水深維護疏浚技術模式在疏浚工程中的應用

朱君

摘 要：珠海港一直存在比較嚴重的回淤問題，尤其是近幾年不斷進行航道升級，需要每年展開水深維護疏浚工程，來有力確保船舶能夠安全通航，疏浚泥沙的含水量較高并且施工期間存在較多干擾因素，所致施工維護成本較高且效率較低。本文通過對珠海港疏浚工程開展過程中，結合港區的泥沙來源及回淤強度分布規律，立足珠海市港區維護疏浚的基本需求，提出新型環保疏浚設備技術運用于港區疏浚工程的主要作用成效。

關鍵詞：水深維護疏浚技術 疏浚工程 港區

對于多數人工開挖所形成的港口，存在回淤問題所致水深變淺是多數港口主要面臨的重大問題，甚至部分港口對于所處寒潮、臺風甚至強浪的作用下出現驟淤現象，為了更好的確保航區航道的通航水深，對區位優勢充分發揮，目前國際間各國地區多個港口愈來愈重視疏浚工程開展。而目前在疏浚工程開展中，主要船型包括抓斗船、耙吸挖泥船、絞吸船等。隨著珠海市的港口開發建設，水域面積逐漸擴增，船舶通航深度也在逐漸提升，港口水深維護范圍及疏浚工程總量更是逐漸增加，據絕對數量來講珠海市港口的年泥沙回淤量十分大，所以對疏浚工程運用新型技術模式，突破傳統維護疏浚工程產生的環境影響問題已經勢在必行。本文以珠海某碼頭及其港池航道為原型，對水深維護疏浚技術模式應用于維護疏浚工程中展開研究。

1.工程概況

珠海港處于廣東省珠江三角洲南部沿海珠江口西側，作為我國華南地區沿海主樞紐港口，更作為我國沿海關鍵港口之一，經建設南北兩座防坡擋沙堤形成了具有掩護的挖入式港口。在港區設計了折線形防坡堤形式，主要包括南北兩部分分別水深達到10m、14m，口門的寬度為800m，兩個堤之間共計2.2km距離，航道為190m寬，外側段的航道軸線以120°～340°為軸線走向，達到220m的航道寬，該港區的維護性疏浚工程平面設計圖（見圖1）。本次的疏浚工程主要目標，就是能夠常年確保航道安全通航，港池能夠達到5萬噸以上的散貨船舶標準通航水深。

2.回淤規律

2.1泥沙來源

港區的主要泥沙源于港外的泥沙輸入，只有一小部分源自于水流沖刷航道的兩側淺灘，由于在形成環抱式港池后，會在口門周圍形成較大的水流流速，而內部水流流速則會逐漸減少所致港區的內部形成泥沙淤積情況。在港池的內部以淤泥質粉砂作為主，達到0.005～0.012mm的泥沙中值粒徑，在外航道區域泥沙淤積作為流經航道形成的懸沙落淤，攔沙堤掩護區域之內在內航道，作為漲潮時渾水經沙堤口門，流經沿途產生的落淤及淺灘沖刷。

2.2泥沙回淤規律

為了更加直觀的對珠海港的泥沙回淤規律加以分析，通過在內外分別布設了8個觀測點，發現防護堤的外側最大含沙量達到2.08kg/m3，平均含沙量為0.8kg/m3，在港區的口門附近航道達到最大含沙量為0.89kg/m3，內部的中水域達到0.61kg/m3的含沙量。經潮流數學模型計算可得在外航道的不同區域段，以及潮流主流的交角，以及攔沙堤所形成的港域掩護面積，與不同港區部位的具體開挖深度。根據觀測點的監測結果，能夠發現港區在12～3月、4～6月、7～11月分別回淤強度為0.81m/月、0.48m/月、0.50m/月，全年回淤強度均值為0.59m/月，約為936.49萬m3的年度總淤量。

3.新型環保疏浚設備技術模式

3.1設備技術關鍵

無論采用鉸吸式挖泥船抑或耙吸式挖泥船，吸泥工作的核心即“離心泵”，通過完成一定濃度的泥漿吸取，無法裝駁外運在疏浚領域主要對于取沙、挖沙作為集中點，無法對珠海港的粘性土有效應付，所以著重立足離心泵提出新型水深維護疏浚技術模式。

