浅述河道湿式生态清淤工艺优化

2019-02-15

水资源开发与管理 2019年2期

(广东鹏清建设集团有限公司，广东东莞 523000)

1 研究背景

1.1 工程概况

东引运河下游石鼓水闸至虎门水闸段河道清淤清障应急工程是配合东江南支流泗盛国考断面水质达标工作的重要工程措施。工程主要任务是对东引运河下游石鼓水闸至虎门水闸段河道疏浚，河道设计防洪标准为20年一遇。现状出现河床局部壅高，且淤泥已成为河道水流水质恶化的内源性因素。为了增大运河过流能力并减少东引运河下游段开闸向厚街水道放水的频率，减少对东江水质的影响，保护东江水源水质安全，地方政府决定对该河段进行全面、彻底的清淤工作。工程的起点为石鼓水闸，终点为虎门水闸，涉及南城、厚街、沙田、虎门4个镇区。清淤清障20.7km主河道以及沿线各大明渠支流，清淤淤泥总量约92万m3，固化后需外运处置的淤泥总量约60万m3，清淤清障后预计过流能力为77m3/s。

1.2 传统清淤工艺的局限性

目前国内外常用的挖泥船有密闭抓斗式挖泥船、环保绞吸式挖泥船、IMS全液压驱动挖泥船、IRIS高浓度工法疏浚船等。

密闭抓斗式挖泥船属于机械式疏浚设备，施工灵活，适用于各种土质，尤其是较硬的泥块、含垃圾杂物的污泥等。但是对颗粒细小的淤泥清除效果较差，挖泥深度控制的精确性、准确性不够，容易造成超挖与漏挖。

环保绞吸式挖泥船是目前生态清淤中使用最多的疏浚机械，施工工艺是采用铰刀切割底泥+抽吸结合的绞吸挖泥方式，可以根据挖泥能力的大小来选择不同型号的挖泥船。头部密闭罩和抽吸装置对流泥和浮泥清除效果好，有效减少了开挖面泥浆再悬浮造成的污染扩散；自动定位装置使刀头定位精确，平面及深度控制的精度可达厘米级。但环保绞吸式挖泥船清淤方式存在如下问题：ⓐ铰刀刀片和头部密闭罩容易被杂物缠绕堵塞，铰刀刀片会对河道中的水、电、煤气、通信管线及河湖岸坡坡脚造成破坏；ⓑ对含垃圾杂物较多的底泥需要做预处理；ⓒ疏浚底泥的泥浆浓度偏低、含水量高、余水处理较大，必须对疏浚余水进行沉淀处理，否则余水可能造成二次污染。

IMS全液压驱动挖泥船是环保型清淤疏浚设备，采用独特的液压驱动潜水泵，施工工艺与环保绞吸式挖泥船基本相同。IMS挖泥船在设计上考虑了对泥浆的后期脱水，船体配套有全机械式污泥脱水系统，输泥管排出的浆液进入脱水系统，脱水后的干泥可直接运走或临时堆放，实现了挖泥、余水处理、淤泥固结一体化处理。

IRIS高浓度工法疏浚船是气密式高浓度疏浚设备。IRIS疏浚船的特点是采用压缩空气压送泥浆，其排泥浓度高，基本无余水处理。射流泵的吸头利用流体力学Coanda效应实现高速流，高压水流通过高压分配腔经一次射流口将一次流体(射流水)直接射入出口管，经二次射流喷口粉碎待清除的底泥形成二次流体(泥浆)，将二次流体射入出口管，一次流体及二次流体在出口管掺混。该技术能将底泥粉碎及泥浆输送一气呵成，与环保绞吸式清淤吸头相比，进一步降低了对周围底泥的扰动。

