“新海鸥”轮在大连船舶重工码头前沿水域及港池疏浚工程中的施工技术要点

刘延涛

摘 要：本文基于大连船舶重工集团船务工程有限公司修船建设项目码头前沿水域及港池疏浚工程，着重讨论了新海鸥轮在工程建设中的施工技术要点，且探讨总结了施工管线和缩口布置、分条分层施工、边坡质量控制和工程经验措施等，从而为绞吸船在类似质量工程中的施工提供一定的理论依据和实践参考。

关键词：“新海鸥”轮;绞吸挖泥船;疏浚;施工技术;施工效率

中图分类号：U616            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）08-0125-04

1工程概况

本工程的施工内容包括内湾南岸西中岛东侧标段的疏浚挖泥工程，以及疏浚吹填，将疏浚土方吹填至指定的纳泥区，总面积约177万m2，吹填顶标高+5m。

疏浚区的土质是塑性粘土夹一定量碎石，天然土的平均密度约1.85g/cm3。疏浚区域为500m×200m和1000m×200m（长×宽），疏浚前平均水深约-6.0m，疏浚至设计水深-9.2m，疏浚区北侧宽度28.4m区域，设计浚深至-4.0m。疏浚管线情况：总长2806～3518.54m，船上管60m，水上浮管560～800m，岸管126～1210m，沉江管1628～2840m，排泥管直径850mm。排泥口直径600～850mm，随着管线的延长，排泥口直径不断扩大;区域北侧、东侧和南侧按设计边坡开挖，分别按1：2、1：2.5和1：5的坡比向外放坡，西边线按垂直边坡施工，不计超深。

2 施工技术难点

本工程是质量工程[1]，对浚后水深和边坡质量要求较高，因此，“新海鸥”轮在实际施工中主要遇到了以下3个问题：

（1）如图1所示，施工区上下土层土质变化较大，且含石量较大，对管线磨损较严重。施工土质多为塑性粘土，为五类土，3500方绞吸船挖掘和输送该类土难度较大，泥土在输送过程中易在管道内粘结成团，且土中含有大量碎石，导致管道泥浆输送流态不稳定且无法预测。

（2）土质较粘、水下石头等垃圾杂物较多，导致开泵、清吸口时间较长。

（3）由于本工程对边坡、水深要求较高，尤其是基槽北、南侧边坡，施工区原始水深多为零上水位，塌方现象严重，边坡不易形成，因此需合理控制绞刀深度和放坡距离。

3 施工技术要点

絞吸挖泥船排泥管线和缩口大小的布置，对整个工程施工效率的有效发挥、机器设备的安全运行以及降本增效起着决定性的作用。

3.1合理铺设管线防止堵管现象发生

浮管与滩地管、沉江管的连接应根据地形和水位变化来选择适当的连接方式，管线铺设应避免出现大角度转弯，浮管与沉江管之间的端点站现固定牢固，防止因水流影响而出现移动，否则管路泥浆经过弯折区段时会引起额外的阻力消耗。同时，当体积较大的固体物质难以经过时，即使平均施工泥浆浓度不高，也会直接造成管道堵塞。局部管径的突然变小，会加剧泥浆在管路流动时与管壁相互作用而产生的漩涡程度和紊动强度，阻力损失因此而增加。此外，管路也不能出现泄漏，否则泄漏点前后的流量会发生改变，引起管路内流速的局部改变，若没有及时发现并采取措施，在泄漏点之后的泥浆会因流速的减小而沉降，引起管路阻力的逐步增大，进一步发展会发生堵管现象。因此，在日常施工过程中，应根据船舶施工参数变化情况，及时跟踪和检查排泥管线的密封性。

3.2合理计算沉江管长度

由于沉江管线修理麻烦，出现泄漏时也较难发现，且存在上下两个爬坡产生较大水流磨损阻力，一般尽量减少使用，所以合理准确计算沉江管长度以减少多余管线阻力，也是日后施工过程中提高施工效率和时间利用率的关键。如图2所示，为简化计算，管线视为圆弧，且一般取值60°（α=60°），假设沉江管AB的设计圆弧长度为L1，在平面上的投影长度，即沉江管的长度，为AB的直线长度（即主、副端点垂直距离）L。沉江管长度S的计算公式如下：

