港口航道工程淺窄航道耙吸挖泥船技術應用

張羿威

(江蘇省交通工程集團有限公司，江蘇 鎮江 212100)

港口工程較為系統性在項目建設環節需要考慮到港口的吞吐能力，從而提升船舶的通行質量。就當前現狀分析可知，淺窄航道由于自生環境問題，在進行清理淤泥的過程中通常存在設備調遣困難等特點。因此在淺窄航道淤泥處理的過程中，怎樣有效利用自航耙吸式挖泥船是值得重視的一個問題。但是由于該類型設備本身的體積較大，且吃水非常深，不能全面的應用到淺窄航道區域，以至于工作難以有效開展。

1 工程施工因素分析

因為淺窄航道當前的水深比較淺，并不能滿足當前的耙吸式挖泥船的運行標準要求，需要結合具體的潮位變化進行動態化分節段改善水深，根據水深變化來調整上線位置以及裝艙量。 施工中，必須滿足工程的安全性，了解潮位變化的概率，明確施工標準，確定吃水增減的關系，做好船底富余水深的控制。在施工環節，水域變化不斷擴大背景下，要及時的做好施工方案的優化，即安排上線位置的延伸要求。調整挖槽的深度，促進產量的提升。并且保持全天候的正常施工，確保航道可以正常的運行，提升港口通航能力[1]。

1.1 航道斷面底高程里程關系

淺窄航道的主要特點就是浚前部分的水深比較淺，從內到外的水深呈現出不斷增加的趨勢，航道斷面底部高程還會隨著高程增加而增加，其斷面底高層與航道高程關系可見圖1。

圖1航道斷面水深里程曲線

由于是區域深度不足，在施工時會受到環境因素影響，因此需要重點觀察潮汐變化，帶大潮時及時施工。

1.2 潮位歷時對航道水深的影響

一般來說，掌握施工區域的潮汐規律，結合水位變化特征合理組好施工部署是淺窄航道疏浚項目開展的重要前提。以某工程項目為例，該工程日潮的周期主要是按照一個太陽日為周期，也就是在半個月之內，會出現一個高潮期與低潮期。潮位信息在一定的范圍內與時間有密切的聯系，兩者的關系圖見圖2。

圖2 潮位歷時曲線

從這個方面出發，綜合分析潮汐變化對施工的影響，根據潮高尺寸，了解施工節奏與潮位變化的趨勢。在實踐環節需要對溢流口的高度控制，并且按照需求船下富水深度一定要大于1m，同時合理的做好工藝部署，組好施工組織安排，這樣才能切實的將工程效果提升。

1.3 吃水量與排水量分析

一般來說，耙吸挖泥船主要有兩種形式，即是自動航行與自載航行，此類設備在包含傳統船舶功能以外，還具備一定的自動化功能。并且還有底部的排泥漿的裝備，從而滿足巷道疏通的標準要求。自航耙吸式挖泥船在運行中，通過運拋、挖運吹等方法，即空載時進入到挖泥區，在定位之后開啟穿上的離心式泥泵，將耙頭撓松的泥土直接吸入到泥艙內，在吸滿之后即可開始起耙，行駛到規定部位上之后卸載，或者吹填駐船位置上，開啟泥艙底部泥門拋泥或者開啟抽泥艙可以實現疏浚吹填處理，再次空載運行到挖泥區域，開始下一階段的施工。耙吸式挖泥船在內部將原有的溢流部分轉化為泥艙結構，提高容量，確保吃水尺寸符合要求，將內部的泥漿循環處理，確保內部沉積物能夠疏浚處理。根據需要調節溢流裝置的高度，在持續性裝載到即將達到滿載吃水時，需要降低溢流筒高度，將內部泥漿排出，符合裝載要求的情況下，提升艙容物的密度，實現裝載量的增加[2]。船舶吃水排水量關系可見圖3。挖泥時間和吃水關系圖見圖4表示。

