港航工程基槽開挖與港池疏浚施工技術的研究

◎ 張焱 廣東正方圓工程咨詢有限公司

與其他建筑工程相比，港航工程施工難度較高、施工量較大，主要內容包括水下開挖、疏浚清障、水下炸礁等。在實際施工中，無論何種港航工程，其質量均受基槽開挖、港池疏浚作業效果的影響，為確保施工效果符合預期，應注重上述兩項施工技術研究。基槽開挖作為基礎施工的第一道工序，開挖成敗將直接影響碼頭后期運行穩定性，還會對周圍海域產生一定影響。對此，應采取合適的開挖方式，優化基槽開挖技術，做好疏浚清淤工作，為碼頭基礎施工創設良好條件，還可優化周圍生態環境，推動區域經濟增長。

1.工程概況

以某港航建設工程為例，位于廣東省廣州市沿海區域，在基槽開挖中共計挖泥27.9×104m3，每日挖泥強度為784m3。該項目配備一艘鋼樁定位絞吸挖泥船，一艘泥駁，每日挖泥強度為3000m3，上述設備可滿足工程開挖量需求。護岸基槽開挖量為80000m3，選用規格為1000m3的泥駁運輸，一艘400t定位船用于換砂拋填。經過地質水文調查可知，現場以風化巖為主，需要向下挖掘23m，才可到達基槽深度設計值，利用絞吸船施工，如若遇到堅硬底層或者障礙物，則采用炸礁方式破除。整體工程施工重難點在于基槽開挖、港池疏浚兩個方面，對施工質量具有直接影響，要求嚴格把控施工技術，妥善完成上述兩項施工，便于水下各種管道填埋，還可減少施工作業對周圍環境的污染，取得良好的經濟與社會效益。

2.基槽開挖與港池疏浚施工技術

2.1 基槽開挖技術要點

2.1.1分條

在基坑挖掘階段，選用鋼樁定位絞吸挖泥船，以定位小車水平開挖法，分層分段完成挖掘任務。正式挖掘時，為避免延長錨與船只的轉移時間，致使挖泥船疏通效率降低，應合理設定分條數量，分條跨度控制在挖泥船單次挖掘跨度最大值以內，一般在10—15m之間，條與條之間重疊應超過2m。因此類船只以鋼樁作為擺動中心，挖掘面為扇形，當挖掘到底線后，兩端中心位置無法挖掘，如若繼續挖掘則不符合規定，甚至威脅海岸線安全。針對上述技術難點，可選用以下開挖方案，待絞吸船最后一次挖進時，鉸刀挖入兩分條中心時，將船只向前移動，達到該范圍的挖掘目標[1]。

2.1.2分層開挖

因基槽深度較深，該項目選用分層挖掘法，并根據土質情況，確保外耳面積準確，斜坡穩定。分層開挖厚度根據土質情況而定，如表1所示，如若分層過厚，容易導致土方塌陷，影響船只穩固與施工安全。對此，頂層分層應相對薄，可提高項目成功率與穩定性。

表1 分層厚度設定

該工程引入GP S 定位儀，設置GPS基站，提升船機定位精確性，使設備運行與計算機相連接，測定疏浚區域的坐標范圍，測量數據輸入電腦，生成直觀圖像，開挖范圍、深度等信息也會完整顯示出來。在施工期間，絞吸船不能開挖到設計值，為在規定期間內完工，除挖泥船投入使用之外，還安排一艘泥駁船，將挖掘的淤泥運輸到指定位置，再用絞吸船二次吹填到指定陸地回填區域內，流程如圖1所示。該工程選用階梯式挖掘邊坡，利用3600m3絞吸船挖掘邊坡1:2為例，土質粉砂臺階階梯的開挖高度為4.0m，實施分層挖掘，寬度為8.0m。正式開挖時，橫移架挖進一層后，寬度縮短8m，由人工利用橫向移動同步提升刀架形成斜坡。在此期間，堅持上多下少原則，階梯位置自行坍塌成坡度[2]。

