施橋船閘至長江口門段航道疏浚適用船型研究

楊 輝，鄔德宇，郭揚揚，金 鳳

(1.江蘇省船舶設(shè)計研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.中交天津航道局有限公司，天津 300042；3.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

0 引言

疏浚工程的安全、效率受到施工船型的影響，選取合適的施工船型，可有效減少成本、壓縮工期、提高工程質(zhì)量。疏浚船舶及工藝原則上屬于非標(biāo)設(shè)備，不同的工況條件要使用不同的挖泥機(jī)具。因此，疏浚船舶的選擇要根據(jù)工程施工條件和要求，結(jié)合技術(shù)、工效、經(jīng)濟(jì)等多方面因素綜合比較確定。

彭建軍等針對嘉興市穆湖溪、蘇州塘河道疏浚工程進(jìn)行了挖泥船的選型，根據(jù)被挖掘土壤的種類和性質(zhì)、挖槽尺度和排泥方法、疏浚工程量和工作時間、挖泥船的性能這4個主要因素，分析了各類挖泥船對該疏浚工程逐項因素的適應(yīng)性。黃進(jìn)華等結(jié)合湖南省內(nèi)湖區(qū)和溝渠清淤施工條件和要求，對機(jī)械清淤和水力清淤這2種方式進(jìn)行了比較，給出了各類挖泥船對疏浚巖土的可挖性參考范圍。呂擁軍等分析了各種挖泥船的優(yōu)缺點，針對黃孝河明渠特點，分段選擇了適宜的挖泥船。劉玲等結(jié)合小清河主城區(qū)段河道情況，將清淤工作的整個過程分成清挖、輸送、脫水3個主要環(huán)節(jié)，分環(huán)節(jié)列表比較后再進(jìn)行了優(yōu)化組合?？梢?，各疏浚地區(qū)的施工條件有其特殊性，具有不同的施工條件和要求?，F(xiàn)有挖泥船及疏浚方式多種多樣，需要對傳統(tǒng)的疏浚技術(shù)進(jìn)行因地制宜的研究，并通過綜合比選才能選取合適的施工設(shè)備。另外，目前關(guān)于適用船型選擇的方法多采用定性分析，而定量分析較少。由于通過具體的數(shù)值計算方法更為直觀和可靠，因此應(yīng)提高該方面的分析論證。

本文針對施橋船閘至長江口門段航道疏浚工程開展適宜船型研究，分析該段航道疏浚工程特點、疏浚要求及內(nèi)河常見船型的優(yōu)缺點，形成該航段疏浚船型選擇的主要影響因素，采用數(shù)值評分法綜合評價各船型的適用性，最終得出該航段適宜的挖泥船船型方案。

1 航道疏浚工程概況

京杭運河施橋船閘至長江口門段航道整治工程是京杭運河蘇北段唯一一段未實施整治的航段，該工程的實施將有助于揚州市建設(shè)綠色現(xiàn)代航運示范區(qū)和推進(jìn)大運河文化帶建設(shè)。該工程位于長江和運河2條黃金水道的交匯點，總長5.37 km，按Ⅱ級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計最大船舶等級為2 000噸級，航道底寬不小于70 m，航道水深不小于4.0 m，最大泥層厚度約4.0 m，疏浚土方共計1 095 209 m。

工程設(shè)計特征水位為常水位2.70 m，設(shè)計最高通航水位6.83 m，設(shè)計最低通航水位0.23 m。

該航段屬沖積地段，河床地質(zhì)土層由上而下為：①素填土；②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；③粉質(zhì)黏土；④粉砂夾粉土；⑤粉質(zhì)黏土；⑥粉砂夾粉土；⑦粉砂。

2 航道疏浚特點與需求分析

2.1 邊通航邊施工

施橋船閘至長江口門段航道通航船舶較多，交通繁忙，還有大型船隊通過，施工期須保證正常通航。特別是在枯水期進(jìn)行水下土方開挖期間，水位較低，通航水域變小，施工船舶與通航船舶間的相互干擾較大，要在施工有序進(jìn)行的同時保障通航安全。

2.2 環(huán)保要求較高

疏浚工程產(chǎn)生的污染主要來自施工對原土層的干擾和棄土區(qū)的回流污水。首先，該段航道沿岸人口密布，景觀較多，不能進(jìn)行破壞性的養(yǎng)護(hù)作業(yè)；其次，環(huán)保性要求較高，要求環(huán)保達(dá)標(biāo)率100%，污染投訴率0，避免疏浚作業(yè)時水體受到二次污染。

