浅窄航道耙吸挖泥船施工技术应用探讨

◎ 王佳鸿 武汉四达工程建设咨询监理有限公司

1.工程概况

某新港区项目码头配套改扩建工程疏浚工程航道设计疏浚工程量为280×104m³，疏浚段总长3.84km，底宽165m，边坡设计比1:5。为保证航道开挖疏浚施工工效，投入国内研发生产的自航耙吸式挖泥船，该疏浚机械舱容量2×104m³，满载吃水10.5m，排水量4.0×104t。考虑到航道疏浚施工区域自然水深并不大，难以满足自航耙吸式挖泥船通途轮正常施工在安全通航水深方面的要求，所以开挖施工时应空船进入，并选择水深条件良好的区域采用单趟挖泥的方式，结合潮位的具体改变，进行渐进式开挖疏浚施工，为控制疏浚挖泥船吃水，还应采取9000m³的最低舱容档。施工起始区段借助潮位变化的限定进行控制，并加强挖泥船以下1.0m及以富余水深的安全界定。

2.浅窄航道耙吸挖泥船施工因素

2.1 施工影响因素

考虑到浅窄航道的水深无法满足耙吸挖泥船满载航行的要求，为此，本疏浚工程主要根据潮位的变化分段清淤渐进施工，根据实际水深调整上线和装舱量，并达到水深逐步改善的目的。为确保施工工效、施工进度和船机安全，应当根据潮位变动趋势规律、耙吸挖泥船性能、实际及可能的装载量、吃水增减关系等合理安排渐进施工节奏，并主要以耙吸挖泥船船底富余水深为控制依据。随疏浚区域水深的逐步增大必须随之调整疏浚开挖施工节奏，提升上线，确保开挖长度。

（1）航道断面底高程里程：一般而言，浅窄航道里段水深浅，外段水深加深，所以从里段向外段疏浚施工的过程中，航道断面底高程逐渐增大。考虑到航道里段水深不足，耙吸挖泥船施工受到很大限制，为此，必须充分利用潮汐的作用，在大潮高潮位时进行里段浅区疏浚清淤，逐渐拓宽加深水深。

（2）潮位历时：对于浅窄航道耙吸挖泥船疏浚施工而言，必须准确掌握工程区潮汐运动趋势规律，并根据潮位变动时间、变动幅度、涨潮落潮历时、潮位水深等数据进行疏浚开挖施工工艺和具体时间的合理安排。本次疏浚航道属于典型的日潮港，其潮汐周期为1个太阴日，在半月内大多数天数在1个太阳日内仅出现生1次高潮位或低潮位，也就是说，时间是影响和决定该航道潮汐变动趋势和潮位信息的最主要因素。为此，忽略其余不重要的影响因素，仅考虑时间的影响，并充分借助高潮位的发生，按照潮位变化趋势进行施工节奏控制，通过调整溢流口高度控制耙吸挖泥船吃水，确保船底以下富余水深在1.0m及以上。

（3）挖泥时间、船舶吃水、排水量的关系：耙吸挖泥船属于自航、自载水力式挖泥船，拥有常规性航行机具设施设备和整套耙吸挖泥疏浚工具，还包括泥浆装载舱、舱底泥浆排放设备等。耙吸挖泥船通常采用挖运吹/挖运抛方式施工，也就是说，耙吸挖泥船通常空载航行至待疏浚施工区域，减速停泊后上线定位，再通过离心泥浆泵将船舶耙头搅松的泥浆吸进装泥舱，并待装满或至设计装载量后起耙，将耙吸挖泥船航行至吹填水域或抛泥区域后将舱内疏浚土泥门打开吹填或将舱底的泥门打开抛泥，抛空后空载航行至疏浚挖泥区域，继续挖泥。

2.2 挖泥船施工富余水深

浅窄航道耙吸挖泥船清淤疏浚施工应当在确保船机安全的基础上提高清淤量和施工工效，扩展清淤施工工作面，其中较为核心的控制因素是挖泥船的富余水深，即在挖泥船上线选定时既充分考虑满足船舶航行挖泥水深的需要，还应确保其满足设计施工进度的要求。

