港口航道工程淺窄航道耙吸挖泥船技術(shù)應(yīng)用

張羿威

(江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212100)

港口工程較為系統(tǒng)性在項(xiàng)目建設(shè)環(huán)節(jié)需要考慮到港口的吞吐能力，從而提升船舶的通行質(zhì)量。就當(dāng)前現(xiàn)狀分析可知，淺窄航道由于自生環(huán)境問題，在進(jìn)行清理淤泥的過程中通常存在設(shè)備調(diào)遣困難等特點(diǎn)。因此在淺窄航道淤泥處理的過程中，怎樣有效利用自航耙吸式挖泥船是值得重視的一個(gè)問題。但是由于該類型設(shè)備本身的體積較大，且吃水非常深，不能全面的應(yīng)用到淺窄航道區(qū)域，以至于工作難以有效開展。

1 工程施工因素分析

因?yàn)闇\窄航道當(dāng)前的水深比較淺，并不能滿足當(dāng)前的耙吸式挖泥船的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，需要結(jié)合具體的潮位變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)化分節(jié)段改善水深，根據(jù)水深變化來調(diào)整上線位置以及裝艙量。 施工中，必須滿足工程的安全性，了解潮位變化的概率，明確施工標(biāo)準(zhǔn)，確定吃水增減的關(guān)系，做好船底富余水深的控制。在施工環(huán)節(jié)，水域變化不斷擴(kuò)大背景下，要及時(shí)的做好施工方案的優(yōu)化，即安排上線位置的延伸要求。調(diào)整挖槽的深度，促進(jìn)產(chǎn)量的提升。并且保持全天候的正常施工，確保航道可以正常的運(yùn)行，提升港口通航能力[1]。

1.1 航道斷面底高程里程關(guān)系

淺窄航道的主要特點(diǎn)就是浚前部分的水深比較淺，從內(nèi)到外的水深呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，航道斷面底部高程還會(huì)隨著高程增加而增加，其斷面底高層與航道高程關(guān)系可見圖1。

圖1航道斷面水深里程曲線

由于是區(qū)域深度不足，在施工時(shí)會(huì)受到環(huán)境因素影響，因此需要重點(diǎn)觀察潮汐變化，帶大潮時(shí)及時(shí)施工。

1.2 潮位歷時(shí)對航道水深的影響

一般來說，掌握施工區(qū)域的潮汐規(guī)律，結(jié)合水位變化特征合理組好施工部署是淺窄航道疏浚項(xiàng)目開展的重要前提。以某工程項(xiàng)目為例，該工程日潮的周期主要是按照一個(gè)太陽日為周期，也就是在半個(gè)月之內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)高潮期與低潮期。潮位信息在一定的范圍內(nèi)與時(shí)間有密切的聯(lián)系，兩者的關(guān)系圖見圖2。

圖2 潮位歷時(shí)曲線

從這個(gè)方面出發(fā)，綜合分析潮汐變化對施工的影響，根據(jù)潮高尺寸，了解施工節(jié)奏與潮位變化的趨勢。在實(shí)踐環(huán)節(jié)需要對溢流口的高度控制，并且按照需求船下富水深度一定要大于1m，同時(shí)合理的做好工藝部署，組好施工組織安排，這樣才能切實(shí)的將工程效果提升。

