自航耙吸式挖泥船深海挖管溝施工技術研究

劉少帥 李強 孫化利

摘要：闡明自航耙吸式挖泥船深海開挖管線溝槽的可行性。在日益激烈的疏浚趨勢競爭中，耙吸式挖泥船憑借其一次裝載量大、操縱性能靈活、多種施工方法的優勢脫穎而出。但對海底挖槽作業因受施工方法、工況、航運等因素影響一直是面臨的難題。本文通過對京唐港海底管道停輸改造項目預挖溝工程擬定良好的施工工藝，提高施工效率，保質保量按期完工的經驗案例。

關鍵詞：石油管線溝;自航挖泥船;施工管理;施工工藝

中圖分類號：U61? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1006—7973（2022）03-0120-03

1工程概況

1.1工程介紹

京唐港海底管道停輸改造項目預挖溝工程（文中稱本工程）。該擬建25萬噸級航道在里程約20公里處與海底雙層原油輸送管道存在交越，交越長度約573米，與航道夾角約45°。為保證該航道交越區域的管道安全，需要對海底管道的跨越區域進行改線。

1.2設計要求

本項目開挖至-26m，坡比1：5，沿軸線縱向坡比1：120，允許最大超寬3m，允許最大超深0.4m。

1.3質量要求

前期浚后水深達到-26m，泥面不留淺埂，平整度控制在0.4m 以內，橫坡和縱坡滿足設計要求。

1.4氣象條件

a 風況：6、7月份多 SSW 向，其大風出現頻率為9.87%;

b 潮汐：本港附近海域為不正規半日潮（歷年最高潮位2.91mc、歷年最低潮位-1.39m）.

c 海流：本海區潮流性質為不正規半日潮，潮流基本呈往復流形式。大潮實測最大流速為0.86m/s，流向為252°，小潮實測最大流速為0.66m/s，流向為64°。

1.5海底地質

由上到下分別：粉質黏土、粉土與粉質黏土互層、粉砂。

1.6泥土處理

拋泥區是以39°03′36″ N、119°06′01.8″ E 經緯度為圓心，半徑500m 的圓形區域，中心位置距施工區中心直線距離約6km。

2施工管理

2.1施工船舶選擇

本工程遠離岸線外海作業，風浪較大;最硬的地質層為中密粉砂;挖槽斜穿航道施工，距挖槽50m 位置有原石油管線運營中;作業不可以影響航道內船舶的航行;工期短，工程量大等特點。因挖槽窄（底寬僅有10m），挖距短，邊坡修整質量高，所以前期選用挖深大于-26m 的單耙吸船是最優選擇。

“濱港浚8”輪由黃埔文沖造船廠建造，是山東港口集團第一艘耙吸式挖泥船，該船是一艘雙機復合驅動、雙槳、單耙自航耙吸式挖泥船，總長111.25米，型寬24.5米，滿載吃水7.4米，最大航速14.2節，最大挖深27米，耙頭寬度4m， 凈重20噸，泥艙艙容7200立方米，續航力支持連續挖泥作業29天。

2.2施工難點分析

（1）航道內航行船舶：來往進出口貨輪或泥駁船、漁船等，避讓頻繁。

（2）原海底石油管線：現有海底輸油管道在本工程施工區南側，距離海底輸油管道最近距離約50m。操作不當，易對現有輸油管道造成破壞。

（3）挖槽邊坡質量：本項目縱向邊坡為1：120，坡比較大，容易產生超挖，質量控制難度大。

2.3施工參數設置

（1）開工前期浮泥層波浪補償器壓力調高30bar;

（2）開高壓沖水8bar;泥泵轉速163轉/min

（3）耙頭安裝雙排扁齒，耙唇上方天窗全開;

（4）施工航速3.0-4.0節;