“新海鸥”轮在大船重工码头前沿水域及港池疏浚工程的施工中，需跨越最大水域宽度为2340m，由此可计算得S≈2830m，即所需管线长度为2830m。而实际施工根据水下地形情况，钢质管线（每节12m）及橡胶软管（每节2m）布设的长度约为2840m。

3.3合理确定排泥管线缩口大小

本工程施工排距在2806～3518.54m，上层表面有一定量的淤泥，对粘土管道输送起到润滑作用，施工流速较高，泥泵机组柴油机负荷也较大;下层是纯粹的塑性粘土，施工流速随浓度的提高下降很大。如果在施工中不加以合理控制，很容易造成堵管现象发生。合理确定排泥管线缩口大小并通过合理调整泥泵机组转速，既能适合上层施工又能满足下层施工要求，并达到较高的施工效率。

排泥管线缩口大小应满足以下条件：

（1）在管径、排距一定范围下，排泥管线出口所安装的缩口必须满足泥泵机组柴油机最低转速安全运行要求;

（2）针对施工区上下泥层土质变化，所安装的缩口必须满足上下泥层施工时，土质在泥管中能得到合理有效输送，即满足在高浓度状态下，上层较松软土质在输送过程中泥泵机组不超负荷，在下层硬塑性粘土输送时又要确保不堵管;

（3）在满足设备安全运行条件下，施工效率能达到最大化，万方油耗指标达到最低，真正达到节能降耗的目的。如表1所示，根据《新海燕 新海鸥轮施工工艺》[2]，“新海鸥”轮管径850mm的排泥管缩口直径折算成同管径直管的长度。

3.4合理分条、分层是提高船舶施工效率的关键环节

为了确保工程优质完成，在船舶施工期间，减少换桩、泵送清水、移船等无效施工时间，以最大程度上提高船舶施工效率。在绞刀挖掘能力的容许范围下，通过不断优化分层厚度，并利用表层所含的淤泥起到管道输送“润滑”的作用，上层施工效率得到最大发挥。合理确定施工分条宽度，有效发挥整体施工效率。

“新海鸥”轮由港池南侧进点施工临时通道，待通道施工完毕，调整排泥管线后进点指定区域，从边线进点，首先开挖北侧第一丝，从西向东施工，然后再施工南侧第二丝，每丝宽度100m。如表2所示， 如果不进行分层开挖，按验收标高-9.2m进行测算，“新海鸥”轮的平均施工效率约在916.8 m3 h-1左右，施工效率较低。这一方面是因为泥质粘性较大且含有大量的碎石，难输送、易成团、流动性较差;另一方面是因为施工工艺不合理，未分层、进关量2.0m，使得泥层切得太多太厚。施工区域泥层平均厚度为3m，如果“新海鸥”轮每条分两层开挖，即上层为-7.5m+水位，下层为-9.3+水位，再适当减小进关量在1.2～1.5m，使浚后水深达到-9.2m。对比发现，分层开挖使得施工效率明显有所提高。

3.5边坡施工质量控制

绞吸船在开挖边坡时，一般采用阶梯形开挖法和矩形开挖法。当进行泥层较薄、台阶少的边坡施工时，采用矩形开挖法;当进行泥层较厚、台阶多的边坡施工时，采用阶梯形开挖法。其原则是：上欠下超，超欠平衡，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。根据本工程开挖边坡施工质量要求，不宜一次开挖形成边坡，因此“新海鸥”轮在施工过程中采取阶梯形开挖法。同时，本工程在开挖边坡时，由于离码头较近，采用与码头平行开挖，从而有效避免因垂直码头开挖形成开挖死角，提高时间利用率。

如表3所示，必须根据土质情况，选取适宜的设计边坡比，以确保边坡的稳定性。边坡比是边坡的主要参数，其定义是边坡高度与宽度的比值。由于受土质特性和水利条件影响，不同土质的边坡稳定性各不相同。

实际施工中，台阶深度确定后，需合理分层进行开挖，如果分层厚度过大，易导致边坡大规模塌方，致使边坡无法满足设计要求;如果分层厚度过小，边坡坡度无法形成，施工效率也较低。在采用阶梯形开挖法开挖台阶时，台阶分层厚度一般选取为1.0m～2.5m之间进行选择。台阶宽度即不同台阶绞刀深度下的放坡距离，其值可根据上下台阶深度差值与边坡比求得，同时结合绞刀实际切泥深度值，从而可得不同绞刀深度应做至边线何处。

