大型絞吸式疏浚船在受限水域施工工藝

王 昭

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610021)

0 前 言

耙吸船在作業過程中，因運行航道設計存在多樣性、流域環境具備復雜性，使施工人員在實際作業過程中會面臨各種意想不到的突發情況。對于大型耙吸船，因作業區域有限，其施工難度較大，同時安全風險系數也會增大。作業區域按其類型的差異性可細分為河道多側受限制、河道單側受限制。傳統的解決方法是使用小型耙吸船完成施工，結合實際情況，船舶資源緊缺，加之受限區域一般都是施工工期緊張河段，所以如何高效完成疏浚任務是施工單位所需要盡快解決的重大問題。

1 工程概況

本文以沙特薩拉曼國王國際港務綜合設施項目為研究對象，該項目絞吸式疏浚船施工應用范圍為以下內容。

1)疏浚工程：2#及4#、5#干船塢的疏浚工程：2#干船塢的疏浚開挖底部高程為-10.2 m CD底部高程，4#、5#干船塢的疏浚開挖高程為-8.7 m CD，通過液壓泵直接處理到絞吸船3 km和圍堰內測的堆場。

2)2#干碼頭圍堰施工。用疏浚原材料對圍堰進行施工，從而達到抑制、封閉基坑的目的；使用疏浚原材料回填圍堰的頂部區域，回填的寬度設計為15 m，流域沿線護坡設計為巖石砌體，巖石砌筑底部標高為-3.00 m，上部標高設計為+3.5 m。

3)4#和5#干碼頭圍堰施工。使用疏浚原材料回填圍堰的頂部區域，回填寬度設計為15 m。流域沿線護坡設計為巖石砌體，巖石砌筑底部標高為-3.00 m，上部標高設計為+4.0 m。

2 難點解析及施工組織

2.1 難點解析

1)絞吸式疏浚船的外形比較大。該項目原本設計采用的3 000 m3絞吸船，但是由于諸多方面因素的影響，原規劃采用的絞吸船無法滿足實際作業需求，需加快疏浚速度，需要使用5 000 m3絞吸船，絞吸船的型號為HUTA-14；一艘22 000 m3絞吸船，實際施工時使用的絞吸船長度為135 m，寬度為27 m，由于雙耙可以向外延伸，絞吸船的實際寬度大概為40 m；耙吸船的吹水高度為：空載狀態下的吃水高度為4.5 m，滿載狀態下的吃水高度為8.8 m。

2)施工水域的影響。水域中的回旋長度約為800 m，回旋寬度約為600 m，屬于一個不規則的輪廓，相對而言回旋水域的面積比較小，東側屬于淺灘，最淺部位低于2 m，此外水位的梯度波動比較大距施工區域的邊緣距離只有240 m；回旋水域的北側為防波堤。

3)水域深度比較淺，分布不均勻。結合疏浚之前的勘測結果來看，施工區域的西北側、東南側水深比較淺，大概保持在6～8 m；其他水域的深度保持在8～9 m。其中，東南水域與淺攤的距離比較近，水深情況不是很理想，平均水深大概為2～4 m。該項目選擇使用的耙吸船在輕載狀態下的吃水高度為4.5 m，重載狀態下的吃水高度大概為8.8 m。該水域內的潮差非常小，大概為0～1.5 m。

基于當前的碼頭回旋水域條件下，絞吸船的體積比較大，在風力較大的情況下不利于船只操控及疏浚工作，會導致施工難度增加。

2.2 施工組織

結合施工單位整理的數據以及現場實際情況，回旋水區域的土質大部分是淤泥，局部出現結塊現象，土層中含有少量的油氣，正式施工過程中，油氣的濃度、流動速度都大幅度降低。受限區域的疏浚作業大致可以細分為三個階段完成：先對中間區域進行開挖，然后開挖西北區域、東南區域，最后對淺灘河段進行疏浚。其具體情況如下所示。

1)第一階段。①此階段施工過程中確保施工安全，前期夜間嚴禁施工，保證現場作業人員對施工區域有充分的了解，不斷嘗試施工方法，當施工條件成熟以后，分多班同時進行施工，具體的施工方法是：結合河道水流方向進行分析，假若落水是西北角的上側，那么應該按照順時針順序展開作業，反之，則應該按照逆時針順序展開作業；②按照大角度滿運行的方式進行施工，耙吸船運行的速度控制在1節左右；③耙吸船上線以后，將溢流井放至最低位，施工至水深比較理想區域以后，將溢流井適當提高，強化裝艙的效果。

2)第二階段。西北區域與東北區域可以按照第一個階段施工方法完成布線作業。耙吸船按照順倒車淺掃方式進行作業：①在每日高平潮期間將耙吸船移動至施工區域內，疏浚過程中將耙吸船緩慢地移動至碼頭附近，耙吸船運行速度保持在0.5節左右；②回轉至回旋水區域，多次循環作業。對于東南區域的死角而言，可以沿著碼頭方向順倒車上線，耙吸船的頭部航行至泊位以內，促使耙吸船可以對死角區域進行疏浚。