圖4 關系圖

2 推演分析

耙吸船淺窄航道施工中，確保船舶運行安全性合格，但是也要盡量的增大產量，施工范圍有效的擴大，實現工作面的拓展。該方式的核心就是保證船舶富余水深控制，明確具體的船舶上線部位要符合船舶航行挖泥水深的要求，以實現船舶富余水深的標準。在這種情況下，主要是得到如下信息：選擇上線時刻規定的邊界條件，在某個時刻之下，船舶富余水深根據下式計算確定:

Hy=Hc(t)+Hc(xt)-Hs(t)

(1)

式中:Hy表示某時富水深度(m)；Hc(t)表示實際斷面水深度(m)；Hs(t)代表吃水深度(m)。

而在時刻的船位按照下式表示:

x1=x0+v(t-t0)

(2)

式中:xt為當前船位；x0代表的是上線位置；v為速度；t為時間；x0為則表示時刻(上線)。

總之，通過使用上述的信息曲線圖，可以快速的掌握船舶在某個時刻、某個位置上線后船舶富余水深的預測值，見圖5，根據該參數可以完成現場指導和管控。

圖5 信息曲線圖

在項目開展的過程中，考慮到是現場條件，在作業面拓寬施工時，可以通過倒吹的方式或是采用旁排的方式進行施工。此外，倘若裝艙條件符合的情況下，則可配合施工組織，做好施工部署，了解施工重點以保證作業效果滿足工程需要。

3 施工應用

3.1 工程概況

某碼頭工程項目，整體疏浚工程量約為290萬m3，該工程線路長度為4.00km，底部寬度為155。邊坡比為1∶5。其中航倉中的總容積為1.7萬m3，滿載排水量與吃水深度分別為4.0萬t與10m。因為整個施工現場的自然水深比較淺，并不能達到連續性施工的要求，因此，在施工中，需要采用空船進入、單趟向外挖的作業方式，結合潮位變化的情況組織開展施工，滿足水深條件的要求。根據具體的潮高增減變化以實現起始段的控制，做好船下富余水深超過1m的部位為安全性合格，達到工程正常的疏浚標準要求。在前期選取水深符合要求的區域進行施工，且要應用最低為9000m3的艙容做好吃水量的控制。

3.2 施工操作要點

其一，檢測航道測圖。在疏浚開始前，對現場進行全面調查和分析，了解當前水深參數，并且結合不同的要求繪制航道里程與斷面高程關系曲線。其二，隨時預測潮位變化情況。查詢歷史資料，對于潮位變化情況有充分的了解。其三，繪制吃水或載重量變化曲線。通過了解相關變化曲線，結合土質、地質條件變化，隨時進行調整處理。其四，模擬演算船底富余水深尺寸。通過上述曲線圖可以快速的獲得船舶某個部位的富余水深測圖，做好現場施工管理和控制。其五，明確航道上線里程。根據具體的水深模擬計算分析，考慮到現場的情況，綜合分析船底富余水深在1m以上，所以能夠明確目前的船舶上線里程。其六，上線。在進行上線位置確定時，除了要綜合分析潮位變化外，同時還應該考慮到船舶操控性能，分析現場條件變化，加強潮流控制，防止橫流過大而產生影響。在完成邊坡邊線疏浚工作后，進行控制，消除風流、耙頭橫向力影響，確保其按照規定要求行駛[3]。

4 施工技術

4.1 施工準備

在準備環節，重點進行航道具體的水深尺寸測定，并且由技術人員繪制航道測圖，結合水深以判斷里程和高程，繪制變化曲線關系；結合現場掌握的歷史潮位數據信息，預測潮位變化的趨勢。在綜合分析了解耙吸式挖泥船吃水、載重等情況下，必須結合現場地形、淤泥質等要素修正曲線，符合現場的情況。獲取足夠的信息后，即可快速的掌握耙吸式挖泥船在某個時刻、施工階段的富余水深預測土，從而模擬分析真實施工情況，以做好現場施工指導和管理。根據具體的耙吸式挖泥船富余水深尺寸，分析預測施工的時間，保證船底富余水深超過1.0m，從而達到正常的航行和疏浚施工的要求。

