平板駁輔助耙吸挖泥船對碼頭前沿浮泥施工工藝

李松濤,譚元譯

(1.中港疏浚有限公司，上海 200120；2.中交上海航道局有限公司，上海 200002)

1 工程背景

馬來西亞關丹新深水港是以支撐配合“一帶一路”重點項目馬中關丹產業園區的發展、為入園項目提供優良的港口物流服務、打造以“港—產—園”格局為目的的基建港口工程。本工程港池區域設計水深16 m，泊位區域設計水深18 m，航道區域設計水深17 m?？紤]到耙吸挖泥船的安全施工距離及操作性能限制，距離碼頭前沿30 m以內，靠近碼頭水工建筑物的泊位區域前期采用抓斗船施工至設計水深。但在后期的施工檢測中發現碼頭前沿30 m范圍已施工區域有明顯回淤，抓斗施工難以滿足質量要求。通過測量錘、單波束測量、多波束測量數據及現場取樣比對判斷回淤土質為浮泥，該區域浮泥清除作業成為難點。

2 工程難點

2.1 浮泥生成原因

本工程合同要求驗收采用多波束高頻測深儀，其反射面為水與淤泥的交界面。大量實測資料表明，反射面的淤泥密度約為1.03 t/m3[1],即淤泥密度達到此值時，多波束信號將無法繼續向下穿透。經取樣驗證，碼頭前沿浮泥密度約為1.10～1.36 t/m3，導致現場多次測量多波束無法穿透浮泥層。通過對比測深錘及高頻多波束測深數據發現部分浮泥層厚度達2 m左右(圖1)，陰影部分表示浮泥厚度。

圖1 碼頭前沿浮泥情況

浮泥生成的主要原因：

1)碼頭前沿區域前期開挖基坑已至18 m，而港池水深大多在13～14 m，水深落差大，導致自然落淤。且此前碼頭水工建筑物尚未完成，多艘碼頭施工船舶作業，未能施工。

2)港池疏浚土質主要為黏土及淤泥，一方面耙吸挖泥船港池施工擾動細顆粒泥沙懸揚，使其隨水流運移到碼頭前沿掩護區落淤；另一方面，海床表層未懸揚淤泥軟化后在水平方向流動、聚集，形成高含沙水體后在重力作用下向碼頭前沿較深區域運移而形成浮泥[2]。

3)受防波堤掩護，港池內水流緩慢，聚集在碼頭前沿深槽處的浮泥無法隨水流帶出[3]，從而形成浮泥帶。

2.2 常規施工工藝問題

2.2.1耙吸船施工

耙吸船主要適用于開闊水域，但因目前碼頭水工建筑已基本完工，如果采用耙吸船施工碼頭前沿，受船體擠壓及船行波影響，船體與碼頭結構物之間的狹窄區域水體將高速流動，產生岸吸作用。耙吸船巨大的船體在狹窄水域本就不易操控，岸吸作用很有可能導致船體與碼頭結構擦碰。其次，碼頭前沿水深較小，淺水中的船體下沉及縱傾變化比深水中明顯。水深較小時，船體周圍的水位下降現象范圍更大，加之淺水區孤立波的影響，船體下沉及縱傾變化比深水中更為激烈，嚴重時會導致船底擦碰海底的事故[4]。

除以上因素外，耙吸船近岸航行時還將受到風浪的向岸頂推作用，施工風險進一步提高。因此耙吸船單獨施工方式可行性不高。

2.2.2抓斗船施工

抓斗船主要適用于不同硬度的疏浚土質，但是對于流態的浮泥效果很差，一般只能抓平斗，高出平斗部分浮泥會在抓斗出水前流失[5]，有效方量較低。施工時需要錨纜定位,同時需要泥駁及拖輪配合施工，對耙吸船施工港池造成交叉影響。并且抓斗船實際施工過程中受抓斗擺動影響，船舶搖晃幅度較大，不利于質量控制，且潮位不足時還會有撞擊碼頭樁基的危險。

