浅滩疏浚水力冲挖清淤施工技术及应用

(浙江省疏浚工程有限公司，浙江 湖州 313000)

1 工程概况

嘉兴市北部湖荡整治及河湖连通工程(秀洲片)PPP项目，位于嘉兴市秀洲区北部的油车港镇与王江泾镇。该项目由防洪排涝提升工程、河湖调蓄能力改善工程、生态修复工程、水文化和景观工程等组成。整治湖荡36个(圩外17个，圩内19)，建设堤防长度20.4km，整治河道长度103.7km，建设护岸长度51.8km。疏浚淤泥工程量为1402万m3，其中河道清淤量为91万m3，湖荡清淤量为1311万m3。

2 水力冲挖施工方法简介

水力冲挖的施工，是模拟自然界水流冲刷原理，借水力作用进行挖泥、输泥，即水流经高压泵产生压力，通过水枪喷出一股密实的高速水柱，切割、粉碎土体，使之湿化、崩解，形成泥浆和泥块的混合物，再由立式泥浆泵及其输泥管吸送。利用排泥管道，通过大功率泥浆泵加压实现泥浆的输送[1]。

根据不同地理环境，通过采用水上浮管、水下潜管和陆地岸管相结合组合方式进行输泥管的铺设。挖泥船尾连接300m长的水上浮管，以满足挖泥船施工移动的需要，浮管后连接长距离水下潜管，水下潜管与陆地的岸管相连，再由岸管延伸入排泥场，并在排泥管道间配一节波纹橡胶管进行过渡，避免排泥管线因热胀冷缩而拉裂，解决了长距离复杂地形排泥管道的铺设难题。同时，管道全线密封牢固连接，实现淤泥全封闭运输，有效避免管道漏泥、淤积等问题[2]，节能环保。

3 施工操作要点

3.1 河道测量放样工作

3.1.1 施工控制网布设

根据监理工程师提供的测量基准点、水准点及基本资料和数据，在开工前与监理工程师共同进行认真复测校核，并按国家测绘标准和该工程施工精度要求，测设用于工程施工的控制网，布设平面控制桩及高程控制点，在河岸边基础坚实、不易破坏、便于保护的地方布设明显标志，并用醒目的油漆予以标识。

3.1.2 河道疏浚前测量

河道疏浚前测量采用全站仪按照设计图纸要求进行断面划分，并采用断面法进行水下测量。测量精度应符合《水利水电工程施工测量规范》(SL 52—93)规定。水深测量与水位观测配合进行，每次施测始末各观测水位一次。测量完成后及时绘制河道断面图，报监理审核后作为施工计量的依据。

3.2 临时围堰

水力冲挖机组疏浚前先对河道进行临时围堰施工，临时围堰按500m一段布置，围堰采用双排松木桩围堰，松木桩由简易打桩船进行打设，两排木桩之间采用钢筋横拉，在竹片网放置后由袋装土充实围堰。

围堰修筑后，抽排水后进行水力冲挖机组施工，在此段水力冲挖机组施工完毕后进行临时围堰拆除，并打设下一河段的临时围堰。

3.3 垃圾土方清理

在冲挖过程中，安排专人清除各类垃圾，采用长臂挖掘机对垃圾土方进行清理，清理出来的垃圾土方装自卸汽车运输至垃圾场处理，以避免垃圾堵塞泥泵吸入口。

3.4 管线铺设

在集浆池内的大功率泥浆泵至排泥场之间铺设大口径输泥管线，利用开挖区和堆土区之间的水系，布设水下潜管至堆土区附近的岸边，再由岸管延伸入堆土区内。

3.4.1 水下管线铺设方法

在集浆池内的大功率泥浆泵至堆土区之间的河道内，充分利用河道一侧铺设水下管线，并固定牢固。输泥管道通过陆路运输至临时码头，在临时码头上拼接成200m一段，由抛锚艇将每段管道牵引至预定方位后，连接两端端点站，进行水上拼接。

3.4.2 岸管延伸铺设入堆土区

在河岸距离堆土区之间的陆地上铺设岸管，岸管尽量利用沟渠、路沿等设施布设。岸管采用法兰加橡胶垫圈、螺栓连接，岸管铺设时采用运管车与人工挑抬配合的方式进行施工，铺设中尽量平坦顺直，避免死弯。