1.3 吃水量與排水量分析

一般來說，耙吸挖泥船主要有兩種形式，即是自動(dòng)航行與自載航行，此類設(shè)備在包含傳統(tǒng)船舶功能以外，還具備一定的自動(dòng)化功能。并且還有底部的排泥漿的裝備，從而滿足巷道疏通的標(biāo)準(zhǔn)要求。自航耙吸式挖泥船在運(yùn)行中，通過運(yùn)拋、挖運(yùn)吹等方法，即空載時(shí)進(jìn)入到挖泥區(qū)，在定位之后開啟穿上的離心式泥泵，將耙頭撓松的泥土直接吸入到泥艙內(nèi)，在吸滿之后即可開始起耙，行駛到規(guī)定部位上之后卸載，或者吹填駐船位置上，開啟泥艙底部泥門拋泥或者開啟抽泥艙可以實(shí)現(xiàn)疏浚吹填處理，再次空載運(yùn)行到挖泥區(qū)域，開始下一階段的施工。耙吸式挖泥船在內(nèi)部將原有的溢流部分轉(zhuǎn)化為泥艙結(jié)構(gòu)，提高容量，確保吃水尺寸符合要求，將內(nèi)部的泥漿循環(huán)處理，確保內(nèi)部沉積物能夠疏浚處理。根據(jù)需要調(diào)節(jié)溢流裝置的高度，在持續(xù)性裝載到即將達(dá)到滿載吃水時(shí)，需要降低溢流筒高度，將內(nèi)部泥漿排出，符合裝載要求的情況下，提升艙容物的密度，實(shí)現(xiàn)裝載量的增加[2]。船舶吃水排水量關(guān)系可見圖3。挖泥時(shí)間和吃水關(guān)系圖見圖4表示。

圖4 關(guān)系圖

2 推演分析

耙吸船淺窄航道施工中，確保船舶運(yùn)行安全性合格，但是也要盡量的增大產(chǎn)量，施工范圍有效的擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)工作面的拓展。該方式的核心就是保證船舶富余水深控制，明確具體的船舶上線部位要符合船舶航行挖泥水深的要求，以實(shí)現(xiàn)船舶富余水深的標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，主要是得到如下信息：選擇上線時(shí)刻規(guī)定的邊界條件，在某個(gè)時(shí)刻之下，船舶富余水深根據(jù)下式計(jì)算確定:

Hy=Hc(t)+Hc(xt)-Hs(t)

(1)

式中:Hy表示某時(shí)富水深度(m)；Hc(t)表示實(shí)際斷面水深度(m)；Hs(t)代表吃水深度(m)。

而在時(shí)刻的船位按照下式表示:

x1=x0+v(t-t0)

(2)

式中:xt為當(dāng)前船位；x0代表的是上線位置；v為速度；t為時(shí)間；x0為則表示時(shí)刻(上線)。

總之，通過使用上述的信息曲線圖，可以快速的掌握船舶在某個(gè)時(shí)刻、某個(gè)位置上線后船舶富余水深的預(yù)測值，見圖5，根據(jù)該參數(shù)可以完成現(xiàn)場指導(dǎo)和管控。

圖5 信息曲線圖

在項(xiàng)目開展的過程中，考慮到是現(xiàn)場條件，在作業(yè)面拓寬施工時(shí)，可以通過倒吹的方式或是采用旁排的方式進(jìn)行施工。此外，倘若裝艙條件符合的情況下，則可配合施工組織，做好施工部署，了解施工重點(diǎn)以保證作業(yè)效果滿足工程需要。

3 施工應(yīng)用

3.1 工程概況

某碼頭工程項(xiàng)目，整體疏浚工程量約為290萬m3，該工程線路長度為4.00km，底部寬度為155。邊坡比為1∶5。其中航倉中的總?cè)莘e為1.7萬m3，滿載排水量與吃水深度分別為4.0萬t與10m。因?yàn)檎麄€(gè)施工現(xiàn)場的自然水深比較淺，并不能達(dá)到連續(xù)性施工的要求，因此，在施工中，需要采用空船進(jìn)入、單趟向外挖的作業(yè)方式，結(jié)合潮位變化的情況組織開展施工，滿足水深條件的要求。根據(jù)具體的潮高增減變化以實(shí)現(xiàn)起始段的控制，做好船下富余水深超過1m的部位為安全性合格，達(dá)到工程正常的疏浚標(biāo)準(zhǔn)要求。在前期選取水深符合要求的區(qū)域進(jìn)行施工，且要應(yīng)用最低為9000m3的艙容做好吃水量的控制。

3.2 施工操作要點(diǎn)