2 清淤工艺原理和适用范围

2.1 工艺原理

在东引运河下游石鼓水闸至虎门水闸段河道清淤清障应急工程的施工策划过程中，全面、深入地调查和总结了国内外现有各类不同清淤技术，联合科研院所、生产厂家、设计及管理单位开展技术革新与攻关，根据东引运河的水力条件、淤泥特点、堤岸稳定、堤内部分基础设施安全要求，有针对性地开发和总结了集淤泥清挖、输送、物理筛分于一体的河涌湖泊湿式生态清淤施工工艺，经工程实践应用及改进，形成一项河涌湖泊湿式生态清淤施工工法。

该施工工法在环保绞吸式疏浚机械铰刀头上加设了一种特别制作的保护套，在精确疏浚、对细颗粒流泥的清除、低扰动等常规铰刀预割清淤输送淤泥的情况下，避免铰刀对河岸基础、河道中的水、电、煤气、通信管道管线造成破坏。清淤淤泥输送至岸坡陆地的淤泥脱水固化场的沉淀池时，在输送出口安装特制滚筒筛，可以极大地提高初始筛分的效率。

2.2 适用范围

与一般的水利或航道交通等工程疏浚相比，生态清淤工程在施工设备的选择上遵循精确疏浚、对细颗粒流泥的清除、低扰动和清淤技术经济等原则，技术先进，操作可行性强，适用于有水的河涌湖泊水生态环境治理疏浚清淤淤泥处理工程、工业排污污染河(渠)水环境治理工程。

3 工艺运用情况及特点分析

3.1 施工工艺流程

先进行施工准备，然后制作铰刀保护罩和筛分滚筒和安装保护罩，在绞吸船下河涌湖泊的同时进行清淤测量，绞吸船就位、固定后安装浮管式淤泥输送管和筛分滚筒，再进行清淤作业和初渣清运，直至施工结束。

3.2 工艺运用情况

a.施工准备。施工前，全面熟悉东引运河下游石鼓水闸至虎门水闸段河道清淤清障应急工程基础资料，审查施工图，并参加设计交底会议；同时熟悉施工场地和环境条件，组织安排船泊组装、停靠、避风、度汛和维修等位置；然后调查施工作业区有无电力及通信线路、水底电缆管道、桥涵、隧洞、闸坝、水下障碍物、水生植物、污染物等。在查明这些设施的所属单位和具体位置以及细节后，编制施工组织设计，建立施工测量控制网，对清淤段河道进行清表。清表先采用水上挖掘机对清淤段河道水面漂浮物、河底淤积表层的垃圾和块石等进行清除；然后检查排泥区泄水通道泄水对附近水域或设施可能产生的冲淤及污染情况，并制定相关措施；再根据设计图纸用竹竿等方法标识河涌湖泊的宽线、坡顶线等界线，标志应稳定牢固。卸泥区为设计位置或业主指定位置，在开工前报监理工程师及建设单位审批。根据监理人批准的施工规划布置方案，进行施工临时道路、施工排水系统和淤泥处理站施工，同时通过实地勘察确定施工技术参数等。

b.制作铰刀保护罩和筛分滚筒。根据生态清淤的河湖条件、漂浮及淤积物情况、清淤强度，选择绞吸式清淤设备，再结合铰刀头参数制作铰刀保护罩。根据淤泥成分、组成及清淤强度制作筛分滚筒。

c.安装铰刀保护罩。采用焊接或螺栓将铰刀保护罩安装于绞吸式挖泥船铰刀头部，将铰刀罩住；手工盘转铰刀盘检查铰刀和保护罩的间隙，确保铰刀能自由旋转不触碰保护罩。

d.绞吸船下河涌湖泊。根据船舶分体拼装式特点及公路运输发达的优势，挖泥船、管线等附件采用汽车运输调迁，其中主浮箱采用100t10轴拖盘运输，在河岸组装后用气囊下水。挖泥船调迁程序：先将船体解体，并将拆卸件吊装入运输车辆，运输至安装地点后卸车组装，组装完成后下水进行试运转。