3.5 泥浆泵水力冲挖

3.5.1 施工测量放样

根据河道断面控制桩，采用测量仪器和测绳结合导标放样，在施工条幅的开挖起迄点、开挖中心线、开挖边线、河底边线布设清晰的样杆标志，放样间距为10～20m。并在工程河道沿岸布设一组高程控制点，每前进50m测量一次河底高程及边坡情况，确保工程质量。

3.5.2 水力冲挖

常规水力冲挖施工方案。一套6PNL-250型泥浆泵机组设一台高压水泵和两把水枪，两把高压水枪同时冲削淤泥，冲削时水枪与平面应保持一定的倾斜角度，形成泥浆，并汇流至低洼处，再由布设于低洼处的泥浆泵吸浆输送至堆土场内，施工时，水力冲挖机在段内分区域平行施工，确保正常施工效率。在冲挖过程中，安排专人清除各类垃圾，并及时运输至垃圾场堆放，以避免垃圾堵塞泥泵吸入口[3]。

边坡冲挖施工方案。施工时，根据边坡上下端位置及高程拉线放出边坡位置及形状，高压水枪将边坡上的淤泥区域一次冲挖成型，每隔50m拉线布设边坡形状，施工中加强护岸沉降及位移观测，保证河坡稳定安全。

河底冲挖施工方案。施工时，以全站仪和水准仪相结合放设出河底角位置及河底高程，高压水枪将河底淤泥区域一次冲挖成型，每隔50m布设一个河底高程控制桩，以确保河床高程及满足平整度要求。

3.6 大功率泥浆泵加压

在河、湖附近设置一处集浆池，集浆池内布置1台大功率泥浆泵，水力冲挖机组将泥浆输送入集浆池后，由大功率泥浆泵吸取集浆池内的泥浆远距离输送入堆土区内。

3.7 全封闭管道输送

3.7.1 管道铺设流程

管道铺设流程见图1。

图1 管道铺设流程

3.7.2 水上浮管铺设

挖泥船船上输泥管尾部接上一段300m的水上浮管，水上输泥浮管铺设时，采用抛锚艇、交通艇和拖轮在施工区域的水上进行接装，水上输泥浮管的铺设安装由单根长6m、直径400mm的钢管通过钢管接头和1.5m长橡胶软管连接而成，每根钢管上穿设两套浮筒，保证水上输泥浮管漂浮于水面上，橡胶管与钢管的连接处通过钢管接头进行紧密牢固，同时严格控制水上输泥浮管摆幅，保证线路顺畅，每隔30～50m，在水上输泥浮管的两侧抛设浮管锚，将水上输泥浮管进行定位和固定，防止水流、风力造成水上输泥浮管线大幅度摆动，影响施工生产和施工区域通航。在挖泥船与浮管连接处采用回转弯管进行连接，适应由于船体的移动在连接处产生的扭动。水上输泥浮管的管线布置呈流线型弯曲，并留有足够的富裕长度，随挖泥船土方开挖施工进程，接长或拆卸水上输泥浮管，以满足不同的长度需要。

3.7.3 水下潜管铺设

水下潜管铺设前，预先对铺设线路进行水深测量，掌握水下地形情况，保证潜管下沉后基本平坦。潜管铺设时，预先在临时码头连接管线，每隔3根排泥钢管配一节橡胶管柔性连接，并将管线一端采用定制钢板及橡胶垫圈封堵，连接成100m一段，采用工作船拖带入水、牵引半潜行，管线基本至预定方位后，连接两端端点站，端点站配备水泵和压缩气泵及相应闸阀件，通过向潜管内注水、呼吸阀排气实现管线下潜，下潜后管道呈柔性紧贴河床[2]。

3.7.4 陆地岸管铺设

岸管由汽车陆路运输至施工现场，沿岸管路线按各段的管道需求量沿途堆放。之后采用双胶轮车运输至各个施工点采用人工挑抬连接施工，一直延伸至淤泥干化场内，铺设中尽量平坦顺直，避免死弯。岸管采用法兰加橡胶垫圈、螺栓连接。

陆地输泥管的架设由熟练管道工配小型吊机和手拉葫芦安装，陆地输泥管转弯段以弯管或软管连接，应按设计线路与铺设方法铺设，保持陆地输泥管线平坦、顺直、不拐死弯，陆地输泥管的连接由单根长6m、直径400mm的钢管通过钢管接头连接而成，陆地输泥管线的钢管接头必须紧密牢固，整个钢管管线和钢管接头不得漏泥、漏浆、漏水，发现泄漏，应及时修补或更换，每隔400m设一个水陆接头，并安装相应的接力泵，保证在陆地输泥过程中有充足的动力。