2.2.3泵吸船施工

本次采用的泵吸船為一艘配有挖泥泵的80 t吊車駁船，采用水下泵對浮泥泵吸，然后通過排泥管輸送至指定區域。因關丹港當地條件限制，排泥管線較短,只能將碼頭前沿的浮泥輸送至港池區域，需要耙吸挖泥船進行二次倒運，效率損失嚴重。實際施工過程中因為泵吸船設備老化，故障頻發，時間利用率低至20%。同時由于泵吸作業的不連續性，已清淤區域很快再次回淤，施工效果較差。

2.3 耙駁聯合施工工藝

針對現場情況，采用平板駁輔助耙吸挖泥船的施工工藝解決碼頭前沿浮泥施工難題。平板駁作為耙吸船與碼頭水工建筑物的緩沖，一方面控制了耙吸船與碼頭前沿的相對距離，規避了岸吸作用可能帶來的碰撞風險；另一方面有助于穩定耙吸船船位，減少船體因縱傾變化與海床刮蹭的可能性，使耙吸船得以充分發揮其大功率泥泵的優勢，碼頭前沿浮泥的清除效率較泵吸船大幅提高。另外，投入施工的萬方耙吸船具有艙容大、能高效自航自卸等優勢，使其每次都能吸運大量浮泥，且整個清淤過程連續、無須二次倒運，時間利用率及回淤影響較泵吸船有明顯改善。

2.3.1駁船選型

駁船選型為本工藝順利實施的關鍵，選型時須考慮以下幾點：

1)最好選用平板駁，因為平板駁遮擋物少，可以防止在耙吸船外推耙管時影響施工安全。駁船的兩側應具有防撞設施。一方面保證駁船在與耙吸船靠近時防止因為慣性造成碰撞損傷；另一方面在施工過程中如果駁船貼近或者撞擊碼頭橡膠護舷時能夠起到緩沖保護作用。

2)駁船尺寸要求。長度方面，須考慮駁船能夠與耙吸挖泥船纜樁的平面位置進行匹配。輔助駁船采用3條纜繩與耙吸船固定，如圖2所示。不同耙吸船的3個纜樁的位置會不同，駁船的長度應該與艏艉纜樁間距接近，此時兩船綁靠最為緊密。駁船長度太大會影響耙管正常上下耙架；如果長度太小，通過3個纜樁系綁的纜繩過長，導致駁船與耙吸挖泥船連接不夠緊密，施工過程中受風浪及操作影響較大。寬度方面，須考慮到耙吸船對碼頭前沿的施工安全以及最大施工距離:如果駁船寬度太大，耙吸船與碼頭前沿距離太遠，無法施工碼頭前沿最內側區域；如果駁船寬度太小則起不到有效的安全保護作用，極易造成疏浚設備受損。

圖2 平板駁與耙吸船系綁

3)優先選擇有自航能力的駁船，因其具有良好的操作性能，在綁靠過程中更加靈活方便，節約時間。平板駁與耙吸船施工見圖3。

圖3 平板駁與耙吸船施工

2.3.2工藝流程

駁船先靠泊碼頭就位，然后耙吸船緩慢靠近駁船，駁船立即通過3根纜繩綁靠耙吸船[6]，待綁靠完畢后，解除駁船碼頭全部纜繩，由耙吸船挾帶駁船沿碼頭前沿方向正倒車吸取浮泥。在耙吸船航行施工時，駁船靠近碼頭內側兩端各安排工作人員觀察駁船與碼頭橡膠護舷的間距。相距較近時及時提醒耙吸船的駕駛員做好船位控制，保證施工安全。裝艙完畢后解纜，耙吸船重載航行至拋泥區卸泥，駁船則系靠在碼頭上等待下次作業。施工流程如圖4所示。

圖4 施工流程

2.3.3操作關鍵技術

1)纜繩長度的控制。因為駁船與耙吸船系綁時耙吸船為空載，船舶吃水較小，兩船的高低落差大，此時系綁的纜繩較長。裝載過程中耙吸船吃水變大，兩船的的高低落差逐漸變小，最終平齊，整個過程中纜繩松動，須根據纜繩的松緊程度進行調節，保證駁船始終與耙吸船緊靠。

