大型绞吸船开挖岩石质量控制措施

弓宝江，赵丽娜，冯晨

（中交天津航道局有限公司，天津　300450）

大型绞吸船开挖岩石质量控制措施

弓宝江，赵丽娜，冯晨

（中交天津航道局有限公司，天津300450）

以实际工程为出发点，结合东莞虎门港麻涌新沙南作业区工程，通过理论计算与施工经验相结合的方式，总结出了一系列绞吸船开挖岩石高质量控制的措施，成功应用于多个工程，社会经济效益显著。

绞吸船；岩石；开挖；质量控制

1　工程概况

东莞虎门港麻涌新沙南作业区4号—5号泊位工程位于珠江口东岸，为散杂货码头。泊位基槽宽度为600 m，纵深为390～433 m，总面积为24.70万m2，设计深度-16.0 m，疏浚总工程量约323.20万m3，土质主要为强风化岩及硬塑型黏土，岩石饱和抗压强度10~60 MPa。

2　工程实施中出现的问题

该工程开挖基岩设计允许超深0.4 m，超宽1.0 m；边坡为1∶0.5，工程选用了装机功率、疏浚能力亚洲第一、世界第三的自航绞吸船天鲸号，其公称生产率4 500 m3/h，最大挖深30 m，绞刀功率4 200 kW，总装机功率20 020 kW。

天鲸号按照传统工艺施工约10 d，经测量发现超深平均在0.5 m以上，而且最大超宽处达4 m。传统工艺在控制超挖时，普遍采取在施工至边线时减慢横移速度，以减小施工富裕量[1-3]。此类措施虽减小了超挖，但易造成残留，而且施工效率也有很大降低，综合效果不是很明显。所以迫切需要研究针对大型绞吸船挖岩施工的行之有效的质量控制措施。

3　施工质量控制措施及原理

经过多次典型施工与经验总结，结合测图、船舶特性以及现场工况，分析了造成过度超深超宽的主要原因有:驾驶员质量控制意识淡薄；船舶DGPS定位精度低；岩石硬度大，不能切入；施工期间船舶摆动惯性大，边线无法准确停摆；残留量控制不准以及工艺不适等原因。对此，总结制定了一系列质量控制措施，保证了大型绞吸船开挖岩石的质量。

3.1提升驾驶员的责任心是各项措施准确、全面实施的前提

船舶驾驶人员在掌握施工交底的同时与项目施工人员对接，学习施工规范，掌握整个工程的概况，对所施工的土质有更理性的认识，更好的把握施工要点。而且定期与项目部共同进行测图分析，查找施工问题。

3.2精确校准船舶设备，掌握信号点与船体实际轮廓关系是措施实施的保障

施工前要校准各个设备的精度，尤其是各船的绞刀信号采集点不同，大部分的信号采集点都是在绞刀轴前端的中心点。由于绞刀呈冠型，随着不同的挖深变化，信号点与绞刀外轮廓之间的距离也不断变化，如图1所示。在施工期间还要注意船舶吃水对船舶挖深的影响。

图1　信号点与外轮廓线之间距离Fig.1　Distance between the signal location and outer contour line

3.3通过增加配重块，加大对岩石的作用力

桥梁配重块设计要经过原船设计部门的浮力与桥梁受力核算，设计为可拆卸、可模块制作，保证可利用船吊安装，并与其他船可通用。使用期间根据工程土质安装适宜数量（图2），平时配重块可存放在陆地。经过船舶桥梁配重后，施工期间没有无法切入现象，保证了质量层的平整度。

图2　桥梁配重块Fig.2　The clump weight of bridge

3.4增大反张力，平稳控制横移速度

天鲸号典型施工期间横移反张力在10~15 t，导致挖掘岩石横移速度在10~18 m/min范围内变化，而且密度在1.025~1.2 t/m3不均匀变化，流速也不稳定，同时造成船舶挖掘轨迹不均匀。后把反张力增加到40~50 t，使横移速度控制在12~15 m/min比较稳定区域，使吸入密度均匀在1.15 t/m3左右，同时增大反张力还起到边线辅助停摆的作用，避免了超宽，同时预防了滚刀现象。

3.5采用台阶法开挖边坡

依据绞刀尺寸、土质特性、设计坡比等，船舶按台阶控制线开挖形成阶梯状瞬时坡，待自然塌坡稳定后即可形成与设计边坡基本吻合的施工断面。

台阶的底线终点（挖泥终止控制线）不要设在台阶高度的1/2处，应适当“内错”使下超挖三角形小于上备塌三角形（图3），体现动态开挖和设计吻合理念。

图3　边坡开挖示意图Fig.3　Sketch of slope excavation

3.6结合泥泵特性与挖掘生产率，优化工艺，减少残留量

3.6.1绘制船舶泥泵管路特性曲线，确定工况点

根据管路清水损失总水头计算公式[4-5]，绘制不同长度的管路特性曲线如图4所示。

依据不同泥泵组合的清水特性曲线和不同工况管路特性曲线，计算拟合得出1台水下泵和1台舱内泵输送粗颗粒泥浆时的泥泵工况点、工作区（图5）。

3.6.2研究减少残留量的措施

通过泥泵与管线的特性曲线，查找工程的工况点，推算出泥泵管线输送生产率，同时结合船舶施工期间的进尺、挖深、横移速度等，计算船舶的挖掘生产率。通过对比工程的实际测图情况，分析匹配船舶两种生产率之间的关系，研究减少残留量的措施。