如图3所示，本工程边坡主要以基槽北、南侧边坡为施工难点，基槽底设计深度为-9.2m，基槽边线深度即边坡底设计深度为-6.2m，上下层的高度差为1.5m，边坡各台阶设计深度分别为-6.2m、-7.7m和-9.2m，北侧基槽底以上的土质主要是塑性粘土，且整个工程离码头较近，坡度需较缓，因此边坡比选取为1：2，基槽底至基槽边线距离为6m，放坡距离为3m;南侧基槽底以上的土质主要是软粘土和淤泥，施工区泥层较厚，极易坍塌，因此边坡比选取为1：5，基槽底至基槽边线距离为15m，放坡距离为7.5m。

如图4所示，绞刀头与桥架并不完全成一直线，存在约15°的角度，但通过换算发现这15°的角度对不同绞刀深度下所对应的理论最佳挖宽值基本不会产生误差，因此在绞刀实际切泥深度值的计算公式中忽略不计。此外，由于在计算绞刀深度时，以施工基准面至吸口假定线的垂直距离，并未将吸口前绞刀的垂直投影距离计算在内，但是真正接触并切削泥面的是绞刀，因此在实际施工中，为保证边坡质量，绞刀深度不能直接采用台阶设计深度值进行开挖，必须根据绞刀实际切泥深度值（h+s）进行计算。

根据求得的边坡底设计深度（-9.2m）和绞刀实际切泥深度计算方法，同时考虑到泥质为粘土，塌方、流动性较大，可适当抬升桥架，则实际施工中绞刀深度可确定为-8.8m;臺阶分层厚度为1.5m，则各断面施工绞刀深度分别为-8.8m和-7.3m，由此可确保边坡各台阶断面标高满足设计标高，形成边坡。根据本工程工后水深测量情况，边坡坡度、台阶断面标高等参数完全符合设计要求。

4 工程经验措施

在实际质量工程施工中，对水深要求较为严格，为避免出现浅点、漏挖、超深等不利影响而造成经济损失和确保工程质量，应做好以下几点：

（1）制定并及时调整施工方案。施工前，应根据工程概况，尤其是施工区域的浚前水深、土质及管线的布置，制定好工程初期的施工方案;在施工中，对所发现的问题及时分析处理，调整施工方案。

（2）勤测水深。施工中，调整施工方案后，及时测量水深，并根据水深测量结果再次调整施工方案，从而避免水深测量不及时而造成浅点或超深。

（3）核对潮位及水砣绳。施工中潮位经常处于涨潮或落潮状态，尤其是在潮位变化较大的地区施工，潮位每几分钟就会变化一次，应根据潮位的变化，及时调整绞刀下放深度，当潮位变化异常时，根据潮汐表进行判断解决。此外，水砣绳由于长时间使用，可能会因膨胀收缩而使测量精度产生偏差，应每隔一段时间对水砣绳进行校核，使精度偏差在可控范围之内，确保工程质量。同时，水砣绳可以选择细钢丝、电线等材质来代替棉麻绳，因为这些材质即使在使用一段时间之后也不容易缩水，对水深测量误差影响较小，从而保证测量精度。

（4）校对绞刀深度。在实际施工中，绞刀深度对水深的影响较大，不能忽略了绞刀深度的校对。绞刀深度是由船舶疏浚辅助系统（SCADA），根据上下起点位置（即上下零点）之差，上起点位置为工程施工基准面，下起点位置一般采用假定位置，以绞刀的吸口中心为假定线及潮位变化计算得出。但绞刀深度值会受船舶前倾后仰、耳轴偏向、系统误差累计等因素影响，造成误差。当发现误差时必须及时校对，消除误差，防止水深不够再进行扫浅施工，耗费人力物力，从而达到降本增效的目的。

5结语

“新海鸥”轮在大连船舶重工集团船务工程有限公司修船建设项目码头前沿水域及港池疏浚工程施工中，通过及时采取措施调整施工方案，克服了排距较长施工效率低、水下石头多对管线磨损严重、土质较粘难输送、塌方严重边坡不易形成等诸多不利影响，不断提高船舶的时间利用率、施工效率，逐步降低万方油耗。

参考文献：

[1]中交上海航道局有限公司.疏浚技术培训教材[Z].

[2]中交上海航道局有限公司东方疏浚工程分公司.“新海燕”“新海鸥”轮施工工艺[Z].