（5）施工范圍為全槽施工，定深21.0米，之后按挖深1米落差逐層定深施工。

（6）溢流筒高度初期調至最大艙容高度12m， 后期根據施工濃度和工藝調整。

2.4施工工藝

（1）分層施工：施工根據邊坡質量、土質、潮汐、船舶吃水等情況執行分層施工，每層進度分為三部分執行。前期施工快挖快跑：開始施工土質是浮泥、淤泥土、軟粉性黏土，裝艙濃度1.4t/m3，每小時裝艙量達4000m3/h 左右。因此采取調高溢流桶最高位7200m3的艙容，滿倉就下線拋泥，快挖快跑盡快挖除淤泥土層;中期施工滿足裝載量：粉質土層較硬，施工濃度降低，根據現場情況調低溢流桶位置，采取裝艙溢流法施工工藝增加裝艙時間，已裝載土方量達4000m3后下線拋泥;后期掃淺施工：為了均勻增深，提高施工質量，每層需掃淺施工后方可實施下一層深度的挖掘。

（2）分條施工：根據挖槽寬度三等分，船舶走直線施工，耙跡線顯示不要重疊、重復上線，做到均勻布線，均勻曾深，避免形成壕溝。

（3）縱邊坡（1：120）施工工藝：分層施工，每2m 分為一層，整體均勻向下浚深。設置距縱向放坡設計挖深線水平距離240m 的止挖線。優先施工止挖線以外的槽內工程量，再施工質量層。質量層施工時分層10cm 為一層，從上向下逐層開挖，逐步施工以滿足設計要求。施工質量層時，耙吸船沿坡底至坡頂的方向航行施工。

（4）橫邊坡（1：5）施工工藝：本工程設計邊坡坡比1：5，采用臺階施工法。按2m 分層進行施工，邊坡處超挖1m，欠挖1m，超挖和欠挖方量相等，自然塌方后形成邊坡，滿足設計要求。本工程施工時，自原泥面開始按照分層厚度逐層逐臺階開挖邊坡。

2.5施工測量

本工程采用多波束進行施工測量。本工程特點挖溝長度短、窄（最長點3077m，最寬邊緣水域114.5m，并隨挖深逐步增深而變短變窄），邊坡質量要求高。測量時間根據每耙寬度依次接壓半耙寬度施工一遍，每施工兩遍測量一次水深值，根據施工進度安排和本船耙寬4m 計算，計劃5天一次水深測量。

2.6淺點消除

深海管溝挖寬狹窄、質量要求高的特點，耙吸船采用傳統的掃淺方式不再適合，如“Z”“S”字形、大小兜圈圈等。傳統掃淺方式多需要施工水域面大，船舶有充足的旋轉水域，耙頭只需離開地面約1米高度即可轉頭走線，但是管溝作業沒有上述環境。根據本工程工況、土質等，本船采用的掃淺方式簡單介紹。

操耙手熟悉疏浚電子儀器顯示，結合現場耙管狀態及時采取應對措施，認真聽取駕駛員指令，到達淺點前及時收放耙管鋼絲繩，精力高度集中，做好“二聽、六看、七注意”。

根據水深測量文件，在 DTPS 顯示系統中將水深數據值0.3-0.5m 分檔顯示，調整不同的色塊顏色，便于駕駛員、操耙手識別淺點。

前期淺點較多時，采用定深慢速直線甩尾（即航速2節以下，航行到淺點處大角度轉向甩尾橫向分割淺點）;中期采用定深快速直線拖平（即4節安全挖泥航速，每耙寬度依次接壓半耙寬度施工兩遍）;后期局部淺點定深正倒車掃淺施工（即航速控制有前進速度，能長時間沖擊淺點）。

耙吸船施工完成后采用拖輪耙平器快速由深到淺的方向拖平挖槽內底邊水域和邊坡質量層，使預留邊坡量平順下塔，達到邊坡設計比的目的。

3施工效果

根據以上施工工藝及施工管理，本項目施工過程中未發生一起安全事故，施工區內多波束5m 間距驗收數據，槽內合格率為100%，邊坡合格率為95%，滿足合同及工程設計要求。

雖然外海區域內管溝開挖工程質量要求高，施工難度大，但是通過本項目證明了在通過對風險源辨識，船機性能分析，施工工藝優化后，耙吸船能夠良好地完成此類型的施工任務。

4結語

中國是一個海洋大國，擁有漫長的海岸線和豐富的海岸帶資源，大型自航耙吸式挖泥船作為深海挖掘的重器需要疏浚的工程范圍仍然很大，如何提高施工技術，運用好設備，將設備性能發揮最大化是我們耕海人需不斷學習研究的目標。

參考文獻：

[1]江醒標.耙吸船施工工藝綜述編[J].水運工程，2017（8）：46-48.