对于所确定好的上线和里程边界条件，既定时刻耙吸挖泥船富余水深表示如下：

式中：Hy—某个时刻耙吸挖泥船实际富余水深（m）；Hc（t）—同一时刻清淤疏浚区域实际潮位（m）；Hd（xt）—同一时刻耙吸挖泥船断面水深（m）；H（t）—耙吸挖泥船实际吃水（m）。

某个清淤疏浚施工时刻耙吸挖泥船船位按下式确定：

式中：xt—施工时刻耙吸挖泥船船位（m）；x0—耙吸挖泥船上线（m）；v—耙吸挖泥船在疏浚施工段的实际航行速度（m/s）；t、t0—当前、上线时刻（min）。

耙吸挖泥船在施工过程中某个时刻的吃水与挖泥施工时间存在密切关系，具体如下：

式中：HS（t）—耙吸挖泥船在施工过程中某个时刻的吃水（m）；f—函数关系；其余参数含义同前。

根据上述对耙吸挖泥船疏浚清淤施工过程中富余水深影响因素及函数关系的分析可以看出，耙吸挖泥船在具体施工时刻和清淤区域上线后可得出其富余水深的预测值（具体见图1所示），并依据该取值对疏浚清淤施工过程加强指导控制，充分借助倒吹、旁排等措施使疏浚清淤施工作业面快速拓宽，并根据监测结果具备装舱条件后再进行装舱施工。

3.浅窄航道耙吸挖泥船施工工艺

3.1 施工准备

在准备阶段，必须测量航道实际水深并检测航道测图，依据航道水深测图确定航道里程和断面高程之间的关系曲线；根据所掌握到的整个施工期内历时潮位数据，进行施工过程中潮位信息的预测。在全面掌握耙吸挖泥船吃水、载重曲线的基础上结合地形、淤泥质等进行施工曲线的修正。通过所获取的上述信息便可得出耙吸挖泥船在具体时刻、具体施工位置的富余水深预测图，并可据此进行船底富余水深的模拟推演，加强对施工过程的指导和控制。结合耙吸挖泥船船底富余水深进行航道上线里程的模拟验算，并根据施工时间，将船底富余水深确定在1.0m以上。

3.2 选择上线位置

上线位置除受潮位影响外，还与耙吸挖泥船性能、施工区域、水深条件、潮流影响等有关，为避免横流对船舶上线造成不利影响并增大操作困难，必须综合考虑上述因素后确定上线位置。操纵耙吸挖泥船进行边线边坡疏浚时必须以船舶艏侧推与车舵相配合，通过抵消部分耙头横向力后更好地行驶在设计疏浚航线上。

3.3 航行挖泥

对于狭窄航道耙吸挖泥船很难掉头的区域应进行进退定深和分层施工的方式，并结合淤泥质将分层开挖厚度确定在0.3～0.5m范围内，随着开挖逐层加深。当潮位升高时应主要施工浅段，而当潮位下降时主要施工航道深段，开挖出的淤泥旁排或边抛。为延长挖泥施工作业区域，还应通过调节装舱口和闸阀，以确保挖泥船艏艉吃水平衡。

4.结论

图1 耙吸挖泥船富余水深施工变化曲线

根据本文对某新港区项目码头配套改扩建工程疏浚工程浅窄航道耙吸挖泥船施工影响因素的分析及清淤施工过程的探讨可以看出，本文所提出的清淤施工技术主要采用非满舱施工，并在挖泥清淤过程中，以挖泥船吃水而非泥浆装舱情况为主要考虑因素，并充分借助清淤航道段潮汐变动趋势规律，根据可能及实际的潮位高度进行施工区段划分和限定，并实施进退往返的渐进式清淤挖泥，以达到不断改善水深条件的目的。本文针对航道实际所提出的根据水深而非最大装舱量的清淤施工方式以耙吸挖泥船及船载机械机具的安全为考虑重点，并以挖泥船底富余水深为关键性控制量，通过上线位置的拓展，增大开挖施工区段长度，提升清淤量和施工工效。本文所提出的清淤处理技术突破了耙吸挖泥船不适用于浅窄航道清淤施工的技术瓶颈，大大拓展了该清淤机械的施工领域和施工工效，对于类似航道清淤施工实践具有借鉴参考价值。