航道工程中耙吸式挖泥船精挖的施工技術

盧明星 中交廣州航道局有限公司

1.耙吸式挖泥船的特點分析

1.1 耙吸式挖泥船的應用優(yōu)勢

（1）航行性能突出。隨著疏浚設備的改造升級，耙吸式挖泥船的硬件配置水平有所提高，例如在船艏安裝橫向推進器，在此裝置的輔助下，可提升船舶的機動性，以便更好地操縱。

（2）施工效率高。在耙吸式挖泥船的日常運行中，無需拋錨、固定纜索，僅憑借設備自身即可實現(xiàn)自航、自挖、自載、自卸各項動作，能夠在滿足疏浚要求的同時提高施工效率。

（3）經(jīng)濟效益高。由于耙吸式挖泥船性能良好，可高效推進作業(yè)進程，降低成本投入。

1.2 耙吸式挖泥船的不足之處

經(jīng)前述分析，闡述了耙吸式挖泥船的優(yōu)勢，但也需注意到其在應用中的不足之處，例如：若現(xiàn)場存在大顆粒的黏土和砂石，耙吸式挖泥船的運行效率相對較低；在泥沙的挖掘活動中，配套的泥泵存在較強的真空吸力，在此作用下，原本存在于水域中的水將進入泥艙內，導致單次挖泥量下降。

2.自航耙吸式挖泥船RTK無驗潮技術及自動潮位遙報裝置

2.1 工程概況

圖1 設計開挖標準斷面（單位：m)

2.2 RTK無驗潮原理

RTK實時動態(tài)控制系統(tǒng)的精度較高，采用到載波相位動態(tài)實時差分技術，在野外可達到厘米級定位精度。其中，無驗潮水深測量技術具有代表性，在該項技術的應用中，先設基站（岸上）和移動站（船舶上），經(jīng)過測量后，綜合RTK高程數(shù)據(jù)和船舶參數(shù)，基于此類數(shù)據(jù)展開計算，實時確定船舶的高程，再對比分析計算結果與設計高程，判斷兩者的差值，據(jù)此動態(tài)調整下耙深度。

無驗潮數(shù)學模型，如圖2所示。在確定船舶的參數(shù)后，結合測量數(shù)據(jù)計算，明確海水面至GPS接收機高程，進而根據(jù)該項數(shù)據(jù)計算實時的高程數(shù)據(jù)。

圖2 無驗潮數(shù)學模型

具體至現(xiàn)場作業(yè)中，考慮到無氣壓儀的局限性，配套兩臺自動驗潮儀，以此來解決氣壓修正的難題（其中一臺作為氣壓儀使用）。測量中，一臺自動驗潮儀置于水下，用該裝置完成絕對壓力的測定工作，其余一臺則用于測定大氣壓。首先，將兩臺設備均置于空氣中，檢測大氣壓，而后進入各儀器的氣壓值設定界面，進行氣壓值的設定（取實測值）；正式測量時，將驗潮儀分別置于水下、空氣中。經(jīng)過測量后，讀取各儀器的水位文件，做對比分析，將兩個文件中相同時刻的水位一一相減，得到的結果則為各時刻對應的實際水位值（水下儀器的測量值減去作氣壓儀的儀器測量值）。

2.3 無驗潮技術施工布置

利用控制點布設控制網(wǎng)，在臨近施工區(qū)的部位建立基站，在此方式下可有效提升設備的兼容性，以便更好地開展測量工作。移動站布設位置規(guī)劃在駕駛臺外側中間的區(qū)域，之所以做出此選擇，是因為該布設位置下可有效減小傳播擺動對數(shù)據(jù)準確性的影響。

2.4 潮位遙報儀

主要有發(fā)送端和接收端兩部分組成。發(fā)射機是由編碼器、調制器、功放器、電源等構成，編碼器將測得的水位數(shù)值轉變?yōu)樘囟ㄐ问降木幋a，經(jīng)過調制器調制后整形，通過RS-232/RS-485、無線電或CDMA/GPRS由天線把載有水位編碼的調頻信號發(fā)射到空中；接收機是由調諧器、中放器、消噪器、特定碼甄別器、解調器、譯碼器、顯示器、電源等構成，當天線接收的潮位信號經(jīng)過高頻放大后進行混頻放大，然后在直接送入相位鑒頻器，鑒頻器將調制信號進行解調，把水位編碼分離出送至消噪器消噪后，在譯碼器中還原成水位數(shù)值送入顯示器顯示。

