航道疏浚施工工藝優化組合路徑分析

【摘要】現今，我國隨著“十三五”發展規劃戰略目標實施以來，國家加快了航空、公路以及水上交通的建設步伐，對我國交通運輸以及國民經濟的發展都起著至關重要的作用。長江水域運輸總量可達11億t/年，其與京杭運河、長江三角洲、珠江三角洲以及西江航運干線構成了我國內航道運輸樞紐。然而，航道的常年運行，造成航道底層淤泥、砂石等物質堆積給水上運輸造成阻礙，從而影響往來船只的航行安全。內河航道疏浚作業作為水下施工項目，其對施工設備要求高、施工風險因素多、以及復雜的施工環境給航道疏浚施工帶來嚴峻的挑戰。基于此，本文旨在以項目管理理論為基礎，以長江流域某段航道疏浚施工為例，通過科學化和現代化的管理手段和措施，從而更有效地完成內河航道疏浚工程項目總體目標，從而獲得可觀的經濟效益。

【關鍵詞】航道疏浚；施工技術；優化路徑

1、航道疏浚項目概況

長江流域12.5米深水航道疏浚工程二期工程，疏浚總量約1000萬m3，疏浚土質主要為細粉砂。泥層開挖厚度1.0～2.5m，平均厚度1.75m（包含超深），泥層較薄，施工難度大，耙吸船開挖易嚴重超深，造成較大浪費。該項目疏浚區航道總長約210km，航道寬500m，設計底高程-12.5米 m，超寬3m，超深0.4m，其中超寬超深方量約145萬m3，約占總疏浚方量的25%，為本疏浚項目施工質量控制研究的重點（如下圖）。

2、疏浚施工地質環境分析

長江流域水流流向較穩定，潮流急。高潮位由口外向口內逐漸增高，低潮位由口外向口內逐漸降低，潮汐日不等現象低潮較高潮明顯，低潮不等最大差值可達1.0m以上。疏浚施工區屬無掩護區域，工況條件惡劣，風浪大，且施工區潮差大，潮流急。施工區周邊適合設置潮位站的地方在最低潮時會出現露灘情況，潮位站布設困難，且施工區跨度較大，一個潮位站不能覆蓋整個施工區，設置5、7個潮位站時潮位站之間潮差并非線性關系，漲落潮時均會變化，內插法計算潮位疏浚誤差較大，影響船舶挖深精度控制；因施工區域面積較大，施工期過程測量采用傳統的單波束測量無法滿足施工需要，無法保證船舶施工質量和效率，因此對疏浚施工進行優化，從而達到有效控制項目成本。

3、航道疏浚施工優化路徑分析

本次航道疏浚采用雙槳、雙機復合驅動超大型自航耙吸式挖泥船，主要用于沿海港口、航道疏浚和吹填作業。船舶總長約157.80m，設計吃水7.50m，挖泥吃水9.00m，艙容13280m3，可載泥19250t，吸泥管內徑1200mm。在淤泥類土質施工每耙挖深達40～50cm，設計超深為40cm，施工開挖深度控制困難。其優點為抗風浪能力強，疏浚開挖深度大，施工能力強。

3.1 籌建體系，軟硬結合

施工工藝管理組織是管理目標能否實現的決定性因素。公司應在內部常設一個施工工藝管理機構。施工工藝管理小組成員由總經理牽頭，總工程師負責日常工作，成員專業涵蓋工程技術、航海技術、輪機技術、電氣控制等方面。組織成員均有著明確的工作職責，日常管理要求分工到人、責任明確，并建立相關的管理制度。總工程師對施工工藝管理小組工作負總責，總師室負責施工工藝測試的策劃、組織協調及成果的推廣應用；分管施工工藝的副總工程師主要負責施工工藝及機具改進，分管科技信息的副總工程師主要負責信息技術，分管電氣控制的副總工程師負責儀表儀器；海務監督長負責對施工工藝中涉及船舶適航性及安全可靠性的指導；機務監督長負責對施工工藝中設備適用性及安全性的指導；總師室施工工藝主管負責工藝方式、工藝參數、施工設備更新改造方案的確定及施工效率測試；工程部項目主管負責工程邊界條件確定；項目部總工負責現場組織協調及后勤保障；工程船舶船長和輪機長負責船舶端工藝的組織協調；施工員負責施工工藝的具體實施和施工數據的具體分析；電機員負責船舶端儀器儀表設備狀態檢查；公司總師室負責施工工藝管理小組的日常工作。

