大型耙吸船受限區(qū)域施工工藝研究

余洪強 中交水利水電建設有限公司

在耙吸船疏浚施工中由于航道設計的多樣性和水深環(huán)境的復雜性，經(jīng)常會遇到需在受限區(qū)域施工的情況，特別于大型耙吸船來說，受限區(qū)域施工難度和安全風險都急劇增大。受限區(qū)域根據(jù)類型可以分為單側受限和多側受限，以往遇到受限區(qū)域通常采用船型更小的耙吸船進行施工，但是在海外施工中由于船舶資源有限，并且受限區(qū)域往往是業(yè)主急需疏浚的區(qū)域，所以如何利用現(xiàn)有設備對受限區(qū)域進行疏浚是一個急需解決的問題。

新海虎9輪是中交水利水電建設有限公司自有的10,000m3自航耙吸挖泥船,有艏吹裝置，船長130.3m，船寬27m，2016年2月5日進入巴西巴拉那瓜港施工。在施工期間多次遇到受限區(qū)域施工的情況，經(jīng)過不斷地摸索與嘗試，從多個方面優(yōu)化工藝，最終圓滿的完成了全部區(qū)域的施工任務。

1.工程概況

巴拉那瓜港口是世界上最重要的海上貿(mào)易中心之一，是巴西第二大港。2017年2月13日由中交上海航道局承建的巴西巴拉那瓜基建疏浚工程開工。

該工程由巴西共和國港口總統(tǒng)秘書處出資，在原航道基礎上的拓寬、增深，航道全長34.546千米，分為Alfa、Bravo1、Bravo2、Charlie1、CHarlie3、Surdinho六個區(qū)段。設計水深14.5-16.5米，設計超深0.2米。合同工期為17個月，工程量為1799萬立方米，合同總價6.6億人民幣。

圖1 需要施工區(qū)域圖像（14.5米水深過濾）礁石輪廓（13.0米水深過濾）

Surdinho區(qū)段為一個不規(guī)則的進港航道，航道總長為1470米，最大寬度255米，最小寬度165米，與主流向夾角為17°，北側有不規(guī)則礁石，南側為碼頭。航道為感潮河段，潮汐為不正規(guī)半日潮，最高潮位1.8m，最低潮位-0.2m，平均流速2節(jié)。由于在該工程中投入的耙吸船為萬方艙容的大型耙吸挖泥船新海虎9輪，船舶尺寸大，船舶姿態(tài)控制難度高，同時施工區(qū)域狹窄，工前槽底起伏大，存在硬底質(zhì)的礁石區(qū)域，航道兩側均有障礙物，且流壓角大，在施工該區(qū)域時，極易出現(xiàn)壓耙、耙頭斷齒甚至是耙管斷裂的現(xiàn)象。在這些不利條件的影響下，如何安全高效完成該區(qū)域的施工成為項目部施工過程中一個關鍵控制點。

2.工藝優(yōu)化路線

2.1 采用多波束測量方法精確繪制工前圖

多波束測深系統(tǒng)，又稱為多波束測深儀、條帶測深儀或多波束測深聲吶等，最初的設計構想就是為了提高海底地形測量效率。與傳統(tǒng)的單波束測深系統(tǒng)每次測量只能獲得測量船垂直下方一個海底測量深度值相比，多波束探測能獲得一個條帶覆蓋區(qū)域內(nèi)多個測量點的海底深度值，實現(xiàn)了從“點—線”測量到“線—面”測量的跨越，其技術進步的意義十分突出。巴拉那瓜項目部采用的是RESON 7125多波束測深儀，測量深度0.5米到400米，具有512道波束數(shù)，水深分辨率6毫米。為了兼顧測量效率和精度，測量過程中調(diào)整發(fā)射器開角為120度，測區(qū)平均水深按照13米計算，一次可以掃測45米寬度的地形，經(jīng)水深處理后，形成精確的1m×1m間距的水深文件。在Surdinho區(qū)域開工之前，對該區(qū)域進行了多波束掃測，并根據(jù)掃測結果對水下礁石區(qū)域進行了進一步的確認。將水深文件按照13.0米的目標水深過濾后得到礁石輪廓位置圖如圖1，可以指導施工，避免耙頭進入礁石區(qū)域，導致耙頭損傷。