4.2 選擇上線位置

上線位置在確定時，必須綜合分析潮位變化的情況，還要和耙吸式挖泥船功能、施工現場情況、水深條件、潮流影響等展開分析，從而消除不利影響，提高運行的要求。在操控耙吸式挖泥船進行邊線邊坡疏浚環節，必須做好相互配合與控制，需要抵消耙頭橫向力，才能使得疏浚航線行駛更加順利的進行，確保施工可以有效的落實。

4.3 航行挖泥

針對于一些狹窄航道的區域來說，耙吸式挖泥船在行駛時掉頭難度較高，需要根據退定深度與分層施工方法進行，同時還要考慮到淤泥質的要求分層開挖，單層深度為0.3～0.5m之間，逐一開挖不斷的加深施工尺寸。潮位升高變化時，在淺段部位進行施工；潮位下降時，則在深段進行施工，且開挖后的淤泥應該排放到指定位置，不會影響總體施工效果。在具體施工環節考慮到作業區域的施工要求，可以合理做好閘門與裝艙口調節，保證施工水平處于平衡狀態。

5 質量控制

5.1 前期控制

1)選取符合疏浚作業要求的船只；2)船舶運行功能良好，各項儀器數據精度合格；3)全面落實施工階段管控;4)平面控制。平面位置控制：在規定范圍內施工。挖泥船挖泥作業中，根據要求使用船載GPS測量，水深參數應用全站儀準確掌握。為了避免出現漏挖的問題，相鄰條之間重疊 1～2m。準備符合要求的測量系統與儀器設備，因為船舶上安裝有GPS導航系統與成圖軟件，通過便攜式計算機詳細記錄和確定，了解各項測量數據信息，并且通過軟件自動成圖，快速獲得測量結論，為挖泥船施工提供幫助;5)挖深控制：清挖環節，嚴格落實下耙深度控制，同時還要做好下述工作;6)在現場設置水尺進行水位測量；7)挖泥作業時，根據耙頭深度控制，輔助水深測量控制；8)施工環節根據潮位做出調整，保證挖深符合要求；9)全面落實檢測工作，避免發生漏挖的問題。

5.2 中期控制

1)對邊坡的開挖進行有效控制。在應用耙松挖泥船施工中，管理和控制極為重要，如果疏浚區泥層厚度較大，工作人員結合要求開展項目施工。在分層挖泥施工中，組織工作人員對現場的土質條件、挖泥船鉸刀性能分析，確定合理的參數，如果在該環節中，遇到硬度較高的泥層，工作人員將分層挖泥厚度設定為鉸刀直徑的0.5倍左右；如果施工位置土質比較松軟，工作人員可以將挖泥單層厚度設定為鉸刀直徑的2.5倍左右。

2)對挖深進行有效控制。在疏浚作業施工階段，每個施工船舶都要結合現場的情況，考慮到施工圖設計零點，保證固定水尺的設定滿足要求，從而滿足現場施工的要求。同時，工作人員需要在船舶前方不會發生碰撞、讀數方便，保證臨時水尺符合要求。

3)對挖寬進行有效控制。全面落實開挖寬度的控制，通過視線標定的方式達到準確性要求，這是極為重要的步驟。在具體的施工環節，如果鉸刀開挖到規定邊線部位上，工作人員還要考慮到具體情況，在船舶駕駛臺中部位置通過觀看視線標志以確定挖槽寬度，達到施工精度的要求。

6 結語

1)在本次工程施工中，通過使用耙吸式挖泥船淺窄航道疏浚作業，通過非滿艙作業方式，每次開挖的過程中，必須做好吃水深度控制。而這種情況下，必須加強潮位變化規律的控制，了解影響因素，才可以選擇使用漸進式施工的方式；2)分析常規的往返挖掘作業的方法，根據現場施工要求采用進退挖泥作業方式，保證水深條件滿足要求；3)根據需要將常規的最大艙量施工，結合水深做出改進，提高船舶作業安全性，還要做好裝艙量控制；4)按照船底富水深度，在延伸上線處做好管理，保證工作能夠有效開展，從而提升疏浚工程質量。