耙吸式挖泥船施工工藝在航道整治工程中應用與探析

◎ 馮書科 交通運輸部廣州打撈局

1.引言

耙吸式挖泥船通常具備自航中同步施工能力，同時船舶航向機動靈活，方便避讓，不會對整個航道通航產生太大影響，適用于復雜流態航道以及營運航道的疏浚施工。航道在長期運行中，因為泥沙回淤影響持續積淤變淺，為此需要采取有效疏浚措施，掌握耙吸式挖泥船操作技術要點，提高航道整治水平。

2.航道疏浚工程分析

航道疏浚工程即利用挖泥船或其他設備工具清除航道水下泥沙作業。航道疏浚整治則是航道尺度擴展、開發、維護的重要措施。按照工程性質可以將航道疏浚分成基建性以及維護性疏浚兩種形式。成型航道因為運行中的泥沙持續淤積最終變淺，對航道一段時間內淤積泥沙進行有效清除，維護航道原有尺度的疏浚工程便屬于維護性疏浚；基于原有航道或新建航道進一步增深擴寬便是基礎性疏浚項目。維護性疏浚項目中的處理土質主要是回淤土，相對而言施工更為簡便。基建性疏浚項目則是以原狀土為主，結合地質環境以及工程區域條件存在不同施工難度，但和維護性疏浚項目比起來，整體施工難度較大。

3.耙吸式挖泥船特征分析

3.1 應用優勢

耙吸式挖泥船主要包括以下優勢，第一是航行性能好，在疏浚設備持續創新升級中，進一步提升了耙吸式挖泥船基礎硬件配置水平，借助船艏橫向推進器能夠提高船舶機動性，便于操縱。第二是施工效率高，耙吸式挖泥船實際操作中省去了拋錨、纜索固定等環節，單純憑借設備自身便能夠實現自航、挖掘、裝卸等操作，在順利開展疏浚工作基礎上提升整體施工效率。第三是經濟效益好，因為耙吸式挖泥船整體運行性能優良，可以加速作業進程，減少投入成本。

3.2 不足之處

耙吸式挖泥船在實際應用中依然存在某些不足之處，比如工程現場存在較大粒徑的砂石黏土，會降低耙吸式挖泥船工作效率。挖掘泥沙操作中，因為配套泥泵擁有較高真空吸力，容易把水誤吸入泥艙，從而降低單次挖泥量。

4.耙吸式挖泥船RTK無驗潮技術和自動潮位遙報裝置

4.1 工程概況

某個航道工程標段內的疏浚工程總量達到620萬立方米，主要實施淤泥疏浚工作，整體泥層挖掘厚度在1米到2米之間，平均厚度達到1.5米。此次工程中的疏浚裝置主要以耙吸船為主。工程疏浚航道寬為500米，長度達到101千米，超寬3米，超深0.4米，超寬超深疏浚工程方量達到145萬立方米。疏浚開挖是此次項目工程重點環節。工程斷面如圖1所示。

圖1 設計開挖斷面（米）

4.2 RTK無驗潮原理

RTK動態控制系統在實時監測中擁有較高測量精度，利用載波相位動態差分技術，能夠使野外定位達到厘米級精度。無驗潮水深測量相關技術應用中，率先于船舶內設置移動站，岸上設基站，經實際測量，匯集整合船舶參數以及RTK高程信息，進行綜合計算，實時檢測船舶高程，經綜合對比分析設計高程、核算結果，分析兩者差值，對船舶下耙深度實施靈活調整。初步確定船舶參數后，進行數據計算，確定海水面到GPS接收機間高程，結合基礎數據對高程數據開展實時計算。

4.3 無驗潮技術施工布置

基于控制點對控制網實施綜合布設，針對施工區臨近部位創建基站，基于該種條件下能夠優化設備兼容性，便于實施檢測工作。在駕駛臺外部中間區域規劃移動站臺，該種布置模式下能夠進一步降低傳播擺動對測量數據影響，保障測定數據準確性。

