港航工程中疏浚吹填施工技術(shù)的應(yīng)用

劉業(yè)偉，王維

（長(zhǎng)江重慶航道工程局，重慶 400011）

對(duì)于港航工程而言，大部分存在泥沙淤積問題，港口施工后出現(xiàn)的泥沙回淤必須通過疏浚加以解決。在無海岸阻擋的情形下，人工開挖渠道只影響當(dāng)前水域，周圍水域泥沙侵蝕及水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律不會(huì)發(fā)生改變，故當(dāng)前水域會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)淤泥回淤。而有海岸阻擋的情況下，人工開挖渠道對(duì)周圍水域存在較大影響，并會(huì)促使新的沉積條件及水流運(yùn)動(dòng)條件的形成；但沉積物來源區(qū)在水流作用下必定會(huì)發(fā)生倒流和淤積。港航工程港口淤積主要受所運(yùn)輸沉積物的影響，維護(hù)疏浚是港航工程所面臨的必要任務(wù)，在施工前必須確定出合理疏浚吹填施工方法及適宜的傾倒位置，避免港口淤積加劇。

1 工程概況

某港航項(xiàng)目一期工程包括基槽開挖、陸域吹填、航道疏浚、防波堤等內(nèi)容，疏浚吹填是主體。吹填后陸域計(jì)劃形成面積約為298.6×104m2，標(biāo)高位于0.6～6.5m，工程量大。該港航工程吹填區(qū)長(zhǎng)490m，寬410m，設(shè)計(jì)吹填標(biāo)高為4.0m，吹填區(qū)內(nèi)可容納土方量70.9×104m3。結(jié)合工程土方輸送情況，南北護(hù)岸填筑區(qū)倒運(yùn)土方量88.8×104m3，吹填區(qū)無法完全容納疏浚土，為此，將臨時(shí)圍堰向外平移70m，開辟出的區(qū)域用于存放吹填土。將拓展后的全部吹填區(qū)分成面積相當(dāng)?shù)膬刹糠?，分別標(biāo)記為A 區(qū)和B 區(qū)，兩區(qū)分別可容納土方量50.67×104m3和55.49×104m3。A 區(qū)和B 區(qū)吹填施工交替進(jìn)行。兩區(qū)之間增設(shè)頂寬10m、兩側(cè)邊坡坡比均為1:1 的臨時(shí)格堰，內(nèi)側(cè)敷設(shè)6m 寬的土工布，相鄰2 條土工布搭接寬度為1.0m；土工布一端設(shè)置于底腳線內(nèi)側(cè)。為避免吹填區(qū)側(cè)遭遇沖刷，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還應(yīng)設(shè)置單幅寬6m 的400g/m2機(jī)織土工布，相鄰副按1.0m長(zhǎng)度搭接，土工布頂面通過砂袋穩(wěn)壓。

2 施工方案及難點(diǎn)

2.1 施工方案

結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，該港航工程吹填區(qū)主要為黏土、中砂、殘積土及全風(fēng)化片麻巖，層厚位于1.0～3.8m之間。施工開始后，挖泥船按設(shè)計(jì)路線和速度進(jìn)場(chǎng)取砂，筑建起臨建及石料堆場(chǎng)后起到掩護(hù)陸域的效果。設(shè)置碼頭斜坡式護(hù)岸結(jié)構(gòu)，拋石后形成潛水堤身和深水護(hù)腳。基礎(chǔ)分區(qū)段由東南向西北單向拋填，拋填結(jié)束后理坡至1:10，整平后提升加固效果。

2.2 技術(shù)難點(diǎn)

吹填圍堰采用臨時(shí)護(hù)岸和填砂袋相結(jié)合的工法，在充填砂袋施工前，必須在圍堰位置放置格柵，通過強(qiáng)透水性、高保土性聚丙烯編制土工布現(xiàn)場(chǎng)縫制并填充制成砂袋。砂袋袋體充填高度控制在50～70cm 之間，上下兩層砂袋搭接時(shí)，必須按1.5cm 以上的距離錯(cuò)縫搭接，避免因縫隙過大而影響保土效果；同層相鄰砂袋之間搭接寬度應(yīng)在50cm 以上。砂袋圍堰搭建好后，必須及時(shí)展開沉降位移觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)。