其一，檢測航道測圖。在疏浚開始前，對現(xiàn)場進(jìn)行全面調(diào)查和分析，了解當(dāng)前水深參數(shù)，并且結(jié)合不同的要求繪制航道里程與斷面高程關(guān)系曲線。其二，隨時(shí)預(yù)測潮位變化情況。查詢歷史資料，對于潮位變化情況有充分的了解。其三，繪制吃水或載重量變化曲線。通過了解相關(guān)變化曲線，結(jié)合土質(zhì)、地質(zhì)條件變化，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整處理。其四，模擬演算船底富余水深尺寸。通過上述曲線圖可以快速的獲得船舶某個(gè)部位的富余水深測圖，做好現(xiàn)場施工管理和控制。其五，明確航道上線里程。根據(jù)具體的水深模擬計(jì)算分析，考慮到現(xiàn)場的情況，綜合分析船底富余水深在1m以上，所以能夠明確目前的船舶上線里程。其六，上線。在進(jìn)行上線位置確定時(shí)，除了要綜合分析潮位變化外，同時(shí)還應(yīng)該考慮到船舶操控性能，分析現(xiàn)場條件變化，加強(qiáng)潮流控制，防止橫流過大而產(chǎn)生影響。在完成邊坡邊線疏浚工作后，進(jìn)行控制，消除風(fēng)流、耙頭橫向力影響，確保其按照規(guī)定要求行駛[3]。

4 施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

在準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，重點(diǎn)進(jìn)行航道具體的水深尺寸測定，并且由技術(shù)人員繪制航道測圖，結(jié)合水深以判斷里程和高程，繪制變化曲線關(guān)系；結(jié)合現(xiàn)場掌握的歷史潮位數(shù)據(jù)信息，預(yù)測潮位變化的趨勢。在綜合分析了解耙吸式挖泥船吃水、載重等情況下，必須結(jié)合現(xiàn)場地形、淤泥質(zhì)等要素修正曲線，符合現(xiàn)場的情況。獲取足夠的信息后，即可快速的掌握耙吸式挖泥船在某個(gè)時(shí)刻、施工階段的富余水深預(yù)測土，從而模擬分析真實(shí)施工情況，以做好現(xiàn)場施工指導(dǎo)和管理。根據(jù)具體的耙吸式挖泥船富余水深尺寸，分析預(yù)測施工的時(shí)間，保證船底富余水深超過1.0m，從而達(dá)到正常的航行和疏浚施工的要求。

4.2 選擇上線位置

上線位置在確定時(shí)，必須綜合分析潮位變化的情況，還要和耙吸式挖泥船功能、施工現(xiàn)場情況、水深條件、潮流影響等展開分析，從而消除不利影響，提高運(yùn)行的要求。在操控耙吸式挖泥船進(jìn)行邊線邊坡疏浚環(huán)節(jié)，必須做好相互配合與控制，需要抵消耙頭橫向力，才能使得疏浚航線行駛更加順利的進(jìn)行，確保施工可以有效的落實(shí)。

4.3 航行挖泥

針對于一些狹窄航道的區(qū)域來說，耙吸式挖泥船在行駛時(shí)掉頭難度較高，需要根據(jù)退定深度與分層施工方法進(jìn)行，同時(shí)還要考慮到淤泥質(zhì)的要求分層開挖，單層深度為0.3～0.5m之間，逐一開挖不斷的加深施工尺寸。潮位升高變化時(shí)，在淺段部位進(jìn)行施工；潮位下降時(shí)，則在深段進(jìn)行施工，且開挖后的淤泥應(yīng)該排放到指定位置，不會(huì)影響總體施工效果。在具體施工環(huán)節(jié)考慮到作業(yè)區(qū)域的施工要求，可以合理做好閘門與裝艙口調(diào)節(jié)，保證施工水平處于平衡狀態(tài)。

