大型耙吸船與刮板式耙平器在淤泥底質航道的聯合施工應用

胡仲強

摘 要：大型耙吸船在淤泥底質航道掃淺施工時，存在超挖方量多、上線精度低的現象，從而導致掃淺效率低。攜帶聯合刮板式耙平器的整平船因其船型較小，可以有很高的上線精度，加之“削高補洼”的施工特點正好可以利用起耙吸船超挖產生的深槽，從而達到理想、高效的整平效果，最高可達1600m3/d。本文就巴西巴拉那瓜和安東尼娜港五年維護疏浚工程整平船聯合耙吸船掃淺施工的應用進行闡述。

關鍵詞：耙吸船 整平船 淤泥底質航道 掃淺 質量控制

大型耙吸挖泥船因其艙容量大的特點，廣泛用于拋泥區或取沙區距施工地點較遠的工程，考慮到裝載效率，通常會配置與艙容相對應尺寸的吸泥管和耙頭，以及在施工時使用較高功率的泥泵和高壓水泵。這種特性在疏浚淤泥底質航道時有著很高的效率，一次過耙就可以到達非常可觀的增深效果。

但是在疏浚過程中，由于復雜水流條件的影響、航道地形的限制、測量不及時以及船舶定位誤差等因素，會導成大量分散淺點。掃淺施工階段，耙吸船必須依靠精準走線才能使寬度很小的耙頭挖到淺點，而且走線痕跡必須達到相當高的覆蓋程度才能使淺點逐漸減少直至清除，這是一個投入產出比極低的作業過程。

同時耙吸船為了消除分散淺點會反復上線，導致局部超挖，產生廢方。而利用刮板式耙平器整平船可以有效的進行削高補洼，船舶成本也大大低于耙吸船運行成本。

巴西巴拉那瓜和安東尼娜港五年維護疏浚工程在進行淤泥底質航道掃淺施工時，通過優化耙吸船和整平船的施工工藝，合理調配耙吸船與整平船的下耙深度，達到了很高的掃淺效率，節約了船舶成本。本文就大型耙吸船聯合刮板式耙平器整平船在淤泥質航道的整平施工進行闡述說明。

1.工程概況

巴西巴拉那瓜和安東尼娜港五年維護疏浚工程位于巴西巴拉那瓜灣內，是巴西第二大港，本期施工區域為上游Delta航道，設計深度為8.8m，超深0.2m。施工區域受環保限制，不允許進行溢流作業，拋泥運距達33海里，且存在環保窗口期，年度施工工期短。驗收要求為單波束10米間距，槽內0淺點，邊坡95%合格，驗收要求高，施工難度大淺效率，優化掃淺工藝，節約工期成本，探索采用了耙吸船聯合整平船進行掃淺施工。

2.整平船結構及工作原理

整平船為拖輪懸吊刮板式耙平器改裝而成，船長31m，船寬10m，主機功率2400Kw，抗風浪能力較強。耙平器為鋼構構造，重量為1.9噸，寬度為12m，長度為1.9m，船上配置一臺吊機和一組絞車，耙平器通過絞車伸出的兩條鋼纜懸吊于船尾的鋼樁上。整平船構造如圖1、圖2所示：

整平船通過豎向鋼纜控制下耙深度，通過橫向鋼纜限制耙位和角度，船頭頂部安裝GPS及潮位遙報儀，根據GPS安裝位置與耙相對位置計算實際耙位，船內配置絞車操作平臺及監控系統。施工時航速為2節，根據整平標高和潮位及時調整耙平器的鋼纜長度，通過“削高補洼”壓茬前進。整平船在垂直航道方向施工時，采用調頭巡回施工的方式，在水域較窄不能調頭的區域采用前進時下耙削高，后退時起耙。

3.施工步驟及技術要求

3.1耙吸船施工

由于整平船只能整平，不能長距離搬運，故在整平船掃淺施工之前需要耙吸船先將區域內大部分方量進行搬運。查詢相關文獻并結合現場試驗得出：剩余淺點工程量要少于實際超挖工程量的70%，即確保航道已超挖區域理論上可以全部容納淺點區域淤泥，整平船才能有很好的掃淺效果。對于淺區集中，或者淺點高度大于60cm的區域利用耙吸船進行開挖，確保將大體積的淺區割裂，耙吸船施工過程中盡量采用S形走線，確保淺區被打斷。超挖量必須滿足容納體積需求，否則將造成厚度較薄的大面積淺區，反而增大掃淺工作量。

3.2整平船施工

待耙吸船把淺區開挖出若干條均勻的深槽后，整平船開始入場施工，施工步驟如下：

（1）GPS及潮位遙報儀的安裝

經耙吸船施工后水下淺點變得細小并且分散，因此需要整平船的耙平器有很高的平面位置精度，通過架立GPS天線和量測的船型數據可以確定耙平器的位置。GPS安置于船舶高點，便于信號的接收，根據GPS安裝位置、耙與船的相對平面位置修正耙平器實際位置。

施工區域潮汐為不規則半日潮，漲、落潮流速大，漲潮時、落潮時短，為了嚴格控制下耙深度，需安裝潮位遙報儀，遙報儀天線架立于船頂，和GPS接收天線分開架立，遙報儀每隔5分鐘接收一次潮位信息，整平船根據潮位信息計算放纜長度。