e.绞吸船就位、固定。先根据测量放样控制图，准确定位出清淤河道的坡顶线、河道中心线及河道的坡脚线，同时定位出绞吸船工作时的船位(即标明定位桩的位置)，供挖泥船作业定向；再用工作船顶推绞吸船船头或船尾，逐渐调整船位，当定位桩到达预定位置后落桩，用测量仪器校核船位，直到船位在设计位置时抛左右边锚(或挖地垅)固定船位。

f.浮管式淤泥输送管安装。淤泥输送管选用钢管、高分子聚乙烯管和橡胶管。管线的敷设采取岸管和浮管相结合的方式，应平坦顺直，避免死弯。安装时应注意：出泥管口伸出排泥场围堰坡脚外的距离不小于5m，并应高出排泥面0.5m以上；水下排泥区的管口应伸出排泥区标志线外30m，且应高出水面；管接头应紧固严密，整个管线和接头不得漏泥漏水；管支架必须牢固，水上及水陆输泥管连接应采用柔性接头，并做好双向固定；岸上输泥管敷设时，应对施工区域全面勘察，按照减少排距、方便施工、保证安全的原则，确定最优敷设线路，尽量沿公路、堤坝方向布置；输泥管的布置不得破坏现有公路、堤防等设施，必须穿越时，应报请发包人与有关管理部门协调解决；水陆接头尽可能布设在水下地形变化平缓，风浪、水流影响较小的位置；水上输泥管的固定采用抛设固定锚的方法，抛锚的数量、角度、位置根据现场条件合理确定。

g.筛分滚筒安装。在选定的淤泥脱水固化场一级沉淀池前，设置初沉池。筛分滚筒安装在初沉池上，淤泥经输泥管输送至筛分滚筒，筛分滚筒以0.5r/s的速度滚动筛分。

h.疏浚清淤和淤泥输送。绞吸式挖泥船采用扇形横挖法施工，以挖泥船定位桩为摆动中心，利用左右边锚横移钢缆收放牵引旋转的绞刀摆动挖泥。在流速较快的水体中，绞吸式挖泥船应从上游向下游进行开挖。根据水流速度合理选择、调整挖泥船的开挖方向：当流速小于0.5m/s，采用顺流开挖；流速大于0.5m/s时，采用逆流开挖。绞吸式挖泥船正常挖宽为30m，吃水深度为0.6m，按照全断面阶梯开挖、超欠基本平衡的原则，断面两侧各留一定范围(该范围通过土方调配平衡计算确定)不挖，在断面其他部分超挖，达到土方平衡。采取分条施工时，按照“远土近调，近土远调”的原则，从距排泥区较远的一侧开始，依次由远到近分条开挖，要及时校正船位，确保开挖断面的准确性，避免返工；采取阶梯开挖方式按照上欠下超的原则，超欠面积比控制在1～1.5范围内。开挖后的边坡台阶土体在自重和动水的作用下，自然坍塌后形成的边坡可满足设计要求。设计开挖边线的技术参数由施工测量技术人员提交挖泥船操作人员现场根据罗径进行操作控制。淤泥输送管路要尽量布置在清淤的水域中，以消除淤泥输送管路存在的泥浆渗漏对陆地环境造成的污染破坏。

i.初渣清运。淤泥由管路输送到垃圾分拣筛上，使淤泥中的垃圾和粒径不小于2mm的砂石、泥块等杂物从泥浆中分离出来。通过垃圾分拣筛分拣出来的垃圾和杂物，临时堆放在附近场地，并做好防雨淋和防雨水冲刷防护。存贮到一定数量后，装车运送到合同规定的地点，并按合同规定的处理方法处置。要经常检查并保持垃圾分拣筛完好无损，防止垃圾与杂物进入待处理的泥浆中。

j.施工结束。施工结束后，按招标文件、技术文件和设计文件要求，及时做好淤泥处理站临时占地的土地恢复和水土保持工作，并会同监理人进行完工测量，做好验收资料整理和编制等工作。

