自航耙吸式挖泥船艏吹施工技術(shù)

◎ 劉冰 上海交通建設(shè)總承包有限公司

根據(jù)其工作原理，可將其劃分為兩類：水力式和機械式。其中，水力挖泥船的工作原理是：在大部分的挖泥船中，首先用高壓水洗凈淤泥，或者用絞刀、耙頭對淤泥進行切割，然后在水下泥泵的抽吸作用下，將淤泥與水流的混合物（淤泥）通過吸泥管道流入艙內(nèi)泵，再通過艙內(nèi)泵輸送出去。水力挖泥船有絞吸式、耙吸式、無絞吸式、氣動力挖泥船。在具體的工程實踐中，選擇機械時應(yīng)先選定主挖泥船，再根據(jù)主挖泥船和其他輔機，如拖輪、泥駁船等，形成一個整體的疏浚團隊。若選用自航耙吸挖泥船，因其具備自挖、自裝、自運、自卸等完整功能，故無需另設(shè)輔助船舶就可完成疏浚及疏浚土的運送。耙吸船通常采用旁通或邊拋法、裝艙法、吹填法等三種不同的施工方法。

1.工程概況

該項目是唐山曹妃甸港區(qū)東段主要航道（前三港池航道）305#—309#浮標的養(yǎng)護和疏浚。該工程的主要工作包括：疏浚工程、圍堰加固。本項目計劃在工程航道區(qū)的回淤區(qū)進行一次疏浚和清淤，其底高程為-10.5m。河床底部寬150m，河長1970m，河床挖泥方14萬m3。將開挖出來的土石用挖泥船運輸?shù)娇拷{泥區(qū)的指定海域，從疏浚區(qū)到納泥區(qū)的距離大約24km。該項目的重點是對現(xiàn)有的陸地貯泥區(qū)域周圍的圍堰進行培土、加固，采用岸基回填的方法，并在圍堰西側(cè)埋置排水管道。工程位置見圖1。

圖1 工程位置圖

2.艏吹施工技術(shù)的適用條件

自航耙吸船艏吹是當前港口工程中應(yīng)用最多的一種方式，其主要形式是：自航耙吸船挖掘出一條可供航行的水道或港池，將淤泥裝載到吹填區(qū)，再由其自備的泥漿泵將淤泥吹填到造陸區(qū)。采用耙吸船艏吹施工法，不僅可以有效地滿足造地用土的需要，而且可以減少疏浚土棄渣的外排，還可以達到環(huán)境保護的目的。該方法與常規(guī)的“挖—運—拋—二次開挖轉(zhuǎn)吹”法比較，具有較高的生產(chǎn)效率和較小的投資。長江口地區(qū)連續(xù)進行了十余年的圍海造地，導(dǎo)致了當前吹填土資源非常緊缺[1]。

在長江口12.5m深水航道的疏浚工程中，曾開展過采用耙吸船直接艏吹方式將疏浚土送到岸上的實驗。在廣泛聽取了有關(guān)專家及相關(guān)部門的意見、建議后，經(jīng)多次磋商、方案比較，采用了12.5m深水航道南道疏浚與北道養(yǎng)護疏浚工程相結(jié)合的施工方案。在實際施工中，要結(jié)合實際施工的水文地質(zhì)條件和挖泥船的基本特性，確定具體的施工工藝。同時，還要綜合考慮工期、費用和工程量等因素，確定最優(yōu)的施工方法，以達到更好的施工效果。

本項目疏浚土為新近回淤土，根據(jù)設(shè)計圖紙，土質(zhì)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，為2級土，土質(zhì)很軟。根據(jù)土質(zhì)，判定土質(zhì)可采用各類挖泥船進行施工，考慮對航道正常使用的影響，耙吸船和抓斗船通常都能夠很好地應(yīng)用在細沙土體的挖掘過程中。具體采用哪種船型，則需要根據(jù)工作量、拋泥區(qū)位置結(jié)合工況來進行確定。

唐山港曹妃甸港區(qū)東區(qū)主航道于2013 年投入使用，設(shè)計為3萬噸級雜貨船乘潮單向通航，乘潮水位1.76m，乘潮歷時4h。根據(jù)航道船舶出入港的情況，結(jié)合船舶施工時間（工期15d）及環(huán)境，判定項目工況為五級工況。由于疏浚區(qū)至納泥區(qū)運距約為24km，距離較遠，而納泥區(qū)岸邊距航道約800m，且駐船區(qū)域水位滿足船舶吃水要求。在這種條件下，采用耙吸船進行艏吹施工是最好的選擇。本項目投入一艘?guī)即?200m3耙吸式挖泥船進行施工。船舶配備DGPS接收機和土方計量設(shè)備（包括吃水儀、裝載儀、排水量儀表以及船舶自動記錄、長期保存船方計量數(shù)據(jù)的軟硬件等）、耙頭深度指示裝置，能滿足本工程的施工需求，能適應(yīng)曹妃甸航道施工環(huán)境。船舶參數(shù)見表1。

