絞吸式挖泥船在長(zhǎng)沙縣松雅河河道清淤工程中的應(yīng)用

楊 朗 謝朝芳

（長(zhǎng)沙縣水務(wù)局 長(zhǎng)沙市 410100）

1 工程概況

松雅河系撈刀河裁彎截直形成的U型啞河，全長(zhǎng)4.15km，總面積56.4hm2（846畝），1995年星沙開發(fā)區(qū)將自來水廠建于河畔靠近縣城一側(cè)，直接從松雅河取水，為開發(fā)區(qū)及長(zhǎng)沙縣城提供生產(chǎn)和生活用水，由于受到上游來水限制，導(dǎo)致河床演變關(guān)系改變，加之原先河岸兩側(cè)居民亂排亂放，造成該河道淤積、污染嚴(yán)重，對(duì)縣城供水安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，為保證星沙水廠供水安全，決定對(duì)其進(jìn)行清淤改造。

2 工程地質(zhì)

2.1 地形地貌

該原始地貌為流水地貌，場(chǎng)地為原始地貌，場(chǎng)地內(nèi)土層變化幅度不太大。

2.2 地層特征

根據(jù)鉆探揭露，該河道主要地層為河道水深，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、砂礫、圓礫。現(xiàn)將各層的特征從上而下分別描述如下（其中①～④為地層序號(hào)）：

① 河道水深：松雅河道水位深度。

② 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q1）：褐色色，流塑，飽和，系湖泊淤積而成，含少量植物根莖及生活垃圾，略有腐臭味。

③ 砂礫（Qal+pl）:褐黃色，松散～稍密，飽和，呈圓-亞圓形，呈交錯(cuò)排列，大部分接觸，礫石含量約為20%～40%不等,粒徑一般（2～10）mm，大者20mm，主要成分為石英，充填物主要為中、粗砂，泥質(zhì)含量15%～25%不等。

④ 圓礫（Qal+pl）：褐黃色，松散～中密，飽和，呈圓-亞圓形，呈交錯(cuò)排列，大部分接觸，礫石含量為 50%～65%不等，粒徑一般（2～10）mm，大者30 mm，主要成分為石英，充填物主要為中、粗砂，泥質(zhì)含量8%～15%不等。

3 工程實(shí)施

3.1 清淤范圍及長(zhǎng)度

依據(jù)現(xiàn)狀河道淤積范圍，星沙水廠取水頭部位置及現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地布置等各方面綜合考慮，確定清淤河道范圍為松雅河上堵口至威尼斯大橋之間河道，清淤長(zhǎng)度為1800m，為保證清淤施工對(duì)河道兩岸堤腳不造成影響，河道清淤寬度為現(xiàn)狀河道兩岸堤腳外移10m進(jìn)行控制，該河道現(xiàn)狀河寬約（90～140）m不等，因此本清淤寬度為（70～120）m不等。設(shè)計(jì)清淤中線位于原河道河床深弘位置，河道清淤面積共計(jì)157177.2m2，清淤深度考慮以清理現(xiàn)狀河道內(nèi)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和砂礫，適當(dāng)增加河道現(xiàn)有蓄水量，增強(qiáng)水體自凈能力，方案設(shè)計(jì)清挖深度確定為26.0m（黃海高程），河道清挖方量依據(jù)現(xiàn)有水下測(cè)量成果和南方CASS軟件進(jìn)行清淤量計(jì)算，該河道清挖方量約為14.8萬m3。

3.2 施工圍堰設(shè)置

本河道清淤工程項(xiàng)目地點(diǎn)比較特殊，清淤河道位于星沙取水河道內(nèi)，同時(shí)該河道東側(cè)區(qū)域?yàn)樗裳藕鷳B(tài)公園。目前正在進(jìn)行綠化景觀、環(huán)湖道路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，因此工程施工會(huì)要求對(duì)現(xiàn)有星沙水廠取水及周邊的松雅湖建設(shè)不產(chǎn)生太大影響，為保證星沙供水安全，減輕清淤施工對(duì)星沙水廠水源的污染問題，方案考慮在威尼斯大橋上游100m處設(shè)置圍堰,綜合考慮各方面影響，采用鋼板樁圍堰，即沿河道橫向設(shè)置兩排鋼板樁，采用拉森鋼板樁，鋼板樁中間設(shè)置型鋼及鋼管支撐體系，樁頂部高程為30.5m，底部高程為18.5m，在高程29.5m和27.5 m各設(shè)置一道橫向圍檁進(jìn)行加固，該鋼板樁圍堰長(zhǎng)度為130m。

3.3 具體施工方案

本河道清淤工程采用絞吸式挖泥船（200m3/h，排泥管徑為400mm），主要工作原理就是將河底泥沙通過旋轉(zhuǎn)絞刀裝置進(jìn)行切割和攪動(dòng)，再經(jīng)吸泥管將絞起的泥沙物料，借助強(qiáng)大的泵力，輸送到排泥場(chǎng)，它的挖泥、運(yùn)泥、卸泥等工作過程，可以一次連續(xù)完成，它是一種效率高、成本較低的挖泥船，是良好的水下挖掘機(jī)械。