2.2 采用DGPS高精度定位信號指導施工

目前民用普通GPS系統(tǒng)提供的定位精度是優(yōu)于10米，工程開工之前，考慮到現(xiàn)場實際的情況，需要進一步提高定位精度，確保安全施工。我們通過對比采用了偽距差分原理的信標差分信號，其定位精度可以達到米級。再運用先進的SCADA系統(tǒng)，通過耙臂位置傳感器中的數(shù)據(jù)修正，計算出實時的耙頭水下位置并顯示在監(jiān)測屏幕上，從而指導駕駛員及時修正船舶航向，實現(xiàn)精確下耙，防止耙頭與水底礁石碰撞。

2.3 合理采用分帶施工區(qū)域

將施工區(qū)域分為三個平行航道的施工帶，其中航道兩側的施工帶安排在白天施工，中間帶夜間施工，排班上兩側帶以大副、二副班為主，中間較為安全的帶以三副班為主。新海虎9輪的耙頭寬度為5米，但是加上大功率泥泵的作用，實際一次過耙影響寬度可達10米，所以在每個施工帶預先排布10米間距作業(yè)線，指導駕駛員施工。

2.4 根據(jù)流向合理安排施工區(qū)域

施工區(qū)域為感潮河段，潮汐為不正規(guī)的半日潮，每天轉(zhuǎn)流頻繁，由于施工區(qū)域狹小，如果船速過大，將大大增加船舶的控制難度，耙吸船施工中優(yōu)先采用頂流施工，頂流施工舵效好，易于控制船向、船位，施工安全。順流施工船舶受水流助推，可以用較小的推進功率獲得較高的對地航速，挖泥效果相對較好，但是舵效差，若航速較快往往難以控制避讓，如果遇到水底障礙物，對耙頭耙管更不利。所以在施工安排上順水施工航道中間，頂水施工航道兩側的方式，這既確保了施工安全也利用了順水航向的效率。

2.5 采用進倒車施工工藝

施工區(qū)域由于航道寬度不足，北側為礁石區(qū)域，南側為碼頭，雙側受限，同時流壓角大，無法在施工區(qū)域內(nèi)部完成調(diào)頭。此外，施工區(qū)域西側為集裝箱碼頭泊位，該泊位常年有船只靠泊，東側為單向航道，港口繁忙，每天平均6-8艘船舶進出，如果耙吸船在西側港池或者東側航道進行頻繁調(diào)頭的話，將影響到港口的運營。為了盡量減少施工對于港口生產(chǎn)的影響，我們采用調(diào)頭施工和進倒車施工相結合的方法，在分散淺點區(qū)域選擇進出口船間隙采用常規(guī)調(diào)頭施工工藝，在淺點集中區(qū)域采用進倒車施工工藝，采用進倒車工藝不僅減少了調(diào)頭期間的無效施工時間，同時由于耙頭在淺點集中區(qū)域進行來回往復地開挖，還大大的提高了淺點的清除效率，節(jié)省了施工時間。

2.6 合理調(diào)整波浪補償器壓力

波浪補償器系統(tǒng)是一套自動控制系統(tǒng)，可使耙吸挖泥船在海面有波浪或水底地形有起伏的情況下使耙頭始終貼緊水底泥面。通過波浪補償器的自動調(diào)節(jié)作用使耙頭始終保持對水底泥面一定的壓力。由于存在礁石區(qū)域，為了防止船舶操控失誤導致耙頭鉤掛礁石，從而發(fā)生耙頭損壞甚至耙管斷裂的事故，必須對波浪補償器進行合理的調(diào)整。波浪補償器的壓力降低，可以在遇到淺區(qū)的時候迅速的彈起，防止耙頭鉤掛礁石，但是過低的壓力會導致耙頭對地壓力不足，破土力降低，導致挖泥效率降低，經(jīng)過多次試驗我們將波浪補償器行程調(diào)整至三分之一處，壓力為4.0MPa，遇到礁石時可以有效彈起，同時保持了一定的破土力。

3.施工效果

經(jīng)過上述工藝優(yōu)化之后，在Surdinho施工期間未發(fā)生一起險情，同時施工區(qū)域多波束1米測點的驗收結果為槽中合格率100%，邊坡合格率98%，達到了合同要求的驗收標準。

雖然大型耙吸船在施工碼頭受限水域時難度極大，但通過對風險因素、船機性能的分析研究，進行工藝優(yōu)化，細化部署后，證實大型耙吸船能夠在施工水域受限的條件下，良好地完成合同中規(guī)定的施工任務。

4.結束語

海外工程與國內(nèi)工程不可同日而語，在無法得到國內(nèi)有效支持的情況下，只能依靠船舶充分發(fā)揮主觀能動性，積極開拓創(chuàng)新，優(yōu)化工法和工藝，將船舶的性能發(fā)揮到極致，才能實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。