5 質(zhì)量控制

5.1 前期控制

1)選取符合疏浚作業(yè)要求的船只；2)船舶運(yùn)行功能良好，各項(xiàng)儀器數(shù)據(jù)精度合格；3)全面落實(shí)施工階段管控;4)平面控制。平面位置控制：在規(guī)定范圍內(nèi)施工。挖泥船挖泥作業(yè)中，根據(jù)要求使用船載GPS測量，水深參數(shù)應(yīng)用全站儀準(zhǔn)確掌握。為了避免出現(xiàn)漏挖的問題，相鄰條之間重疊 1～2m。準(zhǔn)備符合要求的測量系統(tǒng)與儀器設(shè)備，因?yàn)榇吧习惭b有GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與成圖軟件，通過便攜式計(jì)算機(jī)詳細(xì)記錄和確定，了解各項(xiàng)測量數(shù)據(jù)信息，并且通過軟件自動(dòng)成圖，快速獲得測量結(jié)論，為挖泥船施工提供幫助;5)挖深控制：清挖環(huán)節(jié)，嚴(yán)格落實(shí)下耙深度控制，同時(shí)還要做好下述工作;6)在現(xiàn)場設(shè)置水尺進(jìn)行水位測量；7)挖泥作業(yè)時(shí)，根據(jù)耙頭深度控制，輔助水深測量控制；8)施工環(huán)節(jié)根據(jù)潮位做出調(diào)整，保證挖深符合要求；9)全面落實(shí)檢測工作，避免發(fā)生漏挖的問題。

5.2 中期控制

1)對邊坡的開挖進(jìn)行有效控制。在應(yīng)用耙松挖泥船施工中，管理和控制極為重要，如果疏浚區(qū)泥層厚度較大，工作人員結(jié)合要求開展項(xiàng)目施工。在分層挖泥施工中，組織工作人員對現(xiàn)場的土質(zhì)條件、挖泥船鉸刀性能分析，確定合理的參數(shù)，如果在該環(huán)節(jié)中，遇到硬度較高的泥層，工作人員將分層挖泥厚度設(shè)定為鉸刀直徑的0.5倍左右；如果施工位置土質(zhì)比較松軟，工作人員可以將挖泥單層厚度設(shè)定為鉸刀直徑的2.5倍左右。

2)對挖深進(jìn)行有效控制。在疏浚作業(yè)施工階段，每個(gè)施工船舶都要結(jié)合現(xiàn)場的情況，考慮到施工圖設(shè)計(jì)零點(diǎn)，保證固定水尺的設(shè)定滿足要求，從而滿足現(xiàn)場施工的要求。同時(shí)，工作人員需要在船舶前方不會(huì)發(fā)生碰撞、讀數(shù)方便，保證臨時(shí)水尺符合要求。

3)對挖寬進(jìn)行有效控制。全面落實(shí)開挖寬度的控制，通過視線標(biāo)定的方式達(dá)到準(zhǔn)確性要求，這是極為重要的步驟。在具體的施工環(huán)節(jié)，如果鉸刀開挖到規(guī)定邊線部位上，工作人員還要考慮到具體情況，在船舶駕駛臺(tái)中部位置通過觀看視線標(biāo)志以確定挖槽寬度，達(dá)到施工精度的要求。

6 結(jié)語

1)在本次工程施工中，通過使用耙吸式挖泥船淺窄航道疏浚作業(yè)，通過非滿艙作業(yè)方式，每次開挖的過程中，必須做好吃水深度控制。而這種情況下，必須加強(qiáng)潮位變化規(guī)律的控制，了解影響因素，才可以選擇使用漸進(jìn)式施工的方式；2)分析常規(guī)的往返挖掘作業(yè)的方法，根據(jù)現(xiàn)場施工要求采用進(jìn)退挖泥作業(yè)方式，保證水深條件滿足要求；3)根據(jù)需要將常規(guī)的最大艙量施工，結(jié)合水深做出改進(jìn)，提高船舶作業(yè)安全性，還要做好裝艙量控制；4)按照船底富水深度，在延伸上線處做好管理，保證工作能夠有效開展，從而提升疏浚工程質(zhì)量。