大型耙吸船受限区域施工工艺研究

余洪强 中交水利水电建设有限公司

在耙吸船疏浚施工中由于航道设计的多样性和水深环境的复杂性，经常会遇到需在受限区域施工的情况，特别于大型耙吸船来说，受限区域施工难度和安全风险都急剧增大。受限区域根据类型可以分为单侧受限和多侧受限，以往遇到受限区域通常采用船型更小的耙吸船进行施工，但是在海外施工中由于船舶资源有限，并且受限区域往往是业主急需疏浚的区域，所以如何利用现有设备对受限区域进行疏浚是一个急需解决的问题。

新海虎9轮是中交水利水电建设有限公司自有的10,000m³自航耙吸挖泥船,有艏吹装置，船长130.3m，船宽27m，2016年2月5日进入巴西巴拉那瓜港施工。在施工期间多次遇到受限区域施工的情况，经过不断地摸索与尝试，从多个方面优化工艺，最终圆满的完成了全部区域的施工任务。

1.工程概况

巴拉那瓜港口是世界上最重要的海上贸易中心之一，是巴西第二大港。2017年2月13日由中交上海航道局承建的巴西巴拉那瓜基建疏浚工程开工。

该工程由巴西共和国港口总统秘书处出资，在原航道基础上的拓宽、增深，航道全长34.546千米，分为Alfa、Bravo1、Bravo2、Charlie1、CHarlie3、Surdinho六个区段。设计水深14.5-16.5米，设计超深0.2米。合同工期为17个月，工程量为1799万立方米，合同总价6.6亿人民币。

图1 需要施工区域图像（14.5米水深过滤）礁石轮廓（13.0米水深过滤）

Surdinho区段为一个不规则的进港航道，航道总长为1470米，最大宽度255米，最小宽度165米，与主流向夹角为17°，北侧有不规则礁石，南侧为码头。航道为感潮河段，潮汐为不正规半日潮，最高潮位1.8m，最低潮位-0.2m，平均流速2节。由于在该工程中投入的耙吸船为万方舱容的大型耙吸挖泥船新海虎9轮，船舶尺寸大，船舶姿态控制难度高，同时施工区域狭窄，工前槽底起伏大，存在硬底质的礁石区域，航道两侧均有障碍物，且流压角大，在施工该区域时，极易出现压耙、耙头断齿甚至是耙管断裂的现象。在这些不利条件的影响下，如何安全高效完成该区域的施工成为项目部施工过程中一个关键控制点。

2.工艺优化路线

2.1 采用多波束测量方法精确绘制工前图

多波束测深系统，又称为多波束测深仪、条带测深仪或多波束测深声呐等，最初的设计构想就是为了提高海底地形测量效率。与传统的单波束测深系统每次测量只能获得测量船垂直下方一个海底测量深度值相比，多波束探测能获得一个条带覆盖区域内多个测量点的海底深度值，实现了从“点—线”测量到“线—面”测量的跨越，其技术进步的意义十分突出。巴拉那瓜项目部采用的是RESON 7125多波束测深仪，测量深度0.5米到400米，具有512道波束数，水深分辨率6毫米。为了兼顾测量效率和精度，测量过程中调整发射器开角为120度，测区平均水深按照13米计算，一次可以扫测45米宽度的地形，经水深处理后，形成精确的1m×1m间距的水深文件。在Surdinho区域开工之前，对该区域进行了多波束扫测，并根据扫测结果对水下礁石区域进行了进一步的确认。将水深文件按照13.0米的目标水深过滤后得到礁石轮廓位置图如图1，可以指导施工，避免耙头进入礁石区域，导致耙头损伤。