2.3 施工質(zhì)量和安全性要求高

疏浚既要去除水底的污染底泥，還要避免超挖、漏挖，減少廢方，不能破壞原生土壤，不影響水生生物及水體的自凈能力。另外，該航段沿線多為老舊的漿砌塊石護(hù)岸，且存在破損；兩岸房屋較多，甚至有一些房屋臨河而建；沿線有12個碼頭，其中10個碼頭前沿線距離航道中心線較近。如果在護(hù)岸、碼頭等建筑物附近的邊坡開挖，稍有不慎，會危及到建筑物的安全。因此在施工中應(yīng)選取適宜的疏浚設(shè)備，保障施工質(zhì)量，降低老舊邊坡?lián)p毀風(fēng)險。

2.4 施工效率要求較高

施工航道船運繁忙，如夜間施工勢必會造成施工及船舶航行的安全風(fēng)險大幅度上升，因此水下疏浚不考慮夜間施工。在有限的工期范圍內(nèi)施工，并考慮施橋船閘至長江口門段航道疏浚工程的示范性，都要求疏浚設(shè)備較為先進(jìn)，即：具有較高的自動化程度，能夠連續(xù)施工，疏浚速度快、效率高，以滿足工程需求。

2.5 施工期水位高且受潮水影響

由于工程位于京杭運河長江口門段，施工期間區(qū)段水位較高且受長江潮水的影響較大，水位日間起伏變化大，給疏浚施工帶來很大挑戰(zhàn)。

2.6 棄泥區(qū)較遠(yuǎn)

經(jīng)調(diào)查，項目選定2處指定棄泥區(qū)：一處位于六圩口門上游2 km處，可拋泥55萬m；另一處位于六圩口門下游20 km處，可拋泥60萬m，基本滿足土方拋泥要求。

3 現(xiàn)有內(nèi)河疏浚船型優(yōu)缺點分析

目前常見的內(nèi)河疏浚船舶主要有絞吸式、斗輪式、抓斗式、鏈斗式、鏟斗式和噴射式挖泥船等，這幾種挖泥船的優(yōu)缺點及適用性見表1。輸送泥漿的方式主要有管道輸送和泥駁輸送2種方式：管道輸送一般不會使泥土散落造成污染，而泥駁輸送存在一定的污染性。

表1 內(nèi)河疏浚挖泥船的優(yōu)缺點及適用性

4 船型選擇

4.1 主要影響因素

根據(jù)施橋船閘至長江口門段航道疏浚工程的基本情況及疏浚需求、各類挖泥船的適用范圍，得到影響挖泥船選擇的主要因素包括：工程特征(土質(zhì)、挖槽尺度、疏浚工程量)、工程需求(經(jīng)濟(jì)、通航、環(huán)保、施工質(zhì)量、工作時間)等方面。

4.2 船型方案評分

分析不同挖泥船的生產(chǎn)性能對各項影響因素的適應(yīng)性，若挖泥船性能完全適合該項工作條件，則得3分；基本可以使用的，得2分；勉強(qiáng)使用的，則得1分；不能使用的，則得0分。如此逐項因素進(jìn)行比較評分，則可得出挖泥船的最優(yōu)選擇方案。各類挖泥船對疏浚工程逐項因素的適應(yīng)性評分見表2。

表2 施橋船閘至長江口門段航道疏浚工程不同挖泥船適應(yīng)性評分表

由表2可知：噴射式挖泥船分值最高。斗輪式挖泥船不適合松軟淤泥、厚度較薄底泥的開挖；抓斗式挖泥船、鏈斗式挖泥船等斗式挖泥船施工質(zhì)量一般且存在二次污染問題。相對絞級式挖泥船，噴射式挖泥船的開挖斷面更易控制。由于噴射式挖泥船采用水力破土造漿代替絞刀破土造漿，取消了較為復(fù)雜和重量較大的絞刀機(jī)構(gòu)，因此船的重量有所減輕，船的外形尺寸有所縮小，造價和環(huán)保性能更優(yōu)，由此認(rèn)為噴射式挖泥船對施橋船閘至長江口門段航道疏浚較為適宜。

由表1可知，噴射式挖泥船多適用于吸取水下松散淤泥，對其他土質(zhì)淤泥效果一般，而實際工程中土質(zhì)具有多樣性。為此，建議實施時在船體橋架頂端安裝噴射泵的同時，安裝水刀裝置，增加破土能力,使挖泥船既可吸取水下松散淤泥，又可吸取水下普通淤泥，以提高挖泥船對多種土質(zhì)的適用性。

5 結(jié)語

施橋船閘至長江口門段航道疏浚工程按Ⅱ級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。由于航道交通繁忙，沿岸人口密布，水上景觀廣泛分布等，工程施工需要解決施工與通航的干擾、滑坡危險、環(huán)境保護(hù)等多個問題。本文從工程實際出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)行各類內(nèi)河挖泥船的優(yōu)缺點，提出了挖泥機(jī)具選擇的主要影響因素，并采用評分法對各船型方案進(jìn)行定量分析比較，得出噴射式挖泥船對該工程施工較為適宜的結(jié)論，最后針對噴射式挖泥船適用土質(zhì)的局限性給出了改進(jìn)意見。