沙特萨拉曼国王国际港工程的围堰施工技术

2022-04-16唐雄中国水利水电第五工程局有限公司

珠江水运 2022年6期

◎ 唐雄中国水利水电第五工程局有限公司

1.CSD介绍

CSD（Cutter-Suction Dredger，绞吸挖泥船）是一种配备旋转刀头的绞吸式挖泥船。在疏浚作业中，CSD被定位在船尾的主桩上，主桩垂直插入海底后，船以主桩为中心摆动。船首被2根钢丝绳海锚拽住并且绞锚机拉动两侧的钢丝绳，使绞头随船以主桩为中心摆动，从而在海底绞吸一个扇形工作面。船尾的主桩在船体上前后移动，船需要向前行进时，船尾的副桩插入海底，主桩抬起并向前移动几米后再次插入海底，副桩升起，接着船舶靠自身的推力行驶几米并和主桩锁扣在一起，这样绞头就往前推进了几米。绞头具备强大的扭矩，可以在海底肆意绞吸并且在旋绞的过程中，大吸力泥水泵将绞碎的渣滓迅猛地吸上来，然后通过大型排水管道泵送到岸上，这些管道均浮动在水面上，这种方式只适合短距离输送，如果是长距离的则必须依赖大型船队来接收这些被吸上的海底渣滓，再运送到指定地点。

CSD适用于疏浚淤泥、砂子、黏土和岩石。疏浚过程包括用刀头切割海底（松开土壤），然后通过疏浚泵通过排水管道运输水土混合物，以便进一步运输到排放位置或装载驳船。一些CSD是自行推进的（见图1），其他CSD需要在工作地点之间进行拖曳。

图1 绞吸式疏浚船（CSD）总平面图

CSD的结构组成包括以下六部分：船体，主要著称：发动机、输送泵、控制仪器等；绞刀架（2），主要包括刀头（1）、管道、挖泥泵；排放系统，管道及疏浚泵；销棍（4和5）、支架，为船体提供稳定支撑力；锚、侧绞车，为船体提供侧向作用力；结合前期勘测的土壤条件，选择不同性能的绞刀头。施工过程中可以随时更换绞刀头，具备良好的灵活性。

CSD主要包括：船体、发动机、（推进装置）、泵、船员宿舍、具有疏浚和导航控制装置的桥梁等。

排水系统由疏浚泵和管道组成；定位杆和支架起到稳定船体位置和向前移动的作用，锚和侧绞车提供了侧向运动。根据预期的土壤条件，可以安装不同的切割机头。切割机头可在现场互换，在疏浚不同类型的土壤时提供最大的灵活性。

1.1 CSD工作方法和定位

在疏浚作业开始前，CSD航行或被拖到疏浚地点。CSD通过其开口和两侧的线保持其位置。工作定位杆固定在挖泥船的船尾，定位时深入到海底，。在疏浚过程中，CSD将进行旋转。CSD在刀具梯的两侧部署侧锚，通过钢丝与CSD上的侧绞车连接。通过绞车钢丝控制船体的旋转。根据水深和CSD的长度，CSD可以疏浚一个50～150m宽的疏浚断面。CSD的钻绞系统由2个钻组成：工作钻或叫主钻安装在可移动的车厢内，可以相对于船体向前和向后移动。挖泥船由液压缸以摆动两端1m的顺序向前推进。实际的步进距离主要取决于土壤条件，每一步都允许CSD进行新的切割。辅助开钻安装在静态船体装置中，并在疏浚过程中保持在升高的位置。当工作定位杆闸板完全延伸（4～6m）时，挖泥船自运至切割中心线。一旦进入这个位置，CSD将降低辅助开斗，举起工作开斗并缩回液压闸板，将开斗载体向前移动到启动位置。一旦到位，将工作定位杆放下，辅助定位杆升起，重新开始疏浚。当侧线与挖泥船之间的夹角不利于将刀具头从一侧拉到另一侧时，侧锚杆就会向前移动。锚点可根据当地情况使用多层支撑船或岸上的干燥设备来处理。

1.2 通过CSD进行疏浚

为了开始疏浚工作，应降低切割机的吊梯。刀头旋转，松开构成海床的土壤。抽取土壤的接口位于刀具头内部。松散的土壤和水的混合物通过吸入管输送到泵并排出。沟槽或沟槽的边坡可以按照与刀头的边坡角度进行疏浚。疏浚河道或沟时必须考虑边坡的稳定性。需要根据海底土壤的性质确定两侧边坡的稳定性，在设计坡角时必须考虑超深疏浚设计，避免因为疏浚边坡不稳定造成的淤积。在疏浚作业期间，定期进行临时调查，以核实工程已达到的深度和路线，并计算疏浚材料量。

2.疏浚工程

2.1 2号干船坞围堰施工

使用2号干码头范围内的疏浚料进行围堰填筑。围堰的顶部宽度为15m，迎海面采用块石护坡，护坡高程从-3m到+3.5m。

2.2 4号和5号干船坞施工

使用4号和5号干码头范围内的疏浚料进行围堰填筑。围堰的顶部宽度为15m，迎海面采用块石护坡，护坡高程从-3m到+4.0m。

2.3 疏浚工程工作原理

2号、4号、5号干船坞的疏浚将由绞吸式挖泥船执行，为了达到设计的疏浚速度，采用了以下优化措施：1）加快船坞内部的疏浚速度。使用绞吸式挖泥船施工时间是传统大面开挖时间的一半；2）围堰施工速度快；3）可以提前安装排水系统，在围堰施工完成后立即启动；4）由于不进行干地开挖，缩短了排水系统的使用时间，因此在疏浚期间无需进行排水施工。