與陸上建筑工程相比，港航工程疏浚吹填施工設(shè)備集約化程度高，工程流動(dòng)性大，施工周期長(zhǎng)，吹填管線布置應(yīng)在不影響正常通航及陸域施工的情況下，盡可能增加施工船舶數(shù)量，展開平行施工，提升工效；同時(shí)合理布置挖泥機(jī)出口，避免出水口設(shè)計(jì)不當(dāng)而引發(fā)問題。

3 施工控制要點(diǎn)

3.1 設(shè)備選取

該港航工程疏浚吹填施工采用耙吸挖泥船，施工效率主要取決于地質(zhì)條件、管路特性、泥泵特性。結(jié)合勘察結(jié)果，該航道吹填土為原狀土，根據(jù)泥泵特性曲線，設(shè)備施工工效按確定[1]，其中，W 為耙吸挖泥船生產(chǎn)能力（m3/h）；Q 為泥泵管路流量（m3/h）；r為泥漿濃度均值。綜合考慮排泥管線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度、船舶運(yùn)行狀態(tài)等方面，該工程配備8 寸耙吸挖泥船，泥泵設(shè)計(jì)流量1000m3/h，泥漿濃度均值取30%。據(jù)此可以得到耙吸挖泥船生產(chǎn)能力為300m3/h，每月理論生產(chǎn)能力可以達(dá)到30.16×104m3；為完成任務(wù)，實(shí)際需耗時(shí)4.5 個(gè)月。在加強(qiáng)施工組織管理的基礎(chǔ)上，有望提前完成疏浚吹填施工任務(wù)。

耙吸式挖泥船由泥艙、排泥管、耙頭提升架、波浪補(bǔ)償器、推進(jìn)器、耙頭起落鋼纜、吸泥管、橡膠軟管、泥門等部分組成，其工作原理見圖1。挖泥疏浚過程中各道工序基本由挖泥船單獨(dú)完成，可實(shí)現(xiàn)自航、自挖、自載、自卸；開挖清淤期間占用水域面積小，無需封鎖航道，對(duì)通航影響小。但是存在較大的超挖可能，必須加強(qiáng)控制。

圖1 耙吸式挖泥船工作原理

3.2 管線架設(shè)

該港航工程排砂管線采用6.0m 長(zhǎng)的Ф600mm 鋼管，并通過法蘭螺栓連接。對(duì)于因緊密性不足而漏水的連接段，應(yīng)通過法蘭閥和橡膠墊加強(qiáng)密封。陸地及水域浮管均采用壁厚12mm 的管材。水下管、水上管、陸地管均為排水管線的重要組成部分，其中水上管線的架設(shè)及與水下管線的連接均按照1 節(jié)鋼管+1 節(jié)膠管的方式；水下管線的架設(shè)則按3 節(jié)鋼管+1 節(jié)膠管方式；陸地管線應(yīng)架設(shè)至吹填區(qū)。為保證管線的順暢性及連接緊密性，應(yīng)在架設(shè)期間密切結(jié)合地形地勢(shì)配置相應(yīng)規(guī)格的角度彎頭，確保架設(shè)到位。

3.3 基槽開挖及直拋

基槽開挖應(yīng)通過挖泥船分層有序展開，由操作人員通過駕駛臺(tái)精準(zhǔn)操作，加強(qiáng)航跡及開挖進(jìn)尺控制，防止出現(xiàn)超欠挖。疏浚區(qū)域內(nèi)每船次開挖結(jié)束后，必須隨即展開現(xiàn)場(chǎng)水深的多波束測(cè)量。結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，航港工程部分區(qū)域最大淤泥層厚度達(dá)到4m 左右，必須嚴(yán)格控制各層及總體開挖標(biāo)高。耙吸挖泥船在運(yùn)行期間，泥艙內(nèi)多余的積水應(yīng)通過溢流系統(tǒng)排出，裝艙時(shí)間應(yīng)不超出1～2h。

