淺水海域絞吸挖泥船拋吹聯合施工技術

王杰，王雪輝

（中交上航（福建）交通建設工程有限公司，福建 廈門 361028）

0 引言

絞吸挖泥船作為航道疏浚和吹填造陸的重要的船舶設備之一，應用非常廣泛。絞吸挖泥船聯合供砂船能夠將挖、運、吹一次性完成，實現連續不間斷施工，具有高效率、低成本的特點。在施工中，如何針對工程特點，進行精細化施工管理，是實現絞吸船高效低成本施工的重要因素。

目前，與絞吸挖泥船施工技術相關的研究已經取得了較多成果，主要分為以下幾個方面：

在絞吸工藝管理方面，方曉敏[1]針對廈門蓮河工程特點，確定了施工工藝流程。劉昊[2]等針對曹妃甸煤碼頭疏浚工程，通過分析工藝參數開展施工優化。劉恩偉[3]通過優化施工參數，加快了馬來西亞碧桂園疏浚工程施工進度，節約了施工成本。

在特殊土質疏浚方面，張亞楠[4]等、戴劍波[5]等針對連云港30萬噸級航道一期工程為例，分別開展了絞吸挖掘方式和輸送理論研究、黏土夾鈣混合土質輸送技術。

在絞吸船與其他船舶聯合施工和遠距離輸送方面，劉心勝[6]等采用絞吸挖泥船和接力泵船串聯施工技術，增加了輸送距離，提高了施工效率。

雖然當前已開展了很多絞吸施工技術應用的研究，但是對絞吸與其他船舶聯合施工方面的研究較少。由于國家對疏浚環保的要求，砂源情況的變化等原因，采用外海取、運，近海拋、吹的聯合施工越來越多。在施工時，需要根據具體施工流程，合理安排絞吸船和拋砂船，在保證時間利用率的前提下，提高拋砂、吹填施工匹配，對施工技術與控制要求高。

本文針對古雷增填沙工程拋吹聯合、吹填強度高、以及在淺水海域原灘面直接拋砂等特點，通過供砂與疏浚參數的動態控制、絞吸挖泥船和自卸砂船的網格化布置等施工技術創新，保證了拋砂、吹填施工效率與時間利用率，實現了工程效益最大化，可為今后類似工程提供一定的參考。

1 工程概況

福建漳州古雷煉化一體化項目百萬噸級乙烯及下游深加工裝置主廠區場地增填沙工程（簡稱為古雷增填沙工程）總面積508.08萬m2，填砂總工程量1 078.52萬m3。由于現場條件的限制、施工情況的變更以及業主對工期的要求，在工程的實施過程中，主要存在以下特點：

1）工程所需填砂主要由外海取砂，需要采用自卸砂船在拋砂區拋砂、絞吸船吹填上岸的拋吹聯合施工技術。

2）項目由原設計開挖儲砂坑后拋砂變更為在儲砂坑南側水海域原始灘面設置拋砂區，底高程-4.5～-7.5 m，平均水深約5.8 m，施工面臨淺水無儲沙坑拋吹施工的技術挑戰。

3）工期進度緊，施工強度高。在4個月工期內，需完成1 078.52萬m3的吹填，單月最高施工強度達350萬m3，對拋砂-吹填的銜接等方面提出了極高的要求。

2 拋吹聯合施工工藝設計

2.1 拋填砂土質分析

根據GB/T 50123—1999《土工試驗方法標準》對古雷吹填砂的粒徑、表觀密度、貝殼含量、含泥量進行檢測。拋填砂的表觀密度為2.65 g/cm3，貝殼含量約9.5%，含泥量約0.5%，d50為0.59 mm。根據JTJ/T 320—1996《疏浚巖土分類標準》，工程土質為中粗砂。

2.2 施工船舶配置

根據土質分析結果，開展3 500 m3/h絞吸船現場試挖測試及分析，結果見表1。

表1 絞吸挖泥船試挖測試Table 1 Test of cutter suction dredger

本工程吹填量約270萬m3/月，根據工期要求、供砂強度、疏浚土質、施工效率等因素，確定在拋砂區布置新海豚2輪、新海鱷輪、新海鮫輪3艘3 500 m3/h絞吸船，并配置自卸砂船聯合施工。

2.3 絞吸挖泥船分區布置

根據絞吸船的挖寬、排距等施工參數，將拋砂區劃分為如圖1所示的3個施工區C1～C3，各區間設置2個緩沖區D1、D2。新海豚2輪布置在北側C1；新海鮫輪布置在C2，與C1間的緩沖區D1寬度100 m；新海鱷輪布置在C3，與C2間的緩沖區D2寬度200 m（新海鱷輪為三纜定位）。設置緩沖區使各絞吸船施工不相互影響，保證施工效率。