图4　管线清水特性曲线示意图Fig.4　Characteristic curve of water cleaning in pipeline

图5　水下泵与1台舱内泵管路特性曲线示意图Fig.5　Characteristic curve of underwater pump and a under-deck pump

天鲸号在东莞施工具体实施措施如下:通过合理的分层，控制上层稍厚，质量层稍薄，而且施工质量层时实施正刀破土，反刀挖泥的工艺措施。施工中分3层，第1、2层尽量提高进尺量，每层由原来的5~6刀完成减少为4刀完成，其中第1层因存在塌坡现象，第1刀进尺在2 m以上。第3层施工时，由于之前2层产生的残留量，加大正刀的进尺，减少反刀进尺，降低横移速度，并且进尺不超过1.2 m，以保证在施工中重叠，并将前2层的施工残留吸净，从而保证施工质量。

经统计施工情况，通过工艺优化，土质在变化不大的情况下，第1、2层施工时间缩短9%、28%，生产率分别提高了16%、95%。第3层施工同样施工时间缩短了50%，生产率提高了190%。周期施工时间由3 h缩短为2 h，生产率由800 m3/h提高到1 600 m3/h。充分说明，改进工艺后，不仅施工周期时间缩短，而且吸入效果改善明显，残留层减少。

3.7防止泥泵长时间超负荷

由于工程排距短，经常会造成船舶泥泵出现超负荷现象，影响生产率，此时为了防止泥泵长时间超负荷，应采取加缩口或者是泥泵叶轮切割的方法，但是加缩口浪费泥泵功率，不可取，故采用切割叶轮的方法。

在图6中，泵的H-Q曲线与排泥管路特性的交点A为流量过大的工况点。如果希望流量能从QA减小到QB，由QB作一垂直线交管路特性曲线于B点，则B点即为切割叶轮后施工的工况点。先通过B作一抛物线H=KQ2，式中为定值。此抛物线与H-Q曲线交于C点。由图量得HB、HC及QC各值，利用以下公式，即可求出切割后的叶轮直径。

式中:D2B为切割后的叶轮直径；D2C为原来的叶轮直径。

图6　计算示意图Fig.6　Sketch of calculation

3.8注重环境保护

绞吸船施工相比爆破施工，很大程度上减少对施工水域的二次污染，但是绞刀仍然对水下会造成一定扰动，引起水质浑浊、扩散。为防止疏浚过程中大量悬浮物对周边水域的再次污染，工程中采用防污幕帘，解决环境保护问题。

4　结语

通过一系列质量控制措施的实施，天鲸船成功实施了东莞工程以及日照石臼港等工程，有效解决了船舶疏浚超深、超宽以及残留量大等问题，均比预定工期提前完工，并且一次性验收合格，受到业主的一致好评。而且该系列措施具有通用性，适用于各类大型绞吸船开挖岩石类工程，对提高开挖精度、保证施工质量等有较大帮助，具有参考价值。

[1]JTS 257—2008，水运工程质量检验标准[S]. JTS 257—2008,Standard for quality inspection of port and waterway engineering construction[S].

[2]JTS 207—2012，疏浚与吹填工程施工规范[S]. JTS 207—2012,Construction code for dredging and reclamation works[S].

[3]JTS 181-5—2012，疏浚与吹填工程设计规范[S]. JTS 181-5—2012,Design code for dredging and reclamation works [S].

[4]中交天津航道局有限公司.天鸥、天虎船施工工艺[K].2009. CCCC Tianjin Dredging Co.,Ltd.Construction technology of Tianou and Tianhu ships[K].2009.

[5]高伟.苏丹绿地工程大型绞吸船水下泵单泵珊瑚礁疏浚施工[J].中国港湾建设，2004（6）:15-17. GAO Wei.Discussion on using of combined pumping unit to dredge coral reefs in green area in Sudan[J].China Harbour Engineering, 2004(6):15-17.

Quality control measures for rock excavation of large cutter suction dredger

GONG Bao-jiang,ZHAO Li-na,FENG Chen
（CCCC Tianjin Dredging Co.,Ltd.,Tianjin 300450,China）

Taking actually engineering as a starting point,combing with Mayong Xinshanan operation area project in Humen Port of Dongguan,through a combination of theoretical calculation and construction experience,we concluded a series of measures for rock excavation quality control of cutter suction dredger,and successfully used in many projects,which has significant social and economic benefits.

cutter suction dredger;rock;excavation;quality control

U616.21

B

2095-7874（2016）02-0065-03

10.7640/zggwjs201602016

2015-07-31

弓宝江（1984— ），男，辽宁朝阳人，工程师，从事港口及航道工程施工。E-mail:174795393@qq.com