圖1 挖泥船施工流程圖

2.1.3開挖監控測量

在挖掘階段，很容易出現超挖、欠挖等情況，受現場潮汐作用影響，測量值與真實值間存在一定偏差，挖泥船工作狀態也會有所改變，縱坡開挖效果可能無法達到預期。對此，應加強開挖數據監控，該工程引入聲吶測距儀，其作為先進的開挖深度監控設備，可對固定點位的開挖量精準測量，但不具備動態化測量功能，可在船底安裝水下地形掃描儀，彌補聲吶儀的缺陷，當每次淤泥開挖深度達到10nm時，便開展一次深度測量，以聲吶為基準調校點，對挖掘深度實時測量，真正實現精準、動態掌控的目標。

2.1.4礁石爆破作業

經過地質水文調查可知，現場以風化巖為主，在絞吸船施工中，如若遇到堅硬底層或者障礙物，則采用炸礁方式破除。在爆破作業之前，先結合施工條件、施工需求，將巖層上的覆蓋物質清理干凈，可減少爆破期間淤泥量的產生，還可使爆破施工作業安全得到保障。爆破結束后，還要最終清礁，如若為水下爆破，還要確保爆破產生的水下沖擊不會威脅船只、潛水作業者的安全，保證炸礁作業安全可靠地完成[3]。

2.2 港池疏浚技術要點

2.2.1方案制定

該項目采用絞吸式挖泥船開展疏浚作業，結合現場基本情況，提前制定總體施工方案，將該項施工分成兩個階段。第一階段，按照業主要求，準確計算船舶功效與工期，配置兩組抓斗船，挖泥裝船，運送到指定的拋泥區。第二階段，配置一艘絞吸船，將疏浚土吹填到陸地指定區域，吹填距離為12km左右。總體施工方案如下，先做好施工準備，復核控制點，布設測量控制網。在施工區域浚前測量，科學調遣施工船舶設備，正式開展第一階段的疏浚施工，掃淺后，由監理進行驗收，剩余區域浚前測量，調遣設備后開展第二階段的疏浚施工，掃淺后竣工測量驗收。

2.2.2技術要點

（1）拋射橫移錨。根據風流條件合理安排拋錨順序，先拋上流錨。錨泊期間，鉸刀移動到疏浚邊線，掛在水底泥漿內，錨固船體，嚴格控制周圍錨點的位置，減少位移。拋擲點位在側錨索與船頭夾角45°處，就位后立即下錨，擰緊水平線纜，待錨索固定后，才可將鉸刀從泥漿內提起。

（2）排泥管線布設。該項施工需要在陸地鋪設吹砂管線，在水泥設置吹泥管線，分別為岸管和浮管。在岸管布設中，綜合考慮吹淤距離、總揚程、吹填標高等因素，準確設定挖泥船管道位置，發揮裝載機、挖掘機的輔助力量，使岸管與水下管道相連，管口開設三通接頭，一個向前延伸，另一頭進入充填區域。提前布設吹填所需的預制管道，與加長吹填范圍支管相連，吹泥管接口密封，避免出現滲漏情況。管道鋪設可定期繞著軸線旋轉，延長管材的試用期，岸管鋪設應堅持最近距離原則，避免與其他路段、建筑物相交，下穿路段填充泥土保護。在浮管布設中，選用1+1組合方式，即一根鋼管、一根膠管，浮管兩側端口與挖泥船、岸管相連。浮標管道管段之間卡箍應穩固緊密，免受河水流向、吹填結構作用的影響，使其受到損壞。對此，盡量將管道設置成流線型，禁止死彎，預留充足的浮筒管路長度，便于絞吸船長距離推進，浮管需要用管道錨加固，即便在重載情況下，仍然露出水面，便于后期檢修；根據施工現場潮汐情況，合理定位管道錨固點；根據地形與水域標高變化范圍，合理選擇浮管與岸管的連接形式，確保緊密可靠，無滲漏情況產生[4]。