4.4 潮位遙報儀

潮位遙報儀包括接收端、發送端兩部分，發射機涵蓋電源、功放器、編碼系統以及調制設備等部分組成，經水位檢測后編碼器能夠將數據轉化成特定編碼，隨后利用調制器實施整形處理，通過RS485或CDMA將內含水位編碼信息的調頻信號傳輸出去。接收機包括電源模塊、顯示模塊、特殊編碼甄別裝置、調諧設備、消噪設備、譯碼器、中放設備以及解調器等部分，潮位信號被接收后進行高頻放大以及混頻放大處理，并傳輸至相位鑒頻器內，結束調制信號解調后，分離水位編碼進行降噪處理，經譯碼器還原為水位參數通過顯示器呈現出來。

在潮位自動搖報下，制定潮位自動補償平挖定深方案，支持精挖處理。在潮位補償原理下，基于平挖定深功能開展精挖操作，對潮位搖報器內基礎信息實施全面采集，自動獲取潮位差值融入耙吸船中控器，對潮位在挖掘深度方面影響進行有效補償，使施工作業實時保持在設定挖掘標高，有效改善人工校正補償模式，實現精挖操作，提升平挖精度，潮位補償原理如圖2所示。

圖2 潮位補償原理

潮位儀利用壓力傳感器探測水位值，獲取水位數據，傳輸至主機系統和標高值實施綜合計算后將計算潮位值輸出，數據經主機端口發射裝置朝外部發送。潮位搖報裝置主要分布于耙吸船中控器端口當中。經數據解析后轉化為潮位值并傳送到挖掘控制平臺處理器，構件數據傳輸鏈路，支持精挖功能落實全過程控制。

5.耙吸式挖泥船施工方法分析

5.1 裝艙溢流施工法

裝艙溢流施工法屬于我國到目前為止應用頻次較高的施工方法，同時也是常規施工技術之一。裝艙法下需要河床有充足空間、深度滿足船舶航向、吃水、轉向等運行要求，同時還應該設置恰當拋泥區，在初步滿足上述條件后便可以利用該種技術方法開展施工作業。耙吸式挖泥船率先定位上線，將耙頭順利下放至設計深度和規定位置，利用船舶中推進裝置，帶動耙吸船航行對水下耙頭進行拖曳開展擾松作業。借助離心泵進行抽吸處理，并吸入低濃度泥漿到耙吸式挖泥船內部泥艙當中，開啟溢流口同步實施挖泥船裝艙、溢流，在船體整體吃水深度以及船舶艙儲量達到標準要求后，即刻暫停挖泥施工，抬升耙頭、耙臂回收，隨后航行至指定區域進行拋泥作業，卸載高濃度泥漿，隨后通過空載形式重新返回挖泥作業區繼續循環上述步驟，定位上線挖泥作業，形成一體化施工流程。一般耙吸式挖泥船內都會設置艙內泵設備，這種類型泥泵在挖掘能力方面相對較弱。某些耙吸式挖泥船除了艙內泵裝置同時還設置水下泵設備，比起單一艙內泵耙吸船，整體施工效率能夠提升30%。結合工程地質復雜性，可以選擇配置水下泵的耙吸船。

5.2 旁通施工法

旁通施工法也是邊拋施工法，該施工技術進一步縮減泥艙環節，直接把泥漿傳輸至另外一側水中即可，或利用輸泥管傳輸至遠處水域。因為減去了泥艙中轉這一步驟，對比裝艙溢流技術能夠減少收耙、停泵、拋泥等一系列繁瑣流程，提高整體施工效率。但該處理技術存在某種局限性，特別是在當下環保要求逐漸加強背景下，這種技術在我國應用中存在一定限制，通常單純適用于緊急河口、通航航道淺灘疏通等，部分條件下也會在水深較淺且無法滿足挖泥船吃水裝艙要求的環境下應用，進行開槽處理[1]。

