整平器在烟台港莱州港区5万吨级航道维护性疏浚工程中的实践应用

李腾

摘 要：在航道疏浚工程中，自航耙吸船因其特定的施工作业方式及工作原理进行航道施工时平整度控制难度较大，易形成浅区、浅点，是施工中质量控制的通病。在航道施工后期通过耙吸船与整平船配合施工，改变了耙吸船传统扫浅作业方式，大大提高了扫浅施工效率并取得良好效果。本文以烟台港莱州港区5万吨级航道维护性疏浚工程为例，阐述了整平器在航道扫浅施工阶段的实践应用，对工作原理、应用效果、工艺优化等进行分析总结，可为类似工程提供参考。

关键词：浅点;整平器;应用效果;工艺优化

中图分类号：U616+.2             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0149-03

随着经济的快速发展，我国沿海港口面临船舶密度不断增加、船舶吨位不断加大的挑战，给航道通航条件提出了更高要求，航道拓宽、增深工程服务市场需求也与日俱增。在航道疏浚工程中，自航式耙吸船施工后期易出现浅点数量多、分布散的情况，在扫浅施工阶段，耙吸船因耙头宽度较小，必须依靠精准的走线及覆盖度相当高的布线才能使浅点逐渐减少直至消除，这是一个投入产出比极低的施工作业过程，施工效率极低。加之现在航道验收测量多采用多波速测量，工程后期扫浅阶段施工难度进一步加大。

目前国内有关学者对整平器进行了多角度研究，对疏浚浅点、耙平器原理、节能等研究方面取得了较多成果。吕玉棋[1]等阐述了浅点的生成及预防措施，并给出了实施方案以及清除方法。李刚[2]等探讨耙平器在基建整平中的节能作用和应用前景。纪国梁[3]等对耙平器在惠州港施工工艺进行了分析。杨召通[4]等研究耙平器的改进和施工工艺的改良对疏浚施工的意义。王筱君[5]介绍了海道测量的发展和多波束测深系统的工作原理。

在烟台港莱州港区5万吨级航道维护性疏浚工程扫浅施工阶段，为解决耙吸船在航道扫浅阶段高投入、低产出、工期无保障等难题，采取了耙吸船、整平船相配合的施工工艺。从施工效果上看，整平器的投入使用对提高扫浅施工效率、降低扫浅成本、保证工期起到了关键作用。

1 整平器工作原理及操作流程

1.1 整平器工作原理

采用在带艉甲板的拖轮安装整平器，用钢缆拖带扫浅的方法替代自航耙吸挖泥船扫浅。整平船由拖轮、整平器、A 字吊架和拖缆等设备构成。利用绞缆设备使耙平器垂直升降，以控制整平器底面标高;借助拖轮航行拖力、整平器自重及前部的切削刀口进行破土，铲削浅点填至超挖部分，达到整平扫除浅点的目的。

1.2 构造型式

在烟台港莱州港区5万吨级航道维护性疏浚工程扫浅施工中，选择在拖轮“航工301”上加装整平器及相关拖吊辅助设备。整平器为矩形桁架结构，长度15m，宽度4m，总重量26t。小框架并列焊接而成，前部、后部加装刮板，位于耙平器两端约1/4处分别设置四个对称吊点，中间设置两个吊环。在船尾加装两处A字架，高度3m，A字架顶部配有定滑轮，定滑轮距船尾外悬的水平距离约1.5m，用于放置起吊耙平器的吊索。吊索穿过定滑轮，一端连接耙平器吊点，另一端则直接接入船尾卷扬绞车。为保证船舶航行时吊索呈垂直状态，在整平器两侧设置水平拖点，用钢缆水平拖点连接，利用两侧拖缆平衡船舶航行时产生的水平拖拽力，使整平器水切割航道浅区泥面。

1.3 操作流程及注意事项

（1）施工前先進行船机设备检查，检查牵引、起升钢丝连接是否正常，根据航道水深情况在起升钢丝绳上进行长度标记，施工前利用深度传感器校核标记刻度是否精准;

（2）根据航道水深情况，选择合适长度的牵引钢丝绳，避免过长或过短影响施工效果（如果拖缆过长，整平器受力会后延过大，致使整平器各吊点受力不均失去平衡;反之，过短则使铲口上翘，扫浅效果较差）;

（3）行驶至指定水域，解开整平器临时系固装置，使整平器处于可以自由下放状态;

（4）调整船位，尽量减少船舶摇晃，应保证顶流或在顺流小于 1kn的情况下下放整平器;

（5）根据潮位信息确定整平器下方深度，并在施工过程中根据实时潮位信息调整整平器下方深度;