圖1 階段一拋砂區域示意圖Fig.1 Diagram of sand throwing area at stage 1

2.4 自卸砂船與絞吸挖泥船施工距離的確定

為保障施工安全，根據試拋后的水深測量結果，拋填砂主要堆積在拋點為圓心，半徑約50 m的圓形區域內。因此將自卸砂船和絞吸船的施工距離設置為50 m。保證絞刀下放后從砂堆邊緣開挖，避免絞刀后方砂堆造成絞吸船擱淺。

2.5 聯合施工流程

根據拋砂區實際條件，絞吸挖泥船和自卸砂船聯合施工流程分為三階段：

1）階段一

如圖1所示，絞吸船進點前，自卸砂船開始拋一定量的砂（5 d吹砂量）確保連續施工。拋寬120 m，當砂堆底邊線到達儲砂坑西側邊線時，本階段拋砂完成，進入下一階段拋砂施工。

2）階段二

由于D1緩沖區寬度僅100 m，且受新海豚2輪和新海鮫輪橫移錨影響，自卸砂船進入拋砂無法保證施工安全，因此在新海豚2輪船尾、吹填管線北側設置臨時拋砂點（如圖2），拋砂約8萬m3。待新海豚2輪C1區域施工完成后，移船至臨時拋砂點施工，然后組織船舶進行新海豚2輪南側緩沖區拋砂，臨時拋砂點施工完成后新海豚2輪移船至緩沖區拋砂點施工。

圖2 階段二拋砂區域示意圖Fig.2 Diagram of sand throwing area at stage 2

新海鮫輪和新海鱷輪第二階段拋砂點在其南側緩沖區約120 m寬度內，待原C2、C3區施工完成后，移船至緩沖區拋砂點施工。

3）階段三

第三階段拋砂與第一階段拋砂區域一樣，絞吸船位于第二階段拋砂區域內施工，自卸砂船拋砂和絞吸船施工相互配合，各拋砂區循環利用。

3 絞吸挖泥船施工

3.1 絞吸挖泥船布置

工程拋砂區水深較淺，且存在-2.5 m的淺點，絞吸船進點施工存在擱淺風險，嚴重影響施工安全與效率。針對這一問題，施工前進行詳細的水深測量，在淺點位置設置浮標，并將水深圖下發至絞吸船，進行詳細的技術交底，確保施工安全。

根據施工富余水深要求，將絞吸船安排在水深-5.0 m位置，保證安全的同時使絞吸船初始施工位置盡量靠近東側，絞吸船自東向西施工，實現自卸砂船拋砂范圍最大化。

3.2 絞吸船施工流程

1）儲砂坑水深較淺，底部為淤泥質原灘面，在拋砂過程中，淤泥受到擠壓隆起，在砂堆周圍形成淤泥包，增加自卸砂船進出難度和船舶擱淺風險。

針對該現象，高頻率定期測量水深（如圖3），并將淺點標記后反饋給絞吸船及現場調度人員，安排絞吸船通過增加挖寬，改變開挖方向等措施掃除淺點，為后續拋砂掃清障礙。

圖3 拋砂區水深及船位布置圖Fig.3 Water depth and ship location layout of sand throwing area

由于拋砂擠壓，儲砂坑淤泥面降低，絞吸船掃除淺點后儲砂坑水深增加，后續拋砂時間利用率和砂量顯著提高，由日均拋砂8 h增加到24 h，有效保證了絞吸船施工。

2）拋砂形成的臨時儲砂堆高度較高，絞吸船施工時砂堆容易坍塌，造成絞吸船燜車甚至擱淺，并造成吹砂濃度忽高忽低，影響施工效率。

在控制自卸砂船拋砂姿態的同時，定期測量砂堆，絞吸船根據測量數據進行合理分層及前移速度的控制，避免燜車等現象，提高施工效率。

4 自卸砂船施工

4.1 自卸砂船船型參數與供砂強度

由于水深較淺，且拋砂區南側淺點較多，自卸砂船需要乘潮施工。施工中根據水深情況、拋砂位置動態組織不同吃水深度的自卸砂船進場：

1）施工初期3 500～5 000 m3自卸砂船5艘，7 000～8 000 m37艘，10 000 m31艘，日均拋砂時間約7 h，日均拋砂量約9萬m3；

2）施工后期調整為2 000～3 000 m3自卸砂船7 艘，3 500～5 000 m3船 3 艘，7 000～8 000 m3船7艘，10 000 m3船1艘，日均拋砂時間增加至約8 h，日均拋砂量增加至約14萬m3。

施工中根據水深變化，動態調整自卸砂船船型，充分利用潮水及施工區域水深，合理組織不同吃水船舶運砂，以大船主拋、小船補拋；淺水小船拋、深水大船拋；低潮小船拋、高潮大船拋為原則，施工效率與拋砂量顯著提高。