5.3 耙吸船吹填法

吹填施工法和前面兩種施工方法完全不同，主要借助耙吸式挖泥船和配套輔助設備對挖掘泥漿實施吹填處理。但對于大部分耙吸式挖泥船而言，基礎泥泵功率無法滿足遠距離吹填要求，為此需要通過設置助力泵等措施擴大吹距。從淤泥粉土層面分析，其可以形成相應長度吹填距離。但如果是沙質土，則會進一步降低極限吹距。吹填施工方法主要包括以下幾種，第一是直接接岸管吹填技術，使耙吸式挖泥船率先靠岸、固定拋錨，隨后將耙吸式挖泥船中設置輸泥管和碼頭岸管進行連接，針對指定區域實施吹填處理。該種施工技術需要盡量縮短吹填時間、預防風浪、潮汐以及水流影響工程安全和施工質量，此外還需要保障碼頭前沿水域擁有充足水深，多種條件限制下進一步削弱該種技術實用性。第二是接岸浮管吹填，該種技術方法類似于直接接岸吹填技術，但也存在一定差異，耙吸式挖泥船無需靠岸、拋錨，結合接浮管部位水域風況、水流等條件決定，直接連接耙吸式挖泥船中輸泥管和碼頭岸管，利用水上浮管進行銜接，促進耙吸式挖泥船能夠遠離靠岸淺水區，提升該種技術方案實用性，優化技術可靠性。結合相關統計分析，該種吹填施工技術也是我國當前應用頻次較高的技術方法。

第三是噴射吹填，該種施工技術處理下，無需和水上浮管以及岸管進行銜接，只需針對傳輸管中接入一部分漸縮管即可，順著耙吸式挖泥船斜前側噴出泥漿，整體吹距在30米到50米之間，主要由水底水流方向以及各種類型吹填材料所決定。該種技術措施適用于吹填區前方較深，且存在洋流能夠把吹填物質推入目標吹填區域中[2]。

6.耙吸式挖泥船精挖技術和管理措施

6.1 設備配套和施工思路

工程現場施工中，相關土質疏浚項目主要以淤泥為清除對象，局部設置細砂混貝殼，結合工程現場土質特征，主要借助自帶高壓沖水功能的耙頭進行沖刷作業，利用該種設施進行淤泥挖掘作業。耙齒分為尖齒以及平齒兩種類型，具體需要結合工程實際施工進展實施靈活選擇配置，比如挖掘作業進入收尾環節后，可以采取平齒，使整個耙齒密度擴大一倍，按照前后交錯形式對耙齒進行合理排列，該種配置模式下能夠預防出現溝、壟問題，在初步進行施工作業后所形成疏浚基槽表面維持良好平整度。疏浚區域內挖掘泥層厚度在1米到2米之間，整個泥層相對較薄，為進一步優化挖掘施工效果，可以適當擴大下耙精度，并對具體疏浚施工方法進行科學規劃，在航道工程項目順利開展疏浚施工中，進一步縮減廢方量，能夠更好保障工程質量，提升施工效率，有助于擴大項目經濟效益[3]。

6.2 多波速測量控制

多波速測深系統擁有覆蓋范圍廣、精度高等優勢特征，也是新時期水下地形勘測中的關鍵設備，通過合理應用相關設備能夠對水下地形進行準確探測，在施工實踐中能夠改善單波速水深單一測量模式下的問題。多波速測深裝置擁有較大的測量覆蓋面積，普遍能夠滿足水深的4到10倍，擁有較高提升幅度。針對航槽中尚未滿足設計深度淺點以及小面積淺區應該進行及時清除，順利落實淺點清除作業。掃淺施工中按照耙吸船定深方法進行下耙施工，做好施工測量工作，按照2到3天標準進行一次測量，準確劃分淺區為主，針對性設計掃淺挖泥航線[4]。

6.3 基于多波速測量控制準確把握施工進展

結合水深測量設計圖紙，按照分條、分層方法進行合理施工，同時需要對施工區寬度以及泥層厚度進行嚴格控制，針對泥層厚度存在異常起伏以及均勻性不足的問題，需要對整體施工技術參數進行靈活調整，保障施工質量和施工效果。在開展疏浚施工中，需要重點關注下耙深度，保障耙深合理性，避免影響挖掘深度，優化挖掘施工效果。綜合考慮設計斷面以及船舶操作性能，有序實施逐層挖掘施工，強化工程檢測控制，保障結束河道疏浚施工后達到標準平整度要求。航道整治項目的整個疏浚過程中需要落實精細化施工作業理念，保障在經過細致處理后滿足工程質量要求，促進工程成功通過驗收，為航道工程中其他項目順利實施奠定良好基礎[5]。

7.結語

航道整治中想要提高耙吸式挖泥船的操作性能，需要準確把握耙吸式挖泥船施工工藝，了解相關技術要點、作業流程，同時在施工實踐中聯系工程現場環境特征合理選擇，選擇最佳施工工藝，進一步提升工程效率，增強耙吸式挖泥船在整個航道疏浚領域競爭力。