2.2 采用DGPS高精度定位信号指导施工

目前民用普通GPS系统提供的定位精度是优于10米，工程开工之前，考虑到现场实际的情况，需要进一步提高定位精度，确保安全施工。我们通过对比采用了伪距差分原理的信标差分信号，其定位精度可以达到米级。再运用先进的SCADA系统，通过耙臂位置传感器中的数据修正，计算出实时的耙头水下位置并显示在监测屏幕上，从而指导驾驶员及时修正船舶航向，实现精确下耙，防止耙头与水底礁石碰撞。

2.3 合理采用分带施工区域

将施工区域分为三个平行航道的施工带，其中航道两侧的施工带安排在白天施工，中间带夜间施工，排班上两侧带以大副、二副班为主，中间较为安全的带以三副班为主。新海虎9轮的耙头宽度为5米，但是加上大功率泥泵的作用，实际一次过耙影响宽度可达10米，所以在每个施工带预先排布10米间距作业线，指导驾驶员施工。

2.4 根据流向合理安排施工区域

施工区域为感潮河段，潮汐为不正规的半日潮，每天转流频繁，由于施工区域狭小，如果船速过大，将大大增加船舶的控制难度，耙吸船施工中优先采用顶流施工，顶流施工舵效好，易于控制船向、船位，施工安全。顺流施工船舶受水流助推，可以用较小的推进功率获得较高的对地航速，挖泥效果相对较好，但是舵效差，若航速较快往往难以控制避让，如果遇到水底障碍物，对耙头耙管更不利。所以在施工安排上顺水施工航道中间，顶水施工航道两侧的方式，这既确保了施工安全也利用了顺水航向的效率。

2.5 采用进倒车施工工艺

施工区域由于航道宽度不足，北侧为礁石区域，南侧为码头，双侧受限，同时流压角大，无法在施工区域内部完成调头。此外，施工区域西侧为集装箱码头泊位，该泊位常年有船只靠泊，东侧为单向航道，港口繁忙，每天平均6-8艘船舶进出，如果耙吸船在西侧港池或者东侧航道进行频繁调头的话，将影响到港口的运营。为了尽量减少施工对于港口生产的影响，我们采用调头施工和进倒车施工相结合的方法，在分散浅点区域选择进出口船间隙采用常规调头施工工艺，在浅点集中区域采用进倒车施工工艺，采用进倒车工艺不仅减少了调头期间的无效施工时间，同时由于耙头在浅点集中区域进行来回往复地开挖，还大大的提高了浅点的清除效率，节省了施工时间。

2.6 合理调整波浪补偿器压力

波浪补偿器系统是一套自动控制系统，可使耙吸挖泥船在海面有波浪或水底地形有起伏的情況下使耙头始终贴紧水底泥面。通过波浪补偿器的自动调节作用使耙头始终保持对水底泥面一定的压力。由于存在礁石区域，为了防止船舶操控失误导致耙头钩挂礁石，从而发生耙头损坏甚至耙管断裂的事故，必须对波浪补偿器进行合理的调整。波浪补偿器的压力降低，可以在遇到浅区的时候迅速的弹起，防止耙头钩挂礁石，但是过低的压力会导致耙头对地压力不足，破土力降低，导致挖泥效率降低，经过多次试验我们将波浪补偿器行程调整至三分之一处，压力为4.0MPa，遇到礁石时可以有效弹起，同时保持了一定的破土力。

3.施工效果

经过上述工艺优化之后，在Surdinho施工期间未发生一起险情，同时施工区域多波束1米测点的验收结果为槽中合格率100%，边坡合格率98%，达到了合同要求的验收标准。

虽然大型耙吸船在施工码头受限水域时难度极大，但通过对风险因素、船机性能的分析研究，进行工艺优化，细化部署后，证实大型耙吸船能够在施工水域受限的条件下，良好地完成合同中规定的施工任务。

4.结束语

海外工程与国内工程不可同日而语，在无法得到国内有效支持的情况下，只能依靠船舶充分发挥主观能动性，积极开拓创新，优化工法和工艺，将船舶的性能发挥到极致，才能实现经济效益的最大化。