（2）控制下耙定深

拖輪上配置耙平器深度自動計算系統，通過采集潮位數據后自動計算出放纜長度。施工區域設計深度為8.8m，控制整平船整平深度為8.8m～9.0m，下耙時先根據潮位計算深度，通過絞車監控系統下放至計算高度，系統根據下耙深度和角度會將水平限位鋼纜自動拉緊，并觀察鋼纜上的長度標記，校核下耙深度的準確性，確認無誤后開始施工。下耙不可過深，過深會導致淺點附近區域土方隆起，起到反作用。

（3）整平施工

耙深控制合格后，整平船開始對淺區進行整平施工，使用Hypack軟件采集GPS定位數據，導入航道背景圖和水深文件，實時顯示淺點位置和船舶位置，指導施工。整平時船速控制在2節左右。航道拖平施工分為兩種操作方式，一種是順挖槽方向進行拖帶，一種是垂直于挖槽拖帶。原則上應該采取垂直于挖槽進行拖平的施工模式，因為縱向開挖會形成縱向的壟溝，為了更有效地消除這種高低差，應該垂直于挖槽軸線方向拖耙。施工航道的寬度僅為110m，拖輪拖帶作業調頭頻繁。每次調頭均需要吊起耙平器，無效的時間比較多，時間利用率較低，但全部沿航道的軸線方向拖耙的掃淺效果又不佳，所以綜合考慮，施工的方向選擇為斜向大角度拖平。這種做法節約了調頭的時間，又能兼顧掃淺的效果。

在施工中遇到被水下有浮筒沉石等障礙物絆住的情況，要做好位置標記，在之后的施工中不可把土方攬到此處，防止產生土方聚集。

（4）測量檢查

每日整平后及時進行測量檢查，檢查方法為多波束1m間隔掃測，對每日航跡線區域進行測量。測量后當天出數據，并標記好淺點，發送整平船對淺點繼續進行整平，直到槽內無淺點為止。

4.施工質量控制

4.1耙吸船施工質量控制

在整平船進場前，耙吸船需在淺區內挖除若干條分布均勻的深槽，需滿足剩余淺點工程量要少于實際超挖工程量的70%，用于容納淺點土方量。

耙吸船在掃淺施工時需要將施工區域內大量土方搬運出去，滿足剩余淺點工程量為設計工程量的3%～5%時才可以有很好的整平效果。

耙吸船在前期施工時需對邊坡進行修整，嚴格按照設計坡度進行施工，不得產生坡度大、落差大的邊坡，防止后期施工產生邊坡土方塌陷。

4.2整平船施工質量控制

整平船在淤泥底質航道整平施工時有多處質量控制點，在施工中需加以控制，防止整平船產生反效果。

（1）不得在邊坡下耙

整平船施工特點為“削高補洼”，不能帶走土方。邊坡土方由于重力作用受擾動后可能會發生塌陷，從而在槽內產生淤積。施工中需在電腦上標記好坡腳線，嚴格控制整平船下耙位置，防止勾刮到邊坡的土方到槽內。

（2）每次停耙不能在同一位置

整平船施工的實質是區域內土方的平衡，類似于陸上的推土機。所以在下耙施工過程中不得每次都停耙在同一位置，防止方量聚集，產生淺點。

（3）注意放耙鋼纜的垂直情況

需時刻注意放耙鋼纜的垂直度，當耙齒碰到土質堅硬的區域時會產生垂直度偏移，施工中需保證垂直度偏差<5°，當偏角過大時立即停船檢查橫向限位鋼纜是否發生斷裂。

（4）下耙施工時嚴禁轉急彎

整平船在下耙施工時，要保證走線筆直，嚴禁轉急彎，下耙時轉彎半徑不得小于60m。遇到地形限制的，需提耙后才可進行轉彎。

（5）嚴控搭接寬度和下耙深度

為保證整平效果，需嚴格控制搭接寬度和下耙深度，平行走線時搭接寬度宜為1/2耙寬，下耙耙深誤差要滿足不小于設計深度，不大于設計深度+20cm的要求。

5.應用效果

5.1施工效率

由于當地環保規定，Delta區段要求零溢流施工，在此條件下使用大型耙吸船掃淺勢必會出現上線難度高、入艙濃度低、入艙方量少、拋泥頻次多的現象，可以認為基本每一船次都是空跑，與之相比，使用整平船聯合掃淺上線精度高，可24小時連續作業。以Delta1C區域為例，2.5天消除槽內分散的淺點約4000方，效率高達1600m3/d，遠遠超過耙吸船掃淺效率。

5.2經濟效益

經測算，整平船在的Delta區域施工6天，成本總計27萬人民幣，而同樣的下耙挖泥時間，新海虎9輪要11天才能完成該區域的掃淺，需要成本約350萬人民幣。以此計算，通過引入整平船聯合施工，在Delta區域就節約工期5天、成本323人民幣。該方法節約工期、節省成本，取得了良好的經濟效益。

5.3質量效益

通過嚴格控制下耙深度，合理進行施工部署，使得工程區域內淺點率、平整度大幅降低，產生了意想不到的效果，在短短幾日的施工時間內，就使該工程完全滿足施工的質量要求。

6.結語

使用耙吸船和耙平器整平船聯合施工技術可以有效地解決疏浚項目掃淺階段設備投入多，產出率低，時間長、成本高的矛盾，有效地縮短掃淺時間，降低掃淺成本，保障項目穩健通過驗收，使企業獲得能夠從容應對復雜的施工局面的技術能力，在技術層面上增強企業的競爭力。拖輪拖帶耙平器施工無水動力挖泥設備，對水下泥土的干擾極小，更有利于環境保護，此外，拖輪的油耗低，從節能減排的意義上來講，對企業乃至整個社會的貢獻都是非常有用的。

參考文獻：

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