4.2 聯合施工中的連續性施工管理

1）設置儲備砂

自卸砂船受水域環境影響較大，不能保證連續供砂。為保證施工連續性，合理安排取砂及拋砂，根據天氣情況增加自卸砂船數量，增加儲砂富余量，保證絞吸船不會因為無砂可用而停工。

2）拋砂管理

加強現場自卸砂船管控，嚴禁漏拋、亂拋造成施工區淺點，進而影響后續自卸砂船進出拋砂。

3）充分利用緩沖區

緩沖區既作為絞吸船橫移錨拋錨區域，又作為絞吸船施工安全緩沖區，更是下一階段拋砂作業面，實現儲砂坑循環利用，保證施工的連續性。

4.3 自卸砂船網格化拋砂技術

為提高在狹窄拋砂水域的施工效率和安全，創新的提出了網格化拋砂施工技術。如圖4所示，將施工區域劃分為100 m×120 m的方格網，拋砂時依次拋滿方格，既能更好的指揮自卸砂船拋砂，又能保證砂堆形狀規則，提高絞吸船施工效率。

圖4 拋砂區網格化管理分區圖Fig.4 Grid management partition map of sand throwing area

調度中心前移現場指揮自卸砂船進點，進點后將指揮權交給相應的絞吸船，絞吸船指揮自卸砂船調整船位，控制拋砂位置及高度，調度中心與絞吸船配合完成對自卸砂船的指揮工作。

施工中定期進行砂堆及水深的測量，根據測量數據及時調整拋砂位置及高度；同時將測量數據反饋給絞吸船及自卸砂船。

4.4 自卸砂船安全管理

由于拋砂區水域狹窄，并存在淺點，因此對聯合施工的安全管理提出了非常高的要求，針對這些情況，制定了以下安全管理措施：

1）設置準入制

施工前對自卸砂船進行詳細的檢查，對船員進行交底教育考核，船況良好、服從指揮、操控技術過硬、考核通過的船舶準許進場施工。同時在施工過程中邀請海事局專家對船員進行培訓，提高船員職業技能，施工中對船舶進行不定期檢查及日常觀察復核，對不服從命令、不聽從指揮的船舶堅決予以清退。充分保證船舶隊伍的可靠性，將安全風險降到最低。

2）設置雙中心管理機制

分別設置岸上和水上調度中心，雙調度中心分工合作。岸上調度中心負責項目部與船舶的聯系、船舶動態記錄等日常事宜；水上調度中心負責現場施工，與自卸砂船和絞吸船保持24 h高頻暢通，實時實地關注現場施工動態，根據潮位、自卸砂船吃水深度和各絞吸船儲砂情況安排自卸砂船進點，保證施工安全的前提下實現精準拋砂。

3）實行航行報告制度

自卸砂船航行到六號燈浮（進出2次）、進點拋砂、拋砂結束共4次報告；航行過程中實時監控船舶動態，對未報告及未開啟AIS的船舶按制度進行處罰。通過手機聯系群實時傳達重要氣象信息、安全注意事項、重大交通情況等，信息化管理，保障船舶施工安全。

4）根據水域氣象條件動態控制施工進度

現場調度及絞吸船密切關注現場天氣及拋砂過程中自卸砂船姿態，保證自卸砂船和絞吸船間的安全距離，遇到突發情況及時聯系自卸砂船進行調整甚至停止拋砂退出儲砂坑。

5 結論與建議

本文針對福建古雷增填沙工程拋吹聯合、施工強度高、淺水海域原灘面直接拋吹施工等特點，在施工中，通過供砂與疏浚參數的動態控制、絞吸挖泥船和自卸砂船的網格化管理等創新施工技術，保障了工程的順利實施，得到了如下結論：

1）通過合理布置絞吸船船位，合理安排不同吃水深度的自卸砂船拋砂，制定相應的管控措施；

2）根據工期要求、砂質條件、拋砂區水深情況，及試挖情況確定絞吸船和自卸砂船的數量，合理布置各施工船舶，提出三階段的施工流程；

3）施工中對拋砂區水深和儲砂高度動態測量，減小了淺點和塌方對施工安全和效率的影響；

4）在拋砂施工中，合理配置自卸砂船，在控制堆砂高度的基礎上合理倍砂，保證充足的供砂量和施工效率；創新的提出了網格化拋砂施工技術，將絞吸船施工區域劃分為100 m×120 m的格網并編號，拋砂時依次拋滿各方格，提高了在狹窄拋砂水域的施工效率和安全；

5）施工中依然存在自卸砂船管理不規范、缺少定位設備、砂方測量精度不高等問題，建議在今后的施工中加強教育考核機制，采用三維激光測量等新技術復核倉容量，并安裝設備定期更新砂船水深數據，保證航行安全和拋砂精準度。