3.3.1 疏浚工藝及流程

工藝流程：測(cè)量放樣—→圍堰施工及吹填管線安裝—→絞吸式挖泥船就位—→絞吸船挖泥、吹填—→棄土場(chǎng)排水固結(jié)—→棄土場(chǎng)淤泥外運(yùn)

（1）管線安裝。管線布置：本工程不存在通航，所以河內(nèi)用浮管。管線設(shè)備運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后，組織人員、機(jī)械設(shè)備按施工布置方案進(jìn)行架設(shè)。具體安裝方法如下：架設(shè)時(shí)先確定水陸管聯(lián)接點(diǎn)（本工程擬設(shè)在河岸護(hù)坡處），作為整個(gè)管線架設(shè)布置的基準(zhǔn)點(diǎn)，在此基準(zhǔn)點(diǎn)用一節(jié)岸管與艏艉特制浮船聯(lián)接，作為整個(gè)管線架設(shè)布置的基準(zhǔn)線。然后以此基點(diǎn)連接水上浮管，分別進(jìn)行岸管、浮管架設(shè)安裝。浮筒均采用排泥鋼管，用螺栓固定在兩個(gè)橡膠泡沫浮體上，每組浮體長(zhǎng)6m，浮管在現(xiàn)場(chǎng)按10個(gè)一組連接編排好，由人工在錨艇上用交通艇配合進(jìn)行水上聯(lián)結(jié)。水上浮船排泥管線力求平順，為避免死彎，可視水流及風(fēng)向條件，每隔適當(dāng)距離拋設(shè)一只浮筒錨。浮管端點(diǎn)用錨固定。施工區(qū)夜間在浮管上每隔50m設(shè)一盞白光環(huán)照燈。

岸管的架設(shè)做到平順、緊密，避免死彎，做到不漏水、不漏泥；路線的選擇要盡量平直，排泥管沿吹填區(qū)邊界線內(nèi)側(cè)鋪設(shè)；根據(jù)岸上管線的陸路地形變化情況，在管線相對(duì)高處設(shè)置呼吸閥自動(dòng)排放管道內(nèi)空氣；在轉(zhuǎn)彎和爬坡等地方用彎管和膠管聯(lián)結(jié)避免死彎；排泥口伸出排泥場(chǎng)圍堰坡腳外的距離不小于5m，并高出排泥面0.5m以上，以不影響圍堰安全為準(zhǔn)，不沖刷圍堰和堆場(chǎng)邊線為原則，管線原則上沿圍堰一次性布置到位，施工過程中按實(shí)際情況布設(shè)。

（2）定位。利用DGPS定位設(shè)備準(zhǔn)確定位。絞吸式挖泥船用起錨船綁拖，交通艇配合在駛近至DGPS定位處（20～30）m時(shí)，航速減至極慢待船停穩(wěn)后，先測(cè)量水深，然后放一個(gè)定位樁，并在船首拋設(shè)兩個(gè)邊錨，逐步將船位調(diào)整到挖槽中心線起點(diǎn)上（定位樁臺(tái)車主樁位于挖槽中心線上）。船在進(jìn)行中嚴(yán)禁落樁。拋錨由起錨船完成，錨纜長(zhǎng)度在疏挖邊線外大于35m，與船身縱軸夾角為80°～100°。

（3）絞刀開挖。開始啟動(dòng)絞車液壓馬達(dá)，絞刀頭中速旋轉(zhuǎn)，切削挖掘河道水下土方。

（4）泥漿輸送及排棄。通過多功能環(huán)保作業(yè)船上離心泵的作用吸取絞刀切削挖掘出的淤泥，并提升、加壓，泥漿通過排泥管線（浮管、岸管）全封閉輸送，泥漿在進(jìn)泥口區(qū)域排棄入排泥場(chǎng)。

（5）出泥口消能措施。為保證出泥口泥漿下瀉時(shí)不沖刷堆場(chǎng)吹填區(qū)邊界線，特在出水口做一些特別的處理來消能，具體在出水口鋼管上焊接4個(gè)直徑為30cm的喇叭小鋼管進(jìn)行分流，小鋼管管口方向向上，這樣可以減少部分沖擊力，同時(shí)在每個(gè)出水口的落水位置鋪設(shè)鋼板，防止沖刷。

（6）多功能環(huán)保作業(yè)船扇形橫挖、直線前進(jìn)。多功能環(huán)保作業(yè)船施工采用定位樁交替提升進(jìn)步、扇形橫挖法，即始終以一根樁為主樁，對(duì)準(zhǔn)挖槽中心線下插河底，作為橫移擺動(dòng)中心，利用左右纜交替收放，擺動(dòng)挖泥，通過主、副樁交替提升進(jìn)樁。主樁前移的軌跡始終保持在挖槽中心線上，使絞刀的平面軌跡始終保持平行前移，避免重挖和漏挖現(xiàn)象。本工程疏挖將采取邊線切分單層操作法。