3.2確定航道通航水深

3.2.1確定船舶吃水

在目前港區船舶主要作為4.8萬t系列的環保船舶，達到10.6m的吃水深度，以及4.7萬t散貨船達到10.2m的吃水深，所以根據該港區的船舶吃水深情況以10.5m作為維護港區安全通航的水深標準進行計算。

3.2.2船舶航行下沉量

當前在國際間對于船舶的航行下沉量計算方法較多，包括非限制航道內部5萬t散貨船航行，以目前國際間各國規定手冊及規范要求，對比計算船舶的不同航行速度下具體下沉量情況，發現方法不同計算的結果趨向雖然比較統一，但是具體數值大小仍然存在較大差異，相比之下我國所采用的計算方法所得結果，作為目前國際間所有計算方法中比較適中的一種，所以根據我國的計算方法計算所得5萬t散貨船在航行中的下沉量是0.13～0.21m，以0.16m為最終取值。

3.2.3波浪富余水深

波浪富余水深主要指的是由于存在波浪作用，導致船舶垂直引發運動響應，預留航道的富余航行深度，具體影響因素主要包含于船舶、波浪、航行這三方面要素中，結合該港區的波高和周期情況，對于5萬t的散貨船所處差異化船浪夾角，達到0.41～0.80m的差異化富余水深之間，能夠充分考慮航速、浪向以及航道，最終取值珠海港的航道波浪富余水深是0.6m。

4.水深動態維護疏浚技術模式應用

4.1適航水深技術

在運用適航水聲技術主要（見圖2），在運用高頻探測儀設備的反射界面，在設定密度范圍限制以下，浮泥偽塑性層厚度數值，即船舶的安全通航水深。在泥層達到較低含沙量及流動性，無法達到較高的疏浚維護效率，但是船底龍骨不會與其接觸所致傷害，并且船舶的主要操作技能也不會所受較大影響，所以可以將浮泥層主要作為水深加以使用。

目前主要將重力式器具、走航式適航水深測量系統兩類方法，運用于港區適航水深測量工作中，通過預判港區的適航厚度從而有效避免在疏浚工作開展中，浮泥的含水量較高。在目前以0.5～4.0m作為各港口的主要適航厚度具體運用范圍，結合上文分析港口的浮泥層情況，最終該港口取0.5m、1.0m分別作為口門和內部水域的適航厚度，與以上分析確定潮高時的最低維護水深取0.9m，最終確定在港區水深回淤達到10.5m即可展開水深維護疏浚工程。

4.2適航增深技術

適航增生技術運用于該港口以人工干預法為主，通過攪拌密度超出適航臨界值的稠浮泥，對適航厚度有效增加，且在本次維護項目中運用了絞吸船及耙吸船，還通過運用擾動疏浚技術，能夠有效達到水深維護增深。運用于航道測量水深在11m以內，以及臺風、大浪或寒潮之后，在航道內所出現的大量浮泥，可以對于較大的退潮流速運用耙吸船擾動水域展開疏浚工作，從而運用耙頭擾動及高壓作用能夠沖水浮泥隨潮流帶走，從而對水域的浮泥沉降有效減緩，并降低了浮泥的層厚減少船舶的航行不穩定因素。

4.3水深動態維護方式

假若運用靜態維護方式達到11m的港區測量水深時，有必要維護港區水深可以備淤達到9.91～10.42m，對維護周期延長1月左右，不僅能夠對維護次數有效減少還可以有效降低維護工作成本投入。但是考慮到疏浚施工中由于存在不確定因素較多，因此對施工產生較大干擾通過結合具體試挖情況與港區挖深、土質，對疏浚技術參數不斷優化，確保達到生產率最優化。

5.結語

總而言之，通過將與港區疏浚工程實際情況相符的適航水深維護疏浚技術模式，運用于疏浚工程中能夠達到動態化的水深維護成效，并對港區的疏浚維護周期有效延長，真正降低疏浚成本并減少港區的口門及內部淤泥量，降低年疏浚維護次數提高疏浚工程整體成效。

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