2.4.1 潮位自動遙報裝置

結合自動潮位遙報裝置，提出潮位自動補償定深平挖工況實現(xiàn)精挖功能。

潮位補償原理。精挖是在定深平挖功能的基礎上，通過采集潮位遙報儀的潮位數(shù)值信息，自動獲取潮位差數(shù)值進入耙吸船的中心控制器，補償潮位對挖掘深度的影響，實時保持作業(yè)在設定的挖掘標高，去除了人工校正補償?shù)淖鳂I(yè)方式，進一步提高定深平挖精度，實現(xiàn)精挖功能，潮位補償原理見圖3。

柴達木枸杞種植規(guī)模逐年擴大，高品質發(fā)展是關鍵。海西州人民政府副州長楊有智在致辭中說，高品質發(fā)展枸杞產(chǎn)業(yè)具有得天獨厚的優(yōu)勢。一是海西州位于青藏高原西北部，是全球高海拔地區(qū)生物多樣性最集中的地區(qū)，尤其是生長出的枸杞所含黃酮、多糖、氨基酸等有機物質均高于國內其他產(chǎn)區(qū)，是全球最適宜生產(chǎn)有機枸杞的地區(qū)。二是高品質發(fā)展意識提升。目前，通過國際知名認證機構認證的有機枸杞種植基地企業(yè)、專業(yè)合作組織26家，認證面積9.54萬畝，是全國唯一的有機枸杞規(guī)模連片的生產(chǎn)基地。他強調，今后，海西州將按照“一優(yōu)兩高”戰(zhàn)略部署，著力打好“特色農(nóng)牧業(yè)發(fā)展這張牌”，推動柴達木有機枸杞向更高層次發(fā)展。

圖3 潮位補償原理

2.4.2 潮位傳輸

潮位儀水位數(shù)據(jù)，通過壓力傳感器探頭測得水位值，傳入主機與標高值進行運算后輸出潮位值，數(shù)據(jù)通過主機端口上的發(fā)射機向外發(fā)送。潮位遙報接收儀位于耙吸船中心控制器端口，通過解析將其轉換成潮位值傳輸至挖掘控制系統(tǒng)的中心處理器內，構成數(shù)據(jù)傳輸鏈路，使精挖功能實現(xiàn)挖掘全過程精細化控制。

3.耙吸式挖泥船的施工方法

3.1 裝艙(裝艙溢流)施工法

河床或海床有足夠的空間時，可以采用裝艙施工的方法，此時現(xiàn)場環(huán)境能夠有效滿足船舶裝載吃水、調頭等要求，且能夠在現(xiàn)場規(guī)劃拋泥區(qū)。耙吸船配套有推進裝置，在其支持下，能夠使船舶在拖曳耙頭時進行擾松，期間同步應用離心泵，以便向船舶的泥艙內轉入低濃度泥漿，開啟溢流口，同時進行挖泥裝艙和溢流作業(yè)。隨著施工進程的推進，待船舶裝艙量和吃水深度均達到要求后，不再繼續(xù)開挖，調整耙臂和耙頭，駛至提前規(guī)劃好的拋泥區(qū)，在該處卸載泥漿，待船舶恢復空載狀態(tài)后，繼續(xù)返航作業(yè)，按照此方法循環(huán)施工。

3.2 旁通(邊拋)施工

在無需泥艙的條件下即可將泥漿高效輸送至另一側水域或是較遠的水域，得益于無需泥艙的作業(yè)特點，可省略收耙停泵、拋泥工序，作業(yè)內容得以精簡，施工效率相對較高。在航道工程中，旁通(邊拋)施工法又可細分為多種方法，例如：

（1）旁通施工法。耙頭開挖泥沙時，離心泵發(fā)揮出關鍵作用，借助該裝置將泥艙直接吸出，而后排至旁通口外，全程無需將開挖產(chǎn)生的泥漿轉至泥艙內。

（2）邊拋施工法。耙頭開挖泥沙，在離心泵的作用下，使泥沙經(jīng)由輸泥管輸送，經(jīng)過該路徑后排放入水，全程泥漿可直接吸出，無需進入泥艙內。

3.3 耙吸船吹填施工法

在吹填法的應用中，采用耙吸式挖泥船及相關配套設備，共同對挖掘產(chǎn)生的泥漿做吹填處理。常見的吹填形式，如下：

（1）直接接岸管吹填。耙吸式挖泥船靠岸，將其中的輸泥管連接至岸管（設置在碼頭上），開始對特定的區(qū)域做吹填施工。直接接岸吹填的施工時間應得到有效的控制，不可過長，否則風浪、水流等環(huán)境因素易對正常吹填造成影響，此外還需確保碼頭前沿水域有足夠的水深。

