耙平器在掃淺整平施工中的應用探究

楊召通 黎敏堅

中交廣州航道局有限公司，廣東廣州 510290

隨著經濟的快速發展，我國出海航道面臨船舶密度不斷增長、船舶噸位不斷大型化的趨勢，這就為航道通航條件提出了更高要求。航道擴深、擴寬日益提上日程，通常在耙吸船進行航道擴深、擴寬施工后期往往出現淺點和壟溝，如何有效對航道底床進行掃淺整平降低船舶通航風險值得探究。

1 疏浚施工淺點形成原因

（1） 耙吸船在航道施工中需要頻繁避讓來往船舶或者掉頭，在船舶避讓及掉頭時需要將耙頭提離泥面防止出現壓耙，隨著耙頭的提起與放下，中間沒有疏浚到的區域便出現淺點或壟溝。

（2） 耙吸船在施工過程中由于浮泥層的存在以及導航設備的精度誤差，使得耙頭位置監視系統顯示的耙頭深度、位置與實際存在差異，導致出現淺點或壟溝。

（3） 航道底床土質分布不均勻，淤泥層厚的區域容易開挖，相鄰黏土層等硬度較高的區域不宜開挖。在耙吸船駛過該區域時，淤泥層通過耙頭被直接吸走而硬度高的區域則很難通過耙頭疏松被吸走，導致淺點或者壟溝的出現。當耙吸船在相鄰布線開挖或者進行掃淺施工再次經過相同區域時，耙吸船耙頭更容易劃入溝壑內，使得溝壑越挖越深，而淺點卻沒有挖到，導致壟溝愈加明顯。從泥漿濃度顯示器觀看，裝艙效率挺高，但隨著壟溝的逐步加深，耙頭達到耙吸船極限挖深時，船舶裝艙效率會顯著下降，不僅為后續整平施工增加難度，同時存在著超挖浪費損失。

（4） 測量與施工存在滯后性，由于水下測量精度受泥土顆粒懸浮情況影響比較大，在耙吸船施工時是不能進行水深測量的。通常在耙吸船停工后，待施工區懸浮的泥土沉淀下來（4～5d），測量船方可進入施工區域進行測量，此時淺點和壟溝已經形成。

2 耙平器工作原理及改進

傳統上針對淺點和壟溝的解決方案是根據其土質狀況及分布采用耙吸船S型挖泥路線法或船舶進退拉鋸的方式進行整平，但上述方案通常存在投入大、掃淺后期施工效率低、整平效果差的問題。近年來，對于航道非石地質的淺點和壟溝，施工單位逐步采用耙平器進行掃淺整平施工。與耙吸船相比，耙平器存在著耙體重，吃土深、破土能力強；耙體寬，過土面積大不易劃入溝壑內；構造簡單、成本低等諸多優點。

2.1 耙平器的工作原理

耙平器的工作原理如圖1所示，耙平器由吊索相連通過自身重力使耙平器與航道底床緊密接觸，依靠拖輪或者耙吸船的拖索提供水平拖曳力拉動耙平器前行，當遇到壟溝或淺點時，耙平器前部安裝的耙齒能夠深入土層進行疏松，后部安裝的滾筒或者刮板將疏松的土層壓平、刮入深溝或者其他區域進行掃淺整平。

圖1 耙平器掃淺整平施工示意圖

2.2 加裝涌浪補償器系統

從圖1可以看出，耙平器始終與航道底床保持接觸是進行掃淺整平施工的前提。但在吊索長度固定的情況下，航道施工中存在的涌浪、航道底床高低起伏以及施工期間潮位的變化都會都掃淺整平施工效果產生重要影響。當遇到涌浪船舶被升起、底床遇到溝壑或者潮位增加時，吊索在豎直方向拉力增大，會拎著耙平器脫離泥面或者從泥面及溝壑頂部滑過，起不到掃淺整平的效果，同時容易使耙平器在垂直于船舶航行的方向上左右擺動，增加船舶操控難度。當涌浪過后船舶下降、底床遇到堅硬隆起土層或者潮位降低時，吊索處于松弛狀態，鋼絲容易在A字架的滑輪上出現跳鎖現象。吊索頻繁的在繃緊與松弛狀態間切換，毫無規律可循，瞬間產生的頓挫力對于鋼絲、A字架及絞車造成較大沖擊，容易縮減相應設備的使用壽命，為此考慮在絞車與A字架之間加裝涌浪補償器，其布置如圖2所示。