（3）不同區域的疏浚方法。根據施工現場原本航道地質勘測結果可知，施工區域巖區挖槽長度較短，且帶有多處巖石淺區，為使巖石集聚區破巖結果符合設計深度需求，可采用絞吸分層分條處理法，先將巖石絞碎，再用排泥管將其吹填到指定位置，實現巖石破碎處理；對于分散巖石，可利用絞吸船進行巖石粉碎處理；對于施工場地之外的巖石，可利用抓斗船清理，促進施工效率提升。該項目在26+0—27+0范圍內存在地貌突變情況，成為疏浚施工重難點所在。對此，選用絞吸船進行分層施工，使該范圍的浚前施工深度符合規定，由此降低挖泥船滿載后的觸底風險。在底層無巖區疏浚前，可按照疏浚流程，對該范圍分層分條開挖后，再將淤泥裝艙，運送到指定拋泥區；在基槽挖泥期間，駕駛員將挖泥船以特定航速行駛到挖槽區域，到達位置后，放緩航速，發出“備耙”指令，控制船體方向與位置；當操耙手接受指令后，將耙臂放入水中，使其與吸入口對接。待上述指令完畢后，啟動泥泵、低濃度外排閥，使清水排出船艙。在此期間，操耙手應按照駕駛員的指令，放置耙頭、吸泥管，待挖泥船到達挖槽點位后，駕駛員發出指令，耙手將耙頭放到泥面，泵機轉速調節為常規，啟動挖泥模式，觀察儀表盤，如若指示濃度增加，則要開啟裝艙閥，關閉外排閥裝艙。在挖泥過程中，耙手應密切關注壓力值、濃度、流速等指標變化情況，以此為依據，合理調整下耙深度。

3.港航工程基槽與疏浚施工控制措施

3.1 質量把控

在基槽與疏浚施工期間，為滿足施工質量要求，應加大質量把控力度，通過引入先進監控設備，豐富管理手段，具體如下。一是水深檢測。在檢測開始前，對所用測量設備的精準度進行校驗，確保檢測結果客觀準確，更加接近真實值；檢測期間，對施工區域各控制點進行復核，創建控制網絡，為后續工作開展提供參考。二是為絞吸船配備DPGS，確保質量管控面積覆蓋絞吸船工作區，通過下放深度指示器，精準控制鉸刀下放深度，促進絞吸船工作效率提升。三是施工期間，浪涌對施工活動順利開展產生一定干擾，可在施工現場周圍設置報潮站，及時將浪涌信息傳遞給疏浚船，便于疏浚人員掌握更多疏浚區信息，合理操控鉸刀下放深度，提高開挖平整性。四是加強施工人員間的溝通交流，人員作為施工活動的主體，其專業性直接影響基槽開挖與疏浚施工質量，應提前做好技術交底，使其充分掌握圖紙與施工標準，如若對某項施工數據持有懷疑，應及時與技術人員溝通，分析問題的成因并解決，確保港航工程的順利開展。

3.2 安全控制

港航工程涉及水上作業，為確保施工活動開展與人員安全，加強安全控制十分必要。在正式開工前，應遵循相關規定，辦理水下、水上作業許可證，還要提前為水上作業者準備充足的救生衣，并指導人員正確穿戴；場地周圍配備交通警戒船，密切關注施工現場情況，有效調度通航情況，一旦發生意外，馬上投入到救援工作中。為避免其他船只誤入施工場地，在拋錨作業期間，應設置沉錨警示標志，發揮警示作用。施工活動還要考慮到環境保護，船只應具備廢油艙與圍油欄，在作業期間，可將廢油直接導入，以免排放到水域造成水污染。如若船只作業中出現漏油情況，應馬上利用圍油欄將油污匯總起來，全面清理，以免油污擴散，對水域以及水體生物帶來不良影響。

4.結束語

綜上所述，當前港航工程建設中，應注重基槽開挖、港池疏浚兩項施工技術要點把握，使施工水域環境得以保護。在實際施工中，應結合現場情況優選施工工藝，并通過分條分層開挖、水下炸礁、疏浚清淤等方式，順利達到施工預期，實現經濟和生態效益共贏。