huán)保疏浚多泵串聯(lián)施工工藝流程

（2）進(jìn)點(diǎn)就位。①首先利用拖輪將絞吸船拖帶至制定施工區(qū)域，利用船舶上的高精度定位系統(tǒng)，進(jìn)行準(zhǔn)確定位，按照電子導(dǎo)航圖標(biāo)識(shí)的航線，到制定挖泥起點(diǎn)進(jìn)行駐位。②各個(gè)船舶定位后，在指定位置放下船上鋼樁，首先將1號(hào)接力泵船定位在最佳位置后，然后依次將相應(yīng)的接力泵船進(jìn)行就位，再將兩端進(jìn)出排泥管進(jìn)行對(duì)接，最后下錨并將船體進(jìn)行固定。③挖泥船進(jìn)點(diǎn)就位后，將自帶水上浮管與絞吸式挖泥船自帶的管線進(jìn)行串聯(lián)對(duì)接。

為確保環(huán)保疏浚多泵串聯(lián)施工的可靠性，本項(xiàng)目調(diào)集多艘公司從荷蘭艾曲麥爾維德有限公司購(gòu)買(mǎi)的I HC 1200 型絞吸式挖泥船，采用多艘同型號(hào)絞吸式挖泥船串聯(lián)施工，施工作業(yè)時(shí)性能穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。

6.施工質(zhì)量控制

6.1 絞吸式挖泥船施工質(zhì)量控制

絞吸式挖泥船可分條、分塊開(kāi)挖。挖掘方式為扇形橫挖法，該方法是以一個(gè)定位樁為擺動(dòng)中心，通過(guò)左、右邊錨配合絞刀橫移擺動(dòng)的方式來(lái)進(jìn)行挖泥。規(guī)范規(guī)定絞吸船分條開(kāi)挖寬度小于等于船長(zhǎng)的1.1倍到1.3倍之間，項(xiàng)目部根據(jù)茅洲河河道斷面寬度，絞吸船船舶性能的參數(shù)，具體確定了分條開(kāi)挖的寬度。為避免漏挖，各分條重疊寬度按不少于2m控制。挖槽寬度和邊線的控制采用GPS定位。為保證設(shè)備工作效率最大化和最優(yōu)的環(huán)保清淤，分層開(kāi)挖厚度為 0.5～0.6m。挖泥船開(kāi)挖深度采用無(wú)線遙報(bào)潮位儀并結(jié)合挖泥船橋架開(kāi)挖深度標(biāo)尺聯(lián)合控制。如圖7所示。

圖7 絞吸挖泥船采用對(duì)稱(chēng)鋼樁橫挖法施工工藝示意圖

圖8 絞吸挖泥船分塊、分條施工及管線布設(shè)示意圖

圖9 茅洲河通航區(qū)域浮管管線敷設(shè)示意圖

絞吸式挖泥船分塊、分條開(kāi)挖施工時(shí)，為保證航道船舶通航安全需預(yù)留足夠的通航寬度，同一分塊航段施工范圍內(nèi)兩側(cè)不能同時(shí)進(jìn)行施工，清淤斷面不同，每塊分條數(shù)目不同，每條單獨(dú)進(jìn)行施工，在一側(cè)施工區(qū)域先依次進(jìn)行1、2條施工，再通過(guò)敷設(shè)潛管在另一側(cè)施工區(qū)域依次進(jìn)行3、4條施工。

6.2 排泥管線布設(shè)質(zhì)量控制

本工程施工區(qū)域處于通航范圍，河道內(nèi)管線較長(zhǎng)，為保證航道通暢，確保管線沿岸邊一側(cè)固定好。水上浮管布設(shè)管線不能過(guò)長(zhǎng)，避免因?yàn)楣芫€過(guò)長(zhǎng)，影響航道正常通航；亦不能過(guò)短，增加管線起錨、移位次數(shù)，降低挖泥船生產(chǎn)時(shí)間。在水上浮管及挖泥船河道清淤施工過(guò)程中，需配備警戒船，以保證施工船舶及運(yùn)營(yíng)船舶安全。

7.結(jié)語(yǔ)

本工程經(jīng)過(guò)實(shí)踐，取得了良好的效果，有效清除了茅洲河和沙井河段清淤范圍內(nèi)污染源。氨氮濃度從2014年的24mg/L降至2mg/L以下，達(dá)到1992年以來(lái)最好水平，獲得環(huán)保部門(mén)高度認(rèn)可。環(huán)保清淤實(shí)施后，茅洲河和沙井河清淤段水體不再黑臭，水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，基本達(dá)到地表Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。河道清淤后經(jīng)有關(guān)部門(mén)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)茅洲河和沙井河清淤段水域已有水草滋生，部分水體發(fā)現(xiàn)沉水植物，魚(yú)蝦成群，水質(zhì)清澈。