表1 投入船舶設(shè)備參數(shù)

3.自航耙吸挖泥船艏吹施工技術(shù)

3.1 準備工作

首先要核對各類吹料設(shè)備是否完好，安全可靠，使用情況良好，各類工作人員是否到位；檢查掘進系統(tǒng)，調(diào)節(jié)掘進方式，做好掘進前的前期準備工作；輪班司機應(yīng)按船距吹填區(qū)的遠近，事先告知船首接管線人員，做好拋錨和接線的準備。

3.2 鋪設(shè)管線

（1）鋪設(shè)水上管線。在鋪設(shè)水面管線的時候，要保證水面管線的長度合適，并且要保證管位固定錨固，特別是對自浮管，要采取兩邊同時下定位錨的方法來固定，防止它在風浪中發(fā)生漂移。船舶確定進入安全水域后，帶放纜的錨船在接水接頭前，應(yīng)先將固定的短細耐磨鋼絲與纜繩耐磨鋼絲放在一起。施工船靠近錨船后，將鋼絲繩與下送施工船的絞車鋼絲繩連接。為了便于夜間施工，對船只和管道進行標記，通常通過在其上設(shè)置閃光燈來標記其位置，這樣可以更好地保證施工安全[2]。

（2）浮管的對接。自航耙吸式挖泥船吹氣管道主要由浮管接頭、船管接頭以及其他一些連接管道組成。具體接線過程以本工程為例，當耙吸船駛離航道取土區(qū)，到達三港池中務(wù)碼頭附近港池水域艏吹位置后，司機要精確地操縱好船位，然后才能給錨船發(fā)出準備接管的命令。在水面上放置一個浮球，使錨船可以通過它尋找回吹鋼索的連接線，當找到連接線后，就可以進行預(yù)備工作；這時，由刮板吸附式挖泥船將卷盤上的鋼索牽引到錨船上，錨船將鋼索與所連接的鋼索相聯(lián)結(jié)，再釋放；然后，由耙吸輪的操作者操縱撤吹絞車，絞動鋼絲繩，將撤吹雄頭、浮體和浮管逐步吊起，直到雄頭和雌頭連接緊密，才停止絞動絞車；按住抱環(huán)上的“鎖緊”鍵，待它全部上緊后，再按下“進”鍵，直至兩個鎖銷全部上齊為止。這是連接管道的全部程序，當管道連接完畢后，通知控制中心開始工作。吹砂管道的裝備有浮筒接頭，船首接頭和其他連接裝置。接吹線的連接方法為：將浮管和接吹線置于水面上，用一段耐磨損的鋼索將接吹線與一條小艇相連接，然后等候施工艇的到來；現(xiàn)場檢查，確定施工船頭接頭的液壓鎖定裝置是否處于打開狀態(tài)，將施工船首吊吊索降至下小艇；將浮筒連接到船首連接處后，小船就會離開；啟動絞車，將浮筒絞向船首，使水面上的浮筒徐徐升起；將公頭提起，直至與母頭完全接觸，停住絞盤；現(xiàn)場檢查，節(jié)距不大于10mm，并將油壓鎖緊；在水中的連接處要與船體連接處保持垂直的位置，這就要求駕駛員對船體的位置進行正確的調(diào)節(jié)；接線完畢，向駕駛員匯報后，才能進行操作。

首先，采用分布式全球定位系統(tǒng)，對浮管的位置進行定位，并將其顯示在系統(tǒng)屏幕上，再對施工船的航行速度進行控制，在接近箱吹區(qū)的時候，應(yīng)減慢航行速度，并根據(jù)現(xiàn)場條件及時調(diào)整船速。當靠近水面連接點時，船速應(yīng)該保持在0.11kn（約3m/s）[3]。

3.3 確定錨固位置及錨固長度

港池艏吹可以不考慮洋流的影響，只考慮風向、風級等因素對船舶的影響。若有右風，錨定在右風，若有左風，錨定在左風；若管線方向有一扇（120°）的風向，則可按風向?qū)⑵溲娱L線按風向改變而改變，例如4-6級風，則可將其設(shè)置在40～80m的范圍內(nèi)，同時還可利用船只進行抵擋，使管線不至于被風向改變。