3.2 創新管理，多措并舉

在疏浚項目開始作業前，工程部項目主管須向公司施工工藝管理小組提交必要的施工邊界條件、工況等技術資料。當施工邊界條件發生變化時，應及時報知施工工藝管理小組；當項目遇到施工難題時，應報施工工藝管理小組，小組將收集資料，予以判斷處理。施工工藝管理小組對收集的資料進行大數據分析、綜合計算，以確定最優施工方案。在工程開工前，施工工藝管理小組負責典型段開挖試驗，通過大數據計算，確定最佳施工工藝參數；在開工之后，管理小組負責跟蹤船舶施工工藝的落實情況，并結合工況提出工藝改進措施。施工工藝管理小組對施工工藝進行分析、提煉，形成固化、可推廣應用的施工工藝標準。

3.3 大數據計算，確定施工參數

耙吸式挖泥船現場最佳施工工藝的測定需要建立具體的測試流程，預先制訂詳細的計劃，對數據作嚴謹、可信的分析，并將得到的真實有用的結果用以指導船舶施工，以切實提高船舶的施工效率。在測試前，施工工藝管理小組均會預先制訂具體的施工工藝測試大綱，確定本次施工工藝測試的重點和方法。在測試中，小組計算出船舶的最佳對地航速、耙頭高壓沖水壓力、波浪補償器壓力、泥泵轉速等參數。對于吹填施工來說，影響吹填施工效率的邊界條件有土質、吹填長度、排管直徑、管線布置、標高、耙吸船性能、耙吸船吹填模式等。基于以上數據，最終確定最優化的施工工藝參數及方案，并交予施工人員嚴格執行。

3.4 多管齊下，多維推進

施工工藝管理小組采取多因素敏感性分析法、大數據分析法、艏吹關鍵流速云計算法、最佳施工工藝軟件體系等對施工數據進行測試分析。在目前的大數據計算中，小組通過正交方陣排列組合和敏感性比較，分析施工參數的變化趨勢，確定最佳施工工藝參數，其中關鍵流速的準確計算直接關系到艏吹施工的效率和經濟性。為此，通過計算軟件輸入工程參數和變量，輸出包括圖像信息、最佳施工參數組合、特征粒徑、特征濃度、沉降速度曲線、原狀土、關鍵流速、泵性能、蒸汽壓力、呼吸閥、排水口和局部水頭損失系數等分析數據，使軟件功能覆蓋從工況條件到船舶設備、從耙吸挖泥到艏吹艏噴施工、從公式推導到曲線繪制的耙吸式挖泥船施工的全過程，以此最終甄選出最優的施工工藝流程，形成最優化的施工工藝。

4、耙吸式挖泥船精挖技術及管理措施

（1）本工程標段疏浚土質主要為細粉砂，5類土占80%，2類土占20%，部分為細砂混貝殼。根據工程土質選擇帶有高壓沖水的沖刷型耙頭使開挖淤泥和細砂的破土能力大幅提升。耙齒根據施工的不同階段調整平齒和尖齒的交替使用，特別是在收尾階段，由原尖齒改為平齒，耙齒密度增加1倍，且把耙齒排列方式由原“一字”型平行排列改為前后交錯排列，有效避免了壟、溝現象的出現，疏浚基槽表面相對平整，且可一次掃除淺點。

（2）疏浚區泥層開挖厚度1.0～2.5m，平均厚度1.75m，泥層較薄。通過提高挖泥船的下耙精度，長江下流12.5米深水航道工程二期灣外段疏浚減少廢方開挖工程達200萬m3以上。通過優化施工參數、改進施工工藝等一系列措施后，施工船舶泵吸效率提高約17.1%，縮短了取泥時間，有效降低了運泥船的支出成本，工藝優化后工程總體減少支出約1210萬元。不僅可加快施工進度、保證施工質量，同時可大幅提高經濟效益。

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