3)第三階段。因DT/DC-MNB-29區域與淺灘之間距離比較近，所以存在一定的施工難度，這部分疏浚任務可以最后完成，施工區域內最大水深未超過4 m，最小水深只有1.33 m；該區域內的土質基本上都是淤泥，具體的施工方法為：①淺灘附近不需要做放耙處理，保證3根管處于水平狀態，泥泵運行以后進行旁通，運行速度保持在10 m/s，借助旁通水對淺灘進行沖刷；②當水深條件改善以后，開始放耙疏浚，疏浚之前先完成抽艙作業，利用艙壓促使耙吸船處于平吃水狀態；③掃淺疏浚過程中將外擋耙放下，中間管始終處于水平狀態，同時保證施工安全。

3 大型絞吸船在受限海域施工工藝

3.1 疏浚工程

3.1.1 工作原理

2#干船塢疏浚作業?？梢允褂们懈顧C洗泥器完成，疏浚至設計標高部位，需要適當加快施工進度，縮短施工工期，所以需要對以下內容進行優化。

1)加快對干碼頭坑的疏浚作業的效率，應該將其作業時間控制在常規性土方開挖作業時間的50%。

2)加快圍堰施工的進度，提高施工效率。

3)加快排水系統的安裝時間，提高排水系統部署的合理性，當圍堰施工完成以后立即對排水系統進行施工。

4)因該項目減少了圍堰內的開挖工程量，有效地降低維護期期限。

5)因挖泥器由海邊深入至海底，然后開始對船坑進行疏浚，所以可以降低基坑內的抽排水量，只需要將碼頭排水水量至當前標高部位即可。

3.1.2 施工順序

1)疏浚作業施工前進行勘測。在疏浚作業開始前需要對作業區域進行勘測，測量出疏浚區域的底部高程等數據。疏浚完成后，需要對水深進行復測，并定期檢查[1]，以保證底部高程滿足后期的大型船只施工和通航要求。

需要對疏浚區域的邊界進行標定。水深、水文條件檢測的頻率確定為一天一次，嚴格控制每日工作進度，保證疏浚工程滿足施工合同要求，盡可能縮短施工工期。使用多梁容器進行檢測，保證疏浚作業的全部工程量均按照施工合格完成，同時保證疏浚的質量符合設計要求。

2)潮汐讀數。在實際調研時，必須要嚴格地按照現行管理規范進行，在固定的時間段內記錄潮汐讀數。將檢測儀器裝置在水域內，保證檢測儀器不會受到損壞，檢測的時間階段定為：疏浚作業前期調研、疏浚作業完成后的調研、控制調研、疏浚作業過程中。具體的檢測順序主要是由現場施工條件進行確定，其會對最終的潮汐讀數精準度造成巨大的影響。絞吸船可結合水域的實際情況配備必要的輔助工具。

3)施工方法。施工必須要嚴格地按照施工進度、施工方案及標準順序展開作業，以保證整體施工工期不會受到影響。

疏浚工程的作業流程為：①挖泥船由40 m至-6 m的疏浚水域駛入干式碼頭范圍內，確保疏浚船順利通行；②2#干碼頭可使用挖泥設備完成疏浚，單次疏浚的規模應該為-10.2 m CD；③4#干碼頭、5#干碼頭使用挖泥設備完成疏浚，挖泥區域開挖的深度最大應該為-8.70 m；④碼頭與圍堰之間接口區域全部使用自卸汽車進行回填，圍堰的坡度確定為1∶ 6；⑤疏浚的高度控制在基準位0.5 m以內，沿著圍堰兩側開始二次疏浚作業；⑥疏浚作業的公差確定為-0.00/+0.50 m，以保證開挖深度符合設計要求；⑦當碼頭出入口區域疏浚作業完成以后，最后的40 m區域可使用卡車進行回填。

3.2 圍堰施工

3.2.1 工作原理

圍堰的斜坡及標高需嚴格按照設計圖紙施工。圍堰內的施工基坑設計常年排水系統，保證干船塢處于干燥作業環境下施工。

3.2.2 施工順序

1)借助輸送泵對圍堰進行填筑施工。

2)剩余原材料由挖泥船負責清理，坡度設計為1∶ 3。

3)最后對圍堰頂部進行平整、壓實處理。

4)使用長臂反鏟對多余材料進行修剪，保證提高圍堰的外部質量。

5)使用長臂挖機吊裝土工布，聘請專業潛水員嚴格地按照設計圖紙將土工布鋪貼至指定位置。假若土工布出現破損現象，通過使用多余土工布將破損土工布做覆蓋處理，以保證土工布施工滿足設計要求。

