“拼装式”绞吸船在内陆湖泊清淤的应用研究

2019-09-16何欣郑锶炜

珠江水运 2019年14期

关键词：清淤

何欣郑锶炜

摘要：由于内陆湖泊航运条件不佳，通常没有航道与外界相通，常规绞吸式挖泥船和耙吸式挖泥船无法直接通过航道进入，不便在清淤疏浚中使用，其他施工设备往往效率及安全性能不佳，因此需要选择合适船舶机械来解决内陆湖泊清淤问题。本文通过河南省某水库清淤扩容工程的实例，分析“拼装式”绞吸船施工情况，为需要清淤的内陆湖泊但又无合适清淤机械的类似工程提供借鉴。

关键词：内陆湖泊清淤拼装式绞吸船施工效率

1.工程概况

项目建设地点为内陆某水库，属淮河流域某支流的干流控制工程，是一座以防洪为主，结合灌溉、发电、养殖、旅游等多项目综合利用的大（1）型水利枢纽工程，水库面积约239 km2 。该水库运行已近 60 年，库床比降缓，库面面积大，大量泥砂沉入库区，造成水库库床淤积壅高，规划死库容已基本淤满，随着淤积物的逐年增加，水深逐渐变浅，目前库区平均水深不足 1.7m，部分（约29%）区域水深不足 1m。

本次清淤计划水下开挖清除淤泥2972万m3。清淤扩容工程土质主要为淤泥质土、淤积中轻粉质壤土及重粉质壤土，特征描述为粉质粘土，灰色，灰黑色，含水量较大，流塑～软塑，含腐殖质及贝壳，具腥臭味。

2.工程特点、难点

（1）工程施工范围大，可开展施工面大；

（2）清淤工程量大，工期紧；

（3）工程位于内陆地区，而且湖泊水深条件不足，大型施工船舶无法进入，清淤适用机械可选择范围小。

3.工况分析及施工方案确定

该水库清淤工程量约2972万m3，总工期为三年，宜采用绞吸挖泥船开挖，将清淤土吹填到后方吹填区。

其工况特点：

（1）根据该水库清淤范围和纳泥区分布，清吹填区分为东、西两块区域。

（2）本工程东部库区平均吹距在3km之内，西部库区平均吹距在5km，最远吹距约6公里。排泥之前，需先将排泥区基面腐植土清除，并选择合适区域临时堆存，用于后期吹填区顶部和围堰外侧边坡绿化或复耕。

（3）结合该水库大坝在坝后修建吹填围堰，共分为8个吹填区，围堰总长26km。8个吹填区总面积约6645亩，总长度约14.5公里，宽度约300m。纳泥区高度8m，围堰顶比纳泥区高0.5m，为8.5m，围堰边坡1：2.5，围堰顶宽3m。围堰填筑土方为就地取土，分层碾压，每30厘米碾压一次。在排泥区域围堰处布设高程控制观测点，加强巡查，以确保吹填高程符合要求。

根据工程总体布置，结合该地区的区域规划，库区▽50.34m 高程以下清除的淤泥通过绞吸船利用排泥管将淤泥转吹至大坝桩号 5+302～26+550 段下游。吹填区宽度为300m，共分 8 段，总长度约 14.5km，在坝后填筑围堰，经自然固化后，结合当地规划利用。

对本工程工况进行综合分析后，绞吸船在吹填过程中必须合理布置管线走向，控制吹填过程中的流量、流速，保证施工效率和围堰安全。排泥管线离吹填区的分区边线距离不少于30m，排泥管口须保持超出围堰内坡脚5m以上距离，并且根据吹填情况，及时调整管口的位置和方向，并通过铺设彩条布、沙袋等措施减少排水对堤防的冲刷。

4.船机设备选型

（1）“拼装式”绞吸船。绞吸式挖泥船是目前在疏浚工程中运用较为广泛的一种施工船舶，其作业方式是在施工船舶上安装离心泵，船艏装有铰刀架，在挖泥时将铰刀架降下，头部的铰刀申放到水体底部，旋转铰刀头，利用绞刀头将底泥绞碎为悬浮泥浆，在铰刀口下方安装有离心泵（或称为吸泥泵），通过吸口把泥浆通过吸泥管吸上来，直接利用管线把泥浆吹填至岸上或中转区域。相比其他船舶，绞吸船疏浚、运泥、吹填过程连续完成，适用环境多，工作效率高。本工程所采用的“拼装式”绞吸式挖泥船施工，主要用于内河湖泊水库水下清淤施工，清淤深度在3m之内，清淤物质主要为淤泥质土、中重粉质壤土等。