（2）接岸浮管吹填。基本思路與前述的直接接岸管吹填相似，有所區(qū)別的是耙吸式挖泥船無需靠岸，直接在水上浮管的作用下連接輸泥管和設置在碼頭上的岸管，即便作業(yè)現(xiàn)場距離岸邊較遠，接岸浮管吹填的方法也依然具有可行性，即在調整好水上浮管的長度后，能夠將現(xiàn)場挖掘產(chǎn)生的泥漿及時輸送，因此該方法對現(xiàn)場環(huán)境具有更強的適應性，有利于疏浚作業(yè)的便捷化開展。

（3）虹噴吹填。無需接岸管或設置水上浮管，是一種明顯區(qū)別于直接接岸管吹填、接岸浮管吹填的方法，作業(yè)思路是在輸送管上接一段漸縮管，耙吸式挖泥船開挖期間產(chǎn)生的泥漿將經(jīng)由船舶前端的斜上方噴出，正常狀況下的吹距可達到30～50m，具體因海底海水流動方向、吹填材料的差異化而有所不同。若吹填區(qū)的前端水深較大且有洋流町，可優(yōu)先考慮噴射吹填的作業(yè)方法，以便將吹填土直接送至特定的區(qū)域。

4.大型自航耙吸挖泥船精挖技術及管理措施

4.1 設備配套與施工思路

（1）施工現(xiàn)場的疏浚土質以淤泥為主，局部為細砂混貝殼，根據(jù)該土質特性，采用的是帶高壓沖水功能的沖刷耙頭，用該設施完成淤泥的開挖作業(yè)。耙齒有平齒和尖齒兩類，具體根據(jù)實際施工狀況做靈活的匹配，例如開挖進入收尾階段時，可以采用平齒，耙齒密度增加1倍，以前后交錯的方式排列耙齒，此配置方式下能夠較好地避免壟、溝的產(chǎn)生，經(jīng)過作業(yè)后產(chǎn)生的疏?；郾砻婢哂凶銐虻钠秸浴?/p>

（2）疏浚區(qū)泥層開挖厚度1.0～2.0m，泥層普遍較薄，為保證開挖的有效性，適當提高下耙精度，妥善規(guī)劃疏浚方式，隨著航道工程標段疏浚作業(yè)順利開展，廢方量減少，施工質量得到保證，施工效率大幅提高，進而有助于提高項目的經(jīng)濟效益。

4.2 多波速測量控制

多波速測深系統(tǒng)具有精度高、覆蓋范圍廣的特點，是現(xiàn)階段水底地形勘測中的主流設備，通過此設備的應用，可較為準確地探測水域的海底地形，實際應用中可解決傳統(tǒng)單波速水深測量方式單一的問題。多波速測深系統(tǒng)的測量覆蓋范圍較廣，通?？蛇_到水深的4～10倍，且從測量效率的角度來看也有較大幅度的提升。

4.3 結合多波速測量掌握實時施工情況

以水深測量圖紙為準，進行分層、分條的方法有序施工，其中嚴格控制泥層的厚度和施工區(qū)的寬度，針對泥層厚度缺乏均勻性、有異常起伏的現(xiàn)象，及時調整參數(shù)控制，以保證施工的有效性。疏浚時，應注重下耙深度的合理性，以免影響挖深。綜合考慮船舶性能和設計斷面的情況，富有秩序性地逐層開挖，同時加強檢測與控制，確保疏浚后有足夠的平整度。疏浚全程均貫徹精細化的作業(yè)理念，確保經(jīng)過處理后的工程質量達到要求，以便順利通過驗收，為航道工程其它工作的開展打下良好的基礎。

5.結語

經(jīng)本文分析后，做如下總結：

1）RTK技術兼具精度高、作業(yè)距離遠、穩(wěn)定性較好、勞動強度小等多項優(yōu)勢，結合潮位遙報儀合理的應用對于提高耙吸式挖泥船挖掘精度有著重要的作用，在類似的航道工程中，技術人員可靈活采用該項技術。

2）妥善應用多波束測深系統(tǒng)，其能夠提高施工階段的檢測效率，保證作業(yè)精度，給后續(xù)工作的開展創(chuàng)設良好的基礎。

3）在項目統(tǒng)籌規(guī)劃、有序施工之下，耙吸船可提高開挖精度，有效規(guī)避超標疏浚、疏浚深度不足的問題。

4）施工前制定可行性施工方案，可以減少廢方及超挖超寬工程量，一方面保證施工質量，另一方面則由于效率的提高而減低成本投入，取得突出的經(jīng)濟效益。