2.4 疏浚工程施工流程

2.4.1 疏浚前后的调查

在疏浚工作开始前需要进行详细的地质调查，通过测量船进行水深和海底底部高程的确定。疏浚作业完成后复测水深，需要对原计划的疏浚区域进行复测，需要定期进行检测，以保证疏浚的高程和区域满足设计要求，也可以检测疏浚质量，进行联合调查，建立初始边界条件。每天将进行水文测量，以控制日常进度，并确保所有疏浚工程符合合同规范和公差。通过测量进行疏浚的质量检查，以保证疏浚结构满足项目后续施工要求，避免再次疏浚。

2.4.2 潮汐读数

在调查过程中，按照项目规范安装潮汐表，在特定的分钟间隔内采集并记录潮汐读数。在受保护的水中，潮汐数据的监控需要贯穿施工的各个阶段。疏浚工程的详细顺序和持续时间很大程度上取决于现场实际条件。挖泥船将配备所有必要的漂浮船只，如拖船。

2.4.3 施工方法

疏浚工程的一般顺序如下：

①绞吸式挖泥船(CSD)将通过疏浚约40～60 m的通道进入干式船坞区域，以便疏浚船进入干船坞区域。

②2号干船坞疏浚的底部高程为-10.2m。

③4号和5号干船坞疏浚的底部高程为-8.7m。

④围堰与相邻码头墙的接口采用自卸车回填，使用潜水泵进行围堰的排水施工，建造初始坡度为1∶6的围堰。剩余的施工范围根据疏浚和清理工程完成后需要预留挖泥船离开的通道确定。

⑤干船坞的疏浚高度不超过基位0.5m，挖泥船从围堰两侧进行第2次清理，最终坡度为1∶3。

⑥疏浚公差为0～0.5m，以便最终开挖达到岸上设备所要求的基础设计水平。

⑦挖泥船在干船坞内施工，需要在围堰完全封闭前驶出干船坞，须在围堰预留（约40m）围堰缺口，后续用进占法完成围堰合龙。

3.围堰施工的具体应用

3.1 围堰施工工序

围堰的迎海侧用块石护坡，以保护海水波浪的冲刷。斜坡和标高按照设计图纸进行施工。围堰设计临时防渗墙用于船坞的闭气，以确保排水效果，从而在干燥条件下建造干船坞结构。

1）2号干船坞的工程顺序。直接泵送建造15～30m宽、初始斜率为1∶6的围堰。

2）由挖泥船清理多余的材料，从陆上和海上和台阶形成1∶3的坡度。围堰的最后部分通过推土机和自卸车采用进占法施工。注水达到水位以上后，对围堰顶宽进行标准平整、压实。

3）土工布卷采用长臂式履带挖掘机吊装，由潜水组进行水下安装和固定。

4）使用推土机进行围堰顶部的整平。完成上述工作后，将采用长臂履带挖掘机修整护坡岩石材料，以达到设计坡度和水平。

3.2 围堰技术的具体应用

3.2.1 设置防渗墙

①孔位布置。按单排1.5m的孔距有序将灌浆孔布置到位。

②钻孔。设备选用回转式钻机，根据孔位布置情况安排钻机就位；规范操作，期间注重检查孔、先导孔、抬动变形观测孔孔径的检测，需达到Φ110mm。

③钻孔记录。钻孔期间涉及的参数较多，包含钻进时间、进尺、返水颜色等，各项数据均要得到完整的记录；此外，若遇到岩性变化、坍孔、涌水等异常状况也需要加强检查，掌握实际信息，完整记录，并向质检汇报，探寻可行的解决措施。

④灌浆配套装置。为了减轻灌浆工作量，配套灌浆自动记录仪，通过该装置的应用详细记录各项灌浆数据。

⑤灌浆方法。根据要求钻进成孔，向其中下放袖阀管，用适量的套壳料灌注管材与孔壁的间隙，保证该处得到有效的填充处理。待前期各项工作完成后，按照自下而上的顺序灌浆，材料选用的是水泥-水玻璃双液浆。灌浆压力是重点控制指标，需要以帷幕灌浆试验结果为准，确定合适的灌浆压力，再有效开展灌浆作业，未经许可不得随意调节灌浆压力。

⑥浆液配比的变换。若选用的是水泥-水玻璃双液浆，此时以单一水灰比为宜，即1∶1、0.5∶1两者具有可行性，可结合实际条件合理选择。具体至本工程中，则采用的是0.5∶1的水灰比，从体积比的角度来看，水泥浆与水玻璃浆液的比值以1∶0.2较为合适，还需注重灵活施工的原则，即根据现场地质条件合理配置。

⑦闭浆条件：以注浆平均压力为主要分析对象，待该值达到设计压力值后方可结束注浆。

3.2.2 灌浆效果检查

以孔压水检查成果为主要参考，综合考虑钻孔、取岩芯、灌浆期间记录的信息，做系统性的评价。

①灌浆结束14 d后安排压水试验，此项工作按照自上而下的顺序逐段进行。

②孔位的检查安排在灌浆结束后7d内，检查孔的布设将在很大程度上影响检查结果，具体以帷幕灌浆孔间的中心线处、大量注浆的孔段周边等特殊部位为宜，以便检验真实的情况，尽可能全面发现存在的问题。检查孔数量不宜过少，取灌浆孔总量的10%，且为了检查各单元工程的质量，要求各处均至少有一个检查孔。

③经过全面的检查后，若无异常则对检查孔做灌浆、封孔处理。

④满足如下条件时认为帷幕灌浆压水试验合格：混凝土与基岩基础部位及下一段完全合格。