圖2 涌浪補償器系統布置圖

涌浪補償器的自動控制系統使得拖輪或者耙吸船在遇到涌浪、底床遇到溝壑或者潮位增加導致耙平器即將脫離泥面時，吊索豎直方向拉力增加，進一步通過鋼索將導纜輪和活塞桿整體向下壓入液壓缸內，此時連接耙平器的吊索被放長，耙平器始終保持接觸泥面線。相反當涌浪過后船舶下降、底床遇到堅硬隆起土層或者潮位降低使得吊索變得松弛時，吊索豎直方向拉力減小，導纜輪和活塞桿被液壓缸整體向外壓出，吊索自動變回繃緊裝態，有效避免出現鋼纜跳鎖現象。通過涌浪補償器系統自動調節耙平器的深度，讓耙平器始終與航道底床泥面保持接觸，充分發揮耙齒松土、刮板或者滾筒的整平作用從而達到整個航道底床良好的整平效果。

2.3 加裝數字標尺

為了能準確的反映淺點及壟溝的起伏變化，可以考慮在涌浪補償器的活塞桿旁豎立一根數字標尺，以10cm為刻度。通過活塞桿上下運動高度差準確反映出淺點及壟溝的地形變化，利于拖輪絞車操控人員更好地把控下耙深度。

2.4 耙齒改進

將耙平器耙齒由原來的直接焊接固定方式改為插銷方式連接，將耙齒模塊化，在耙平器耙齒損壞的情況下可以快速更換，從而提高船舶施工效率。

3 耙平器施工工藝優化

3.1 耙平器施工工藝流程為：

上線→下放耙平器→查看水位→確定耙平器壟溝、掃淺標高→控制航速 （三節左右） →控制航向→掃過壟溝、淺埂、淺點→轉向再上線→循環。

3.2 工藝優化措施

針對耙平器的改進和施工工藝流程，在其掃淺整平施工中可以采取相應的優化措施。

（1） 在上線前對掃淺整平水域進行精確測量，計算淺點、壟溝開挖工程量，根據以往經驗航道掃淺整平疏浚量不能大于耙吸船疏浚施工時超深、超寬量的70%，防止淺點、壟溝在削平后沒有多余的溝壑容納泥土導致航道底床出現大片薄層淺點，使得耙吸船在進行二次補挖時面臨超挖的難題，人為增加施工難度和成本。

（2） 根據最新測量資料進行全面細致的分析，掌握挖槽內壟溝、淺區、淺點的分布情況。

（3） 對壟溝、淺區、淺點進行規劃；對挖槽內的淺點進行劃分，連續淺點劃成區，孤立淺點組合串線，并排序編號，設計上線方位角，同時將淺點根據不同水深 （一般為0.5～0.8m） 標注不同顏色，對于底床標高落差大的水域，可以進行分層掃淺整平施工。

（4） 掃淺整平時耙平器從水域下耙，各個壟溝區、淺區、淺點施掃次數可視淺點高程、土質情況施掃2～5次，直至涌浪補償器的活塞桿沒有大幅度上下移動位置，方可進入下一層進行整平施工。施掃完畢后的淺埂、淺點要按編號進行標注，防止遺漏。

（5） 根據航道內淺點和壟溝分布，盡量將掃潛航線設計為S型曲線，既能增加耙平器與壟溝的接觸面，又能避免拖輪在航道中頻繁掉頭，提高掃淺整平施工效率。

（6） 完善檢測計劃，當完成航道一段掃淺后，即刻安排水深檢測，如有不合格處可適時安排再次清掃，如此循環往復進行。

4 工程應用效果

廣州港深水航道拓寬工程I標段位于珠江口伶仃洋，是在原有航道基礎上進行拓寬施工。工程開挖范圍內疏浚土以淤泥～淤泥質土（1～2級土） 為主，87.46%，粘性土和砂類土次之，分別占8.18%和4.32%，11級土 （鐵質膠結層） 0.04%；在伶仃航道F點以南區域，土質均為易開挖土質，各段航道長度共計16km，開挖工程量800.36萬m3。

根據工程實際狀況該項目投入3艘耙吸船進行擴寬施工，待航道拓寬開挖完成后，項目部在自行掃海測量中發現航道中存在著分散的壟溝和淺點?？紤]到后期繼續用多艘耙吸船進行掃淺整平成本太高且效果不明顯，決定采用一艘4412kW的輪拖拖帶耙平器和一艘小型耙吸船進行聯合掃淺整平施工。通過對耙平器進行一系列改進、施工工藝優化，在風浪期、涌浪區、航道底床起伏較大的區域均取得了較好的整平效果，耙平器來回整平次數也顯著減少，極大提高了施工效率，航道掃淺整平施工期由原來的16d縮短為9d。在竣工驗收掃海測量時，航道挖深及整平度均達到設計要求，航道掃淺整平施工前后對比如圖3、圖4所示。

圖3 航道施工前淺點、壟溝3D圖

圖4 航道掃淺整平施工后3D圖

5 結語

在廣州港深水航道拓寬工程I標段掃淺整平施工過程中，耙平器的應用改良極大縮短了施工工期，為項目節省了大量成本，具有顯著的經濟效益。需要注意的是耙平器加裝涌浪補償器系統對于一些小型施工項目成本上會有一定的限制，但通過對耙平器施工工藝的改良，其仍具有很強的實踐應用價值。