3.4 吹填作業(yè)

在完成吹填接管工作，并且確認各項工作都準備完成之后，開始進行艏吹作業(yè)，艏吹作業(yè)按照以下步驟進行：

（1）通過高頻和岸上管線出口處的工作人員進行溝通，通知其艏吹作業(yè)即將開始，提醒其做好巡查的準備工作。

（2）艏吹操作員在設(shè)備調(diào)試過程中，將主機、泥漿泵、高壓沖水等裝置的工作參數(shù)設(shè)置好，并確認參數(shù)正確后，首先用清水試吹，來檢驗系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

（3）在確認系統(tǒng)能夠正常后，逐步提高泥漿的濃度，使之達到最優(yōu)狀態(tài)，開始進行艏吹作業(yè)。

在船體啟動后，操作人員要根據(jù)實際情況，及時利用車輛對船體進行調(diào)校，使船體與船體之間的夾角小于45°，以免造成管線的扭損[4]。在艏吹過程中，船舶操作者應(yīng)與岸上的巡檢人員保持良好的聯(lián)系，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即告知其處理，并在需要的時候，終止艏吹。

3.5 拆除管線

接吹管的拆卸是這樣的：在吹填完畢后拆卸管線時，應(yīng)確保泥漿泵停止，管道內(nèi)沒有壓力；將卷揚機的鋼索略微拉緊，然后松開油壓鎖定銷；將絞盤放下，將絞盤鋼索和耐磨鋼索的連接點放松至水面，并略高于小艇；將小艇上的絞車鋼索和耐磨鋼索快速連接處拆下，并對連接處進行潤滑，以防止卡住，將固定的短細鋼索送至小艇，將耐磨鋼索固定在小艇上，等候下一次連接；將吊索放在施工船上，由艏部操作者向駕駛員匯報。

3.6 船舶離場

在離場過程中，由于受到強吹攏風的影響，需要使用兩輪驅(qū)動，并將船尾保持在一個安全的范圍之內(nèi)，這樣才能避免被風吹向水面管道，造成安全事故。

4.艏吹船舶功效分析

根據(jù)該工程所處區(qū)域的土質(zhì)條件及工況，結(jié)合以往長排距疏浚工程的施工效率，7200m3耙吸挖泥船平均挖泥疏浚效率取16500m3/d。具體測算見表2。

表2 船舶功效分析表船舶功效

通過對自然條件、施工工況等的分析，并考慮到設(shè)備檢修和施工日期等因素，以及在附近地區(qū)近幾年來類似工程的施工經(jīng)驗，施工中月有效施工時間為2 5 d，時間利用率為8 3%。計劃工期15 d，則有效作業(yè)天數(shù)13d。日施工效率為16500m3/d，則可完成疏浚工程量=16500×13=214500m3，而設(shè)計工程量約為14萬m3，完全滿足工期及施工需求。從最終項目完工時間來看，該項目完全按照測算計劃提前完工施工任務(wù)，在節(jié)省了工程成本的同時，并未對其他船舶的正常運行造成影響。由此可見，艏吹技術(shù)不僅可以提高工作效率，節(jié)省費用，還可以降低疏浚船舶和正常航行的船舶的相互影響，確保了進出港船舶的正常運營。

5.結(jié)語

綜上所述，采用自動耙吸式挖泥船進行艏吹吹泥作業(yè)，是一項具有較高經(jīng)濟價值的先進技術(shù)，將會是未來航道疏浚的主流方法。在運用艏吹技術(shù)的過程中，必須嚴格遵守技術(shù)規(guī)范，才能保證航道疏浚工程的質(zhì)量。采用耙吸船艏吹施工技術(shù)，可使遠離海岸的疏浚土用于吹填造地，既節(jié)約了能源，又節(jié)約了工程成本。此外，由于使用了耙吸船自身的泥泵來進行泥漿的輸送，因此，在整個施工過程中，對輔助設(shè)備的要求很低，當吹距能達到自動耙吸式泥漿泵的運載能力時，無需增設(shè)任何加壓泵站，僅需設(shè)置一條吹填管道，并設(shè)置一臺接管式輔助運輸船即可。隨著我國疏浚行業(yè)的發(fā)展，自航耙艏吹法作為一種更加綠色的沉積物處置方法，必然會成為未來長距離疏浚施工的主流方法。