6)自卸車沿著測量放線路線將護坡材料運輸至圍堰頂部和馬道位置。

7)使用長臂反鏟對護坡料進行修整，確保圍堰的坡度與水平滿足設計要求。

8)使用長臂反鏟對護坡料進行修整，將圍堰修整成設計圖紙要求的外形。

3.3 絞吸式疏浚船

CSD屬于一種高性能的絞吸式疏浚船，這種類型的疏浚船內置旋轉刀具。在實際進行疏浚作業時，CSD應位于錨固線上。CSD主要應用在疏浚巖石、淤泥、砂子、黏性土基礎中。疏浚的流程為：使用旋轉刀具切割海底、使用疏浚泵轉運泥水混合物。部分CSD自身具備推行功能，其他CSD則要外部作用力進行拖拽移動。絞吸式疏浚船(CSD)總平面圖如圖1所示。

圖1 絞吸式疏浚船(CSD)總平面圖

CSD的結構組成包括以下六部分：一為船體，主要包括：發動機、輸送泵、控制儀器等；二為絞刀架，主要包括刀頭、管道、挖泥泵；三為排放系統，管道及疏浚泵；四為銷棍、支架，為船體提供穩定的支撐力；五為錨、側絞車，為船體提供側向作用力；六為樁樁。

3.3.1 CSD定位

在進行疏浚作業之前，CSD依靠自身航行至指定部位。CSD利用兩側的線來不斷地調整自身的位置。當工作銷棍或是主鉆頭落放至海底以后，可以固定在船尾。在實際疏浚時，CSD會完成以后旋轉動作。主鉆附近移動：主要是為了形成移動需要的作用力，CSD絞刀架兩側需要裝置錨，使用鋼絲繩與絞車完成鏈接。

CSD的銷棍可細分為2個定位樁：作業過程中或是在車廂內安裝主定位樁時，可以適當地做向前移動船體或是向后移動船體。實際步進距離主要是受到土壤條件的影響，每一個步驟都必須保證完成一次新的切割。具體的作業流程如圖2所示。

圖2 CSD切割流程圖

當閘板處于完全外延狀態時，即外延長度為4～6 m，疏浚船移動至中心線位置，當疏浚船進入到這個位置以后，CSD則會自動開斗，同時縮回液壓板，將開斗移動至啟動部位。當開斗移動至指定部位以后，則會將工作定位樁緩慢地落下，在這個過程中輔助定位樁則會緩緩升起，開始進行疏浚作業。

3.3.2 疏浚CSD

為保證疏浚作業順利開展，操作者應該降低切割機的吊梯。促使刀頭開始旋轉，對海底部位的土壤進行疏松處理。抽吸口位于刀具頭部。疏松后的土壤與水由輸送泵排出。

溝槽邊坡可以根據刀頭的邊坡角度開始疏浚作業。在對河道或是溝槽進行疏浚時，需要關注邊坡自身的穩定性。邊坡的穩定性其實就是土壤特性函數，在對邊坡進行設計時，需要著重關注此方面內容。在疏浚過程中，需要定期進行檢查，確保疏松線路始終位于正確路線上，同時核算出疏浚工程量。

3.3.3 排放CSD的工作方法

結合施工方案來看，疏浚材料與抽水全部都是利用疏浚管道輸送至指定區域內。

3.3.4 排放至廢物處置儲存區

岸邊與洗泥器之間使用疏浚管道進行連接。管道結構組成比較簡單，主要是由海面浮動管道與陸地管道構成。疏浚材料盡可能地放置在臨近存儲范圍內，盡可能地縮短洗泥器與抽水點之間的距離。

3.3.5 設備定位

差分全球定位系統的核心作用是控制挖泥船的位置及定位功能。其可以為挖泥船提供高精準度的定位，地面辦公室需要每天記錄疏浚工程量。定位系統運行過程中的控制方法如下。

1)利用深度切割指示器、擺動指示器、潮汐觀測表對疏浚的深度、寬度進行檢測管控。

2)利用計算機控制疏浚的輪廓?？刂葡到y為挖泥船提供一個精準的控制過程。施工現場可以通過臨時標記的方式利用GDPS對疏浚作業進行不定時的檢查，然后形成檢查資料，通過對資料進行分析來判斷作業的正確性。在疏浚作業開始之前，對定位控制系統進行調整，提高控制過程中的精準度。在系統運行之前，檢查深度指示器的性能，確保疏浚過程中深度檢查的精準度。深度是利用刀具在不同深度、水位環境下，刀具頭之間的距離進行判斷計算得出。潮汐觀測表裝置在水下安全區域內，確保潮汐檢查儀器不會出現損壞現象。

4 結 語

大型耙吸船施工碼頭在實際施工過程中，由于受到水域的影響，導致施工難度不斷增大，本文使用CSD施工技術以后，可以實現精準定位，將施工任務進行細分，通過簡化施工流程、合理的部署，提高挖泥船的整體性能，逐步完成各個工序，以保質保量地完成施工任務。假若僅僅配備一條小型耙吸船，那么施工成本將非常高，導致凈收益降低，無法體現出經濟效益，還會導致整體施工工期不斷地延長，所以，選擇使用大型耙吸船進行疏浚作業比較合適。

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