（2）接力泵。在绞吸船进行施工时采用“近挖远吹、远挖近吹”的施工原则。在对该水库

西侧区域进行清淤时，结合管线布置情况，每隔 3 公里增加接力泵，增加绞吸船的排泥距离，提高施工效率。

5.“拼装式”绞吸式挖泥船适应性分析

（1）由于该湖泊为平原湖泊，整体水位较浅，且无航道联通其他水系。施工船舶无法通过水运方式进入该区域，因此拟采用“拼装式”绞吸船进行疏浚作业。在对绞吸船进行合理拆解后，以平板汽车将各部件运输至施工区域，在水域边缘布设装卸点，通过陆上起重设备将该绞吸船体分块吊于水面上进行拼装。接力泵及吹填管线也采用类似方式，在水面及水库边缘上进行拼装或连接，然后再通过锚艇牵引至施工区域。

（2）考虑到“拼装式”絞吸船的有效吹距为4km，但超过3km吹填效率过低，而疏浚区域至吹填区域的最长距离约6km，拟通过增设串联接力泵的方法，以满足吹填施工要求。

6.施工工艺流程

绞吸船采用钢桩定位，采用扇形横挖法施工，通过离心泥泵在内部产生真空，以此方式绞刀头处泥浆吸入泥泵，并利用泥泵产生的动力，通过吹填管线将疏浚物输送至吹填区，其工艺流程如下：

7.方案实施

7.1分条设计

本工程共需清淤扩容淤泥2972万m3，根据时间利用系数、工况影响系数、土质影响系数、排距、排高影响系数计算，本工程选取800m3/h“拼装式”绞吸式挖泥船，共需9艘。

根据分区形状，将分别将施工区进行分块分条施工，以50m宽度为一条。施工时逐条进行疏浚，为了防止漏挖，各施工条块间重叠度应按不少于2m施工。疏浚施工中，以防止出现漏挖现象。分条长度约2000m。由于该水库清淤厚度为1m左右，厚度较小，不再进行分层施工，在施工时采用一次性清淤至设计标高施工。

7.2船舶进点

该水库防汛码头水深条件较好，可作为进点区域。船舶进点前，应先布设好陆地管线，并将水下、水上管线拖至施工区附近区域备用，船舶进点后，迅速将水下管线拖至指定位置，一端连接陆地管线，一端抛锚固定在放样点，与水上管线连接，完成管线对接后，吹水沉管，调试正常后开始施工。

7.3吹填施工

结合该水库大坝在坝后修建吹填围堰，共分为8个吹填区，围堰总长26km。8个吹填区总面积约6645亩，总长度约14.5公里，宽度约300m。纳泥区高度8m，围堰顶比纳泥区高0.5m，为8.5m，围堰边坡1：2.5，围堰顶宽3m。围堰填筑土方为就地取土，分层碾压，每30厘米碾压一次。在排泥区域围堰处布设高程控制符号，加强巡查、观测，以确保吹填高程及吹填区安全。

7.4吹填施工

在施工时必须首先保证排泥区围堰安全，排泥管线离吹填区的分区边线距离不少于30m，排泥管口距离围堰内坡脚不小于5m，在施工过程中对管口的位置、方向及时进行调整，并采取铺设彩条布和沙袋等措施防止水流对堤防的冲刷。

土方吹填根据工程施工区段、排距远近实施吹填。吹填施工步骤遵循规范要求，排泥管线经滩地至吹填区后沿围堰布设，首先对排泥区围堰实施吹填防护后，排泥管口视吹填情况，顺着围堰延伸。

7.5纳泥区排水

根据坝后吹填区分布，共划分为8个吹填区，每个吹填区规划排水口一处，结合施工图设计和现场沟渠现状，弃水通过排水口和排水渠排至就近的河道。排水口采用开敞溢流式闸板控制结构，退水净宽7m，采用C25钢筋混凝土结构。闸板采用优质厚木板，取放容易，能有效控制吹填区内水位和退水浓度。排水渠引排水口水流排入附近水域，排水渠排水既要满足排水要求，又必须满足边坡稳定，且不能对周围土质产生冲刷。综合工程地质实际情况，单个排水渠设计为矩形砖砌明渠，坡降1%，过水面水泥砂浆抹面，排水渠设计底宽2.0m，边墙高1.0m，平均每个吹填区排水渠长2km，总计约16km。