2)裝艙不溢流施工。耙吸挖泥船提前進行抽艙，排除艙內余水，輕載至碼頭前沿浮泥區域上線。采用裝艙不溢流施工方法，確保耙吸船最大裝艙量，防止溢流出的泥漿再次在碼頭前沿落淤。

3)延長裝艙時間。本工程投入的耙吸式挖泥船為“新?；?”輪，泥泵轉速為213 r/min,泥艙容量11 888 m3，雙耙施工約20 min滿艙溢流，單耙施工約40 min滿艙溢流。在采用雙耙施工的情況下外擋耙不能施工浮泥的有效區域，為了延長裝艙時間，采用單耙施工，減小進艙流量并將溢流井調至最高位置，以保證裝艙量最大化。

4)關閉高壓沖水。耙吸挖泥船的耙頭具有由入流管路、水箱和噴嘴組成的垂直高壓沖水系統。在施工過程中利用該系統噴射的水流能夠對待挖沉積物進行沖刷與疏松,為耙頭的挖掘進行預處理[7]。但考慮到浮泥細顆粒較小易擾動的特性，施工過程中應關閉高壓沖水，避免對浮泥層過多擾動。

5)駁船與碼頭建筑物的距離控制。對于駁船與碼頭建筑物距離的把控是一個難點：如果距離太近，駁船和耙吸船會因為慣性嚴重擠壓碼頭前沿的護舷，造成護舷掉落，船體受損，操作不當甚至會導致耙管伸入水下立樁造成折斷；如果距離太遠，則泵吸作用有限，無法吸取碼頭底部浮泥，影響施工質量。根據現場經驗，保持耙頭與碼頭距離為3～5 m時吸取浮泥效果較好。在船舶操作技術允許的情況下，可以將船尾壓向碼頭以施工碼頭底部浮泥。

6)施工航行速度控制。碼頭前沿施工盡可能降低航速，保持低速穩定航行，提高船舶的操作性能。本次施工航速控制在0.1～0.5 kn，浮泥進艙密度保持在1.10～1.30 t/m3，有效地保證了高濃度的進艙泥漿。

7)施工質量控制。結合耙吸挖泥船疏浚自動化監控系統中的施工軌跡線，合理地進行分條分帶施工，防止漏挖。加強測圖頻率，及時更新水深圖，根據浮泥層厚度情況控制下耙深度，分層開挖，逐步增深。施工過程參數見表1。

表1 施工過程參數

2.3.4施工效果

1)施工效率。碼頭前沿區域平均水深由16.73 m增大至17.91 m，增深1.18 m?？紤]碼頭前沿存在護底拋石，水深情況已經滿足驗收要求。此次挖泥量(測圖)為14 785 m3，施工時間為41.8 h，平均施工效率為353.72 m3/h。施工效率分析見表2。

表2 施工效率

2)經濟效益。耙吸挖泥船消耗燃油按照運轉時間41.8 h計算，消耗燃油83 t，生產方量及燃油消耗比為178.1 m3/t。施工當月油價為人民幣3 224元/t,消耗成本為26萬元。若采用當地泵吸船施工，設備調返遣成本需要42萬元，泵吸單價為15.8元/m3,實際生產方量按14 785 m3計算，使用泵吸船施工成本將達到65萬元。本施工方法節約成本39萬元，經濟效益明顯。

3 結語

1)近岸施工易受岸吸、岸推以及風和流的影響，船舶不容易控制，存在安全隱患，因此對船舶駕駛人員的操縱技術水平要求較高。同時，須結合現場實際情況，制定安全施工應急預案，保證施工安全。

2)利用平板駁輔助耙吸挖泥船施工時須將駁船與耙吸船進行系纜、解纜，該工序較一般的耙吸挖泥船的施工流程復雜，施工過程中須加強駕駛員與系解纜工作人員的溝通，做好綁靠與施工的銜接，減少停滯時間。

3)通過將平板駁與耙吸挖泥船綁靠挾帶施工，平板駁充當耙吸挖泥船與碼頭水工建筑物的緩沖，一定程度地規避了近岸作業可能帶來的碰撞風險，可充分發揮耙吸船的施工效率，在節約施工成本的同時大大加快了施工進度。