抓斗挖泥船疏浚技术的探讨

2017-10-30王小锋

珠江水运 2017年18期

王小锋

摘要：文章以实际工程为例，首先对工程疏浚的施工难点进行分析，然后对抓斗挖船疏浚技术进行分析探讨，最后阐述施工质量控制措施，工程施工后疏浚效果达到预期要求，可为类似工程提供借鉴。

关键词：抓斗挖泥船；凿岩棒；挖深控制

1 工程概况

该工程位于非洲西岸喀麦隆克里比（Kribi）南部约30km处的莫伯罗（Mboro）村，拟建一个5万吨级集装箱泊位、一个4万吨级通用泊位，按一字型布置。疏浚工程包括码头基槽、泊位、调头圆、航道的疏浚开挖，合同工程量约218万方。根据钻孔资料，该区域覆盖层主要是粘土和粉土构成，靠近岸线部分孔可见卵石和砂，覆盖层标贯击数较高，大部在20多击到50击。

2 工程施工难点

（1）该工程处于开敞海域，风浪、涌浪大，施工环境恶劣，每年4～9月份，涌浪影响频繁，船舶施工受影响够大，有效施工时间受其影响有所降低。

（2）施工区土质变化大，对斗齿磨损较严重，极大降低施工效率。

（3）土质复杂，部分区域疏浚土质为岩石，强度超过100MPa，200方抓斗无法直挖，需考虑炸礁。工期紧，施工强度高。

（4）疏浚施工和其它水工施工交叉，节点工期紧；施工船舶多，需加强协调，充分考虑施工干扰，确保安全。

3 施工设备投入及分析

根据该工程的地质情况和特点，采用抓斗挖泥船疏浚技术进行施工。抓斗挖泥船为机械式挖泥船，是一种使用抓斗和吊机进行水下挖泥作业的机具，具有设备简单、施工成本低、施工磨损机械部件少等优点。本工程在进行施工时，投入施工船舶有：18m3抓斗船一艘，200m3大型抓斗船一艘，舱容为1000m3的开体自航驳3艘、舱容为2000m3的开体自航驳1艘、舱容为3500m3的链式泥门非自航驳1艘，配1艘3900匹马力的拖轮，及炸礁船、交通艇等共九艘施工船舶。

4 抓斗挖泥船疏浚施工技术优点

根据现场的施工工况、土质条件和疏浚土处理方式，采用合理配驳方案，保证整体生产效率并确保安全。首先在200方抓大量开挖时充分保证其配驳，在18方抓抢挖航道时采用让200方适当停工模式，确保海况好时航道施工。另一方面，考虑施工船具体情况，进行适当技改，将18方抓斗经过技改，增加下锚施工功能，以增强海况适应性，开挖航道等防波堤挡不到的地方。

4.1 施工区域的划分

（1）疏浚区域划分。该疏浚工程采用分区分段方法施工，根据工程具体情况将施工区分为A、B、C、D四个区。A区为进港航道，B区为港池西面392m范围，C区为港池中间区域（30m～369m），D区包括港池东面30m，泊位、基槽。各施工区的施工顺序为：D-A-B-C。

（2）分層施工。码头基槽部分，岩层设计标高为-17m，非岩层设计标高为-18.5m。施工分层如下：港池及航道设计标高为-15m，泊位设计标高为-16m。

4.2 大型抓斗船施工工艺

采用抓斗挖泥船进行挖泥施工时，其操作流程如下：张开空泥斗抛入到开挖点 → 闭斗切入 → 重斗提升 → 转动斗臂使重斗移动到泥驳的上方 → 开斗卸泥 → 斗臂反向转动→将空口抛入到开挖点。

该工程施工时，使用“东祥”及“金建”号直接利用钢桩定位，挖泥施工时不需要抛锚，并对水域面积占用较小。缺点是抗风浪能力差，在施工过程中需要根据风化岩的宽度和厚度，分层、分条进行开挖。根据泥层厚度和土质情况确定排斗的间距和顺序。

在对上层泥土进行开挖时，由于土质较为松散，因此可以开挖深度适当大一些，该工程施工时初始开挖深度为5m，将分条宽度确定为30m，以保证抓斗重斗率，如图1所示。分段施工长度为60m，并在航道中心线的260m的位置设置挖泥船。第二层的挖掘深度依然定为5m，但是挖掘方法和第一层的挖掘方法有所不同，严格按照分条分段的原则开挖施工，一二层使用沉挖，第三层使用定深挖。从里向外排斗，邻近两斗距离控制在2m左右，抓斗单位转动角度为5°，上一条挖掘完成后进行下一条的挖掘时要保证挖泥船的内侧处在分条边线上，避免出现漏挖的情况，第二层挖到距离设计边线42.4m的位置。在开挖边坡时依然先进行沉挖，然后进行深挖，挖掘深度保持在2.4m，超挖和欠挖高度分别为1.5m和1m。第三层开挖深度为4m，前两部开挖主要是对航道两侧进行开挖，第三层是对航道中央进行挖掘。进行挖掘施工时，从中央向两边进行挖掘，挖掘方法和第二层类似，直至挖掘到设计边线64m处。第四层开挖深度为3m。分两层进行开挖，第一层为沉挖，第二层为定深挖，一直挖掘到设计边线80.5m处。第五层开挖为最后一层开挖，该层的开挖深度为3m，先进行定深挖，然后采用平挖的方法进行施工，指导挖掘到距离设计边线95m处。使用定深挖的方法进行边坡的开挖施工，挖掘深度保持在1.5m，超挖和欠挖的高度分别为0.9m和0.6m。

开挖过程中大型抓斗船“东祥”的200m3斗自重370t，适宜开挖硬粘土以下硬度的土质。136m3重斗自重400t，斗唇闭合力量最大达570t，适宜开挖坚硬粘土及软岩。106m3重斗自重460t，斗唇闭合力量最大达988t，适宜开挖较硬的岩石（UCS<12.5MPa、RQD<50%），对UCS 为12.5～30MPa的RQD=0%的岩石也可挖，但效率较低。该工程主要用136斗施工，其显著特点是长周期的涌浪对下钢桩施工的船舶影响很大。在施工期间钢桩多次出现问题，特别是东祥号，因涌浪影响层出现尾桩和中桩断桩的情况，抢修时间达到一个月以上。为了解决无遮拦海域疏浚问题，项目部工程技术及船机人员对金建号进行适当改造，改为下锚施工，拖轮山阳丸做锚艇配合金建布锚。通过进行改进后有效保证了航道和港池喇叭口区域的施工进度。

4.3 凿岩棒施工

为了提高坚硬微风化岩的开挖效果，使用40t“凿岩棒”辅助18m3抓斗船“金建”号进行施工，先凿后抓挖。对于斗式船直接开挖效果不佳的区域，经过水深测量后将需要凿岩的作业范围确定出来，然后按照1.6m的间隔距离布设等边三角形凿击点，并将凿击点信息输入到DGPS导航电脑上。操作员可以根据电脑上显示的位置进行下棒凿击。在凿岩作业前先把“金建号”的“斗”改为“凿”，施工方法与抓斗挖泥类似，然后驾驶员将“凿岩棒”提升到一定高度后松开离合器，使凿岩帮自由落下，击碎岩石，然后使用抓斗船将破碎的岩石挖除。该工程基槽段疏浚采取了多种组合方法凿岩施工，确保基槽分期及时交付，保证沉箱安装，也大大减少水下炸礁的面积，有效节省成本，提高效率。