若输泥管道主干线经过明渠，则沿明渠边坡架设，在边坡不稳定处敷设输泥管架和混凝土墩支撑。施工时，先破土开挖一条深槽，槽底泥土进行平整后，将钢管埋入深槽，再由渣土进行回填覆盖，表层再浇筑一层细混凝土进行埋管保护。架设引坡时，根据道路宽度预先定制排泥管道两侧钢梁结构引坡，待排泥管道在道路上铺设后，及时将定制的钢架引坡安装固定在排泥管道两侧，以保证道路正常通行。

3.7.5 排泥场施工

采用真空预压进行淤泥干化的湖荡，在其沿线借用低洼农田、渔塘等作为疏浚土方临时排泥场。排泥场四周修建围堰。围堰施工前先进行排水和清基工作，事先开挖排水缺口排出排泥场内的积水，再用水泵抽排出积水，同时在场内布设必要的排水沟网，在围堰填筑期间实施日常性排水工作，保持干场作业。

排泥场围堰采用土堤结构，填筑时控制施工加荷速率，并设置足够的沉降和位移观测点，严密观测，谨慎施工，以确保围堰安全。

排泥场内设置沉淀池和一、二级退水口，即在排泥场与沉淀池的围堰位置，设置一级退水口，在沉淀池外围围堰适宜位置，设置二级退水口[4]。沉淀池围堰采用土堤结构，退水口两侧与围堰结合部位采用袋装土加固处理，以保证退水口使用安全，并在一级退水口位置设置余水处理房。

在排泥场内根据现场情况布设相应的隔埂、退水及截水、安全围栏等排水、安全防护、环保及水保设施。

4 工艺流程

工艺流程见图2。

图2 施工工艺流程

5 材料与设备

5.1 材料

使用的材料主要有内径400mm的优质钢管、橡胶管、法兰、橡胶垫圈、螺栓等。

5.2 设备

使用的机械设备主要有泥浆泵机组、高压水泵、水枪，泥浆泵、自卸汽车，双胶轮车、接力泵船、抛锚艇、专用清障船、自航泥驳、挖掘机、测量船、交通艇、油驳等。

6 质量控制

专职质检员在施工现场根据淤泥高程控制面和样桩，对淤泥冲挖质量进行严格控制，随时检查冲挖质量。

冲挖施工中，泥浆含泥量要逐渐增大，避免开泵初期产生高含泥量泥浆运行的现象。施工中日常监测各段管道压力，一旦发生管道淤堵，应尽快排除解决，避免产生爆管、脱管等不利情况。

在运输泥浆过程中若出现停机现象，需用清水通管一段时间，在开机前再用清水通管后送泥浆，并逐渐增大泥浆含泥量，以防管道淤堵。为确保管道排泥安全，管道输送流速控制在相对稳定的流速，同时在管道各主要端口内安装管道压力表和爆管预警装置。

排泥管线在穿越苗木植被区域时，严禁系带林木，并在法兰处垫设木板保护。为避免出现管道泄漏，管道使用前对钢管壁厚进行检测，对管材质量严格控制，管道法兰间加设橡胶垫片，再采用对口螺栓连接，安装中做好接头的紧固密封工作。

7 结 论

水力冲挖，高压水泵配合水枪冲挖，采用水上浮管铺设、水下潜管铺设、陆地岸管铺设等多种管道铺设相结合的管道布设形式，利用泥浆泵将泥浆统一吹填入集浆池，施工机具简单，施工效率高[5]，组合性和现场适应性强，可以连续作业，工期短，处理能力灵活，场地要求简单，适用于各种复杂施工环境，有效实现淤泥长距离输送。

在管道各主要端口内安装管道压力表和爆管预警装置，将管道输送流速控制在相对稳定的流速进行施工生产，确保管道排泥安全。 挖泥船清出的淤泥，通过全封闭管道输送至淤泥干化场，部分排距超出基本排距时中间串联接力泵(水上采用接力泵船，陆上增设接力泵)接力输送。挖泥船尾部接少量用于调节船位必需的浮管，浮管后大范围采用水下潜管，管道全线密封牢固连接，实现淤泥的全封闭输送，节能环保。

采用高抗压强度钢管作为排泥管，可有效防止泥浆在高流速的情况产生爆管，提高施工效率。正式清淤生产前，进行管线压力试验，确保管线全线密封无泄漏，在端点站内设置管道压力表，实时进行监控，有效防止管道淤堵、漏浆现象，避免了清淤过程的二次污染，节能环保，保护环境。