（7）多功能環(huán)保作業(yè)船生產(chǎn)調(diào)度。為減少排距，增加工效，疏挖時(shí)挖泥船尾部敷設(shè)的浮管逐漸加入或逐漸減少，以保證排距最短，提高功效。

（8）主要施工方法及措施。根據(jù)疏挖區(qū)和排泥場(chǎng)的形狀及相對(duì)位置，沿開挖中心線方向，向中間推進(jìn)開挖。將疏挖區(qū)按挖泥船的疏挖寬度進(jìn)行分條，原則上按平行于河道方向進(jìn)行分條，相鄰的開挖分條重疊3m以上，以免漏挖。開挖好的方塊由技術(shù)人員按區(qū)域編號(hào)、施工時(shí)間、施工班組和質(zhì)檢情況作好詳細(xì)施工記錄，并在平面圖上作好標(biāo)記。挖深控制通過水位遙報(bào)儀的實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)和絞刀深度顯示儀指示器實(shí)施，分層開挖，每層層厚一般為（0.5～1）m。在施工過程中根據(jù)流量計(jì)和濃度計(jì)實(shí)時(shí)控制泥漿輸送濃度，保證不低于10%的含泥量的濃度。

3.3.2 排泥區(qū)設(shè)置

本清淤工程兩處臨時(shí)排泥區(qū)位于正在建設(shè)中的松雅湖香堤路與環(huán)湖支路之間閑置空地內(nèi)，本工程選定兩處排泥區(qū)，待該清淤工程結(jié)束后排泥區(qū)內(nèi)淤泥排水固結(jié)后將此淤泥采用挖掘機(jī)和自卸車配合，將淤泥運(yùn)至指定棄土區(qū)。

（1）圍堰施工工藝。本排泥區(qū)圍堰采用吹填區(qū)內(nèi)表層土，該土料含水量相對(duì)較低，通過開挖翻曬晾干可以作為圍堰、格梗填筑土料。圍堰高3m，圍堰頂寬2.5m，內(nèi)外坡比1∶1.5；格梗高2.5m，頂寬1m，內(nèi)外邊坡1∶1.5。圍堰施工前先對(duì)基礎(chǔ)面進(jìn)行清理。清理范圍包括：堰體下基面，控制清理邊界線超出設(shè)計(jì)邊線（30～50）cm；利用挖掘機(jī)清除雜物。各類洞穴、坑等進(jìn)行回填處理。所有清基出的棄土、雜物等運(yùn)至指定的棄土場(chǎng)地堆放。避免與圍堰填筑土料混雜，堰體填筑按分層壓實(shí)進(jìn)行施工，為了防止圍堰受水流沖刷垮塌，擬在圍堰護(hù)坡完成后鋪設(shè)彩條布于內(nèi)坡。

（2）退水系統(tǒng)設(shè)置。本工程在兩個(gè)排泥場(chǎng)邊緣各布置1個(gè)退水系統(tǒng)，退水系統(tǒng)包括退水口、退水管道等。退水口門形式采用溢流豎井加涵管形式，尾水經(jīng)退水管道排入松雅河。退水口井架基礎(chǔ)采用2.6m×2.6m的C25現(xiàn)澆，厚度為0.5m，井架尺寸為220cm×220cm×300cm，立柱間距為140cm，立柱采用C25混凝土澆筑，立柱間設(shè)置10cm×8cm的閘門槽，以備放置擋水閘板，抬高水位。立柱之間每隔0.9m高度加一道預(yù)制鋼筋混凝土橫撐。圍堰內(nèi)退水涵管采用DN800的預(yù)制鋼筋混凝土排水管，退水涵管后接紅磚砌體消力池，消力池后的退水管道采用DN800HDPE雙壁波紋管進(jìn)行鋪設(shè)。

3.3.3 尾水處理

為保證清淤施工水量得到保證，本工程的尾水回流入清淤河段內(nèi)。故須對(duì)尾水進(jìn)行處理，本工程尾水處理采用先自然沉淀，再對(duì)尾水投藥處理的方法，主要措施是通過自然沉淀將疏浚泥漿中的大部分固體沉淀下來，針對(duì)水污染的具體情況，采用水中投藥進(jìn)行化學(xué)處理的方式，中和污染源或物質(zhì)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)尾水進(jìn)行水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保尾水達(dá)標(biāo)排放。待工程結(jié)束后，通過松雅河上堵口閘門和水渡河閘壩相互配合啟閉方式將尾水排入撈刀河，以確保水廠飲水安全。

4 結(jié) 語

采用絞吸式挖泥船進(jìn)行河道清淤是長(zhǎng)沙縣河道清淤歷史上的首次大膽嘗試，該工程完工后，河道內(nèi)水質(zhì)得到明顯改善，既增加了松雅河的蓄水量，保證了星沙城區(qū)30多萬人口的飲水安全，同時(shí)可以美化星沙城市環(huán)境，清淤效益明顯，對(duì)于長(zhǎng)沙縣今后類似河道清淤工程有非常好的借鑒和指導(dǎo)作用。