（6）操作员根据驾驶员或技术人员发出的深度指令操作整平器升降，读取起升钢丝上的长度标识，确定整平器下放至目标深度，绞缆机停车（下放过程中保持工作船低速航行，不大于 1kn 对地航速）整平器就位后，将牵引钢丝拉紧，使其成为主受力钢丝;

（7）根据《施工作业指导书》施工技术交底资料以及施工底图上制作好的扫浅计划路线，进行定点、定线扫浅施工。整平器每次扫浅宽度为 10m（两头稍留搭接）;

（8）进入扫浅状态，保持工作船对地航速 2-2.5kn 左右，沿疏浚航道直线行驶。当整平器拖动浅点时，船舶会有明显降速，同时伴有较强烈的震颤，这属于正常现象，随着过耙次数的增加，震颤会减弱;

（9）单程作业结束后，将整平器提升至水面以上（或者在水中泥面以上）再进行船舶掉头，后进行下一轮施工作业;

（10）提前规划施工路线，选择合适的施工区段，避免频繁提、放耙，防止液压油温度太高造成报警停车;

（11）整平器宽度较大，操控难度大，施工边线时需控制好安全距离，避免剐蹭边坡形成新的浅点;

（12）每次作业完成后，首先将整平器起吊拎出水面固定，由操作人员更换吊点，再操作绞缆机将起升钢丝收紧;

（13）整平器起吊固定后要对整平器进行检查，清除整平器上的垃圾。

2施工工效

2.1施工情况

莱州港航道后期扫浅施工时，发现耙吸船存在生产效率较低，后期继续使用耙吸船施工会造成很大的工程浪费，为了满足航道通航要求并按期完成航道疏浚工作，项目部引入整平器辅助扫浅施工。

“航工301”轮于7月6日晚到达莱州港外锚地抛锚待命，耙平器吊装完成后于7月10日15：30开始施工。

“航工301”轮先后进行W0-W4、W4-W9、W9-W14+692区段扫浅施工，根据W0-W4、W4-W9区段测图情况进行施工效果分析。

根据测图效果分析，整平器施工效果明显，航道浅点率明显降低，施工效率较高。施工前后数据对比如下表：

通过两次测图对比，浅点率明显减少，浅点个数减少1206个，浅点率由6.14%减为2.59%，平整度由0.22减为0.16，通过以上数据可知：整平器施工效率较高，整体施工效益优于耙吸式挖泥船。

2.2 施工效果图展示

根据整平器施工前后效果对比，施工效果超出预期，浅点消除率极高，不仅对零星浅点效果明显，对成片成条浅区效果同样明显，前后施工效果图如下：

2.3 施工经济性分析

在烟台港莱州港区5万吨级航道维护性疏浚工程交工验收期间，天津海测大队进行了多被束扫海测量。根据扫海测量图，莱州航道段设计通航水域最浅点水深-14.3m，航道中部水域及边缘水域均未出现浅点，满足设计及规范要求。

由于整平器的投入，使莱州航道段原计划30d的扫浅作业时间缩减至16d，既保证了工期也节约了施工成本。根据成本分析，如采取耙吸船进行施工预计产生成本约500万以上，整平船的投入产生成本约150万元左右，整体节省施工成本约350万元左右。

3 工艺优化

针对整平器的改进和施工工艺流程，在其扫浅整平施工中可以采取相应的优化措施。

3.1增加液压传感器

整平器具备结构简单、施工成本较低等优点，同样不可避免伴随着功能简单，依赖施工经验等缺点。整平船施工定深一般通過钢索标记的方式进行，误差较大，而且需要频繁进行率定。建议借鉴耙吸船定深方式，在整平器上安置液压传感器，既可保证扫浅精度也可减少率定、标记时间，提高施工精度和施工效率。

3.2切削刮板焊接耙齿

整平船的刮板装置在淤泥质土施工中施工效率较高，但当施工区域泥土强度较高时施工效率会大打折扣。建议参考绞吸船铰刀形式，在整平器刮刀上安置耙齿，增加破土能力以适应更多土质。

4 结论与展望

通过烟台港莱州港区5万吨级航道维护性疏浚工程的施工情况，整平船在航道验收扫浅阶段的优势明显，在控制施工质量、进度及成本方面成效显著，是应对航道扫浅施工的一把利刃，具有很好的推广前景。

参考文献：

[1]吕玉棋，韩政，陈跃发，张金林.耙吸挖泥船疏浚工程浅点的控制与消除[J].中国港湾建设，2014（2）：59-61.

[2]李刚，王振兴.水下整平系统在基建性疏浚中的节能减排作用[J].中国水运（下半月），2014，14（6）：354-355.

[3]纪国梁.底床耙平器在航道扫浅中的施工实践[J.中国水运（下半月），2015（6）：257-258.