3.3 工艺特点

a.保障了生态清淤时河岸基础及河道内各类管道管线的安全。该工艺在环保绞吸式疏浚机械铰刀头上加设了特别制作的保护套，在精确疏浚、对细颗粒流泥的清除、低扰动等常规铰刀预割清淤输送淤泥的情况下，避免铰刀对河岸基础、河道中的水、电、煤气、通信管道管线造成破坏，安全保障效果显著。

b.提高了生产效率。由于采用了铰刀头防护罩，清淤安全得到保障，显著降低了铰刀头发生卡阻的概率，降低了操作人员的压力，大大提高了生产效率。

c.提高了初始筛分的效率。清淤淤泥输送至岸坡陆地的淤泥脱水固化场的沉淀池时，在输送出口安装特制滚筒筛，可以极大地提高初始筛分的效率。

d.施工速度快。该工艺可提高生产的安全性和初始筛分效率，加快了施工进度。

4 加强质量控制和安全、环境保障措施

4.1 质量控制

a.根据公司的质量管理体系文件要求，成立以项目经理为组长的质量管理领导小组，项目部设置质量管理机构，配备专职质检员，建立质量保证体系，制定质量管理制度，明确各级各类人员的质量责任制。

b.根据《东莞市河涌和水库淤泥处置技术规定》(试行)和《水利水电工程施工质量检验与评定规程》(SL 176—2007)等技术文件及规程规范的质量控制要求，编制质量保证措施和质量检测计划，并报送监理人批准。

c.在施工准备工作阶段，项目部应对全体施工人员进行质量法律法规、技术标准和质量控制要求等培训和质量教育，进行质量交底，使全体施工人员了解质量法律法规的相关规定，掌握和遵守本岗位(工种)质量控制要求和技术标准等相关规定。

d.在施工前，应对施工区域内淤泥中的有机物含量和重金属含量现场取样进行试验检测，根据检测结果，拟定固化剂品种、固化剂掺入量、脱水固结效果比对试验方案，并根据比对试验结果确定施工技术参数。

e.在施工中，应执行“三检制”，严格控制过程施工质量，只有上道工序经检验合格后，才能进入下道工序的施工。

4.2 安全措施

坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针。建立安全生产保证体系，成立以项目经理为组长的安全生产领导小组，配备专职安全员，制定安全生产管理制度，明确各岗位安全生产职责。

安全生产管理的重点是加强绞吸式挖泥船水上作业人员、输泥管道维护人员、陆上淤泥沉淀池临水作业人员及其他涉水、涉电操作人员的安全管理。在施工现场设立重大危险源公告牌、施工安全警示牌；施工前，对各岗位(工种)进行安全技术交底和培训，绞吸式挖泥船、挖掘机、电工等特殊工种作业人员必须持证上岗；施工中，绞吸式挖泥船水上作业人员等临水作业人员要正确穿戴救生衣，杜绝违章指挥、违章操作和违反劳动纪律现象，做到安全操作，文明施工；施工结束后，要及时检查并清理施工现场的安全隐患，做到安全生产，善始善终。

4.3 环境保护

按照住建部《绿色施工导则》的规定及公司环境管理体系文件要求，建立环境保护与文明施工保证体系，成立以项目经理为组长的环境保护与文明施工领导小组，配备环保员，制定环境保护与文明施工管理制度，明确各岗位环境保护与文明施工职责。

施工前，编制详细的环境保护措施计划；施工中，淤泥输送管路要尽量布置在清淤的水域中，以消除淤泥输送管路存在的泥浆渗漏对陆地环境造成的污染破坏。淤泥中分拣出来的垃圾、粗粒渣物以及淤泥中经沉淀、过滤分离出来的泥沙，在临时堆放场滤干水后，运送到指定的地点堆放。在人口密集区进行施工作业时，须严格控制作业时间，尽量选用低噪声设备和工艺。施工结束后，按招标文件、技术文件和设计文件要求，及时做好淤泥处理站临时占地的土地恢复和水土保持工作。