拋砂前必須進(jìn)行吹填區(qū)規(guī)劃，考慮船舶尺寸及水深、流速的基礎(chǔ)上，施劃長(zhǎng)×寬為50m×25m 的方格，并向指定細(xì)分區(qū)域內(nèi)拋砂。為便于后續(xù)精細(xì)處理，吹填區(qū)拋砂平整度必須滿足要求。拋填區(qū)規(guī)劃好后，將詳細(xì)信息輸入耙吸挖泥船操作系統(tǒng)，由挖泥船根據(jù)拋砂距離、吹填砂性能，進(jìn)行拋砂航線合理規(guī)劃以及泥門開度、前進(jìn)速度等船舶運(yùn)行參數(shù)的動(dòng)態(tài)控制。挖泥船運(yùn)行至拋填區(qū)后，進(jìn)行泥門開度調(diào)節(jié)，并將回填砂拋至深水區(qū)。船舶裝載物隨拋填過程的進(jìn)行而持續(xù)減少，再將剩余回填砂拋填于淺水區(qū)，關(guān)閉泥門后重新取砂。以上取砂拋填過程必須全程記錄，并相應(yīng)標(biāo)記于航行圖上[2]。如果疏浚吹填過程中出現(xiàn)回填砂擴(kuò)散或施工水深改變，必須及時(shí)調(diào)整施工計(jì)劃，保證順利施工。

3.4 虹吹

待耙吸挖泥船取砂并航行至指定區(qū)域后，通過高壓水稀釋艙內(nèi)砂，并通過泥泵將混合物吸出，經(jīng)過管道傳輸至船頭的虹噴口。調(diào)節(jié)船舶位置，檢查虹噴口徑、混合物濃度等關(guān)鍵參數(shù)，以保證將混合物準(zhǔn)確虹噴至劃定位置。每次虹吹前，均應(yīng)展開標(biāo)高測(cè)放，每完成1 次虹吹后，必須檢查堆積物高度是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，并根據(jù)檢查結(jié)果調(diào)整虹吹方式。虹吹施工主要針對(duì)的是流動(dòng)性較強(qiáng)的中細(xì)砂，為此必須開挖導(dǎo)流溝，施插標(biāo)桿，作為虹吹施工參照物。

3.5 艏吹

在船艏處對(duì)接管線，建立管路，開啟砂泵后吸出艙內(nèi)砂，通過水上浮管和陸地管線聯(lián)合輸送至指定位置。為減少泥沙流失，局部吹填區(qū)除施作疏浚土外，還必須展開艏吹。對(duì)于作業(yè)頻率較高的區(qū)域，應(yīng)在陸地聯(lián)合架設(shè)三通管線，展開有效吹填[3]。期間，操作人員根據(jù)流量、流速等情況判斷是否發(fā)生管路堵塞和破損，如有，必須及時(shí)鎖定故障部位及原因，妥善處理。對(duì)于超高區(qū)域，應(yīng)及時(shí)整平；管頭是標(biāo)高超高頻繁發(fā)生的區(qū)域，必須通過加長(zhǎng)管線、調(diào)整吹填管頭、加強(qiáng)整平等措施防控。艏吹過程見圖2。

圖2 艏噴及艏吹

3.6 回填整平

臨時(shí)施工道路采用回填砂和堤心石填筑整平?；靥钸^程中聯(lián)合應(yīng)用耙吸挖泥船和小型絞吸船，保證虹吹過程順利，期間應(yīng)加強(qiáng)檢測(cè)回填標(biāo)高，并待砂回填至3.0m標(biāo)高時(shí)結(jié)束整平。待實(shí)際標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求后，施劃60m 長(zhǎng)、30m 寬的網(wǎng)格。使用推土機(jī)整平場(chǎng)地，測(cè)量放樣并設(shè)置標(biāo)桿，加強(qiáng)標(biāo)高及平整度控制。

4 結(jié)論

應(yīng)用結(jié)果表明，港航工程疏浚吹填施工質(zhì)量要求高，施工難度大，必須在密切結(jié)合水文地質(zhì)、水流流速等基礎(chǔ)條件，制定合理的疏浚吹填施工方案，配合高工效機(jī)械設(shè)備，有效保證施工效果。該工程施工開始前，各施工船舶均適配全球GPS 定位系統(tǒng)及疏浚施工軟件，在分區(qū)、分段、分層開挖過程中，加強(qiáng)實(shí)時(shí)測(cè)控，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求放坡并控制開挖量；施工現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)配備有自動(dòng)潮位遙測(cè)儀，于施工開始后按10min 間隔展開驗(yàn)潮，并依據(jù)驗(yàn)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整疏浚船水深；同時(shí)每周檢測(cè)1次水深，保證了疏浚效果。