大型绞吸式疏浚船在受限水域施工工艺

王 昭

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610021)

0 前 言

耙吸船在作业过程中，因运行航道设计存在多样性、流域环境具备复杂性，使施工人员在实际作业过程中会面临各种意想不到的突发情况。对于大型耙吸船，因作业区域有限，其施工难度较大，同时安全风险系数也会增大。作业区域按其类型的差异性可细分为河道多侧受限制、河道单侧受限制。传统的解决方法是使用小型耙吸船完成施工，结合实际情况，船舶资源紧缺，加之受限区域一般都是施工工期紧张河段，所以如何高效完成疏浚任务是施工单位所需要尽快解决的重大问题。

1 工程概况

本文以沙特萨拉曼国王国际港务综合设施项目为研究对象，该项目绞吸式疏浚船施工应用范围为以下内容。

1)疏浚工程：2#及4#、5#干船坞的疏浚工程：2#干船坞的疏浚开挖底部高程为-10.2 m CD底部高程，4#、5#干船坞的疏浚开挖高程为-8.7 m CD，通过液压泵直接处理到绞吸船3 km和围堰内测的堆场。

2)2#干码头围堰施工。用疏浚原材料对围堰进行施工，从而达到抑制、封闭基坑的目的；使用疏浚原材料回填围堰的顶部区域，回填的宽度设计为15 m，流域沿线护坡设计为岩石砌体，岩石砌筑底部标高为-3.00 m，上部标高设计为+3.5 m。

3)4#和5#干码头围堰施工。使用疏浚原材料回填围堰的顶部区域，回填宽度设计为15 m。流域沿线护坡设计为岩石砌体，岩石砌筑底部标高为-3.00 m，上部标高设计为+4.0 m。

2 难点解析及施工组织

2.1 难点解析

1)绞吸式疏浚船的外形比较大。该项目原本设计采用的3 000 m3绞吸船，但是由于诸多方面因素的影响，原规划采用的绞吸船无法满足实际作业需求，需加快疏浚速度，需要使用5 000 m3绞吸船，绞吸船的型号为HUTA-14；一艘22 000 m3绞吸船，实际施工时使用的绞吸船长度为135 m，宽度为27 m，由于双耙可以向外延伸，绞吸船的实际宽度大概为40 m；耙吸船的吹水高度为：空载状态下的吃水高度为4.5 m，满载状态下的吃水高度为8.8 m。

2)施工水域的影响。水域中的回旋长度约为800 m，回旋宽度约为600 m，属于一个不规则的轮廓，相对而言回旋水域的面积比较小，东侧属于浅滩，最浅部位低于2 m，此外水位的梯度波动比较大距施工区域的边缘距离只有240 m；回旋水域的北侧为防波堤。

3)水域深度比较浅，分布不均匀。结合疏浚之前的勘测结果来看，施工区域的西北侧、东南侧水深比较浅，大概保持在6～8 m；其他水域的深度保持在8～9 m。其中，东南水域与浅摊的距离比较近，水深情况不是很理想，平均水深大概为2～4 m。该项目选择使用的耙吸船在轻载状态下的吃水高度为4.5 m，重载状态下的吃水高度大概为8.8 m。该水域内的潮差非常小，大概为0～1.5 m。

基于当前的码头回旋水域条件下，绞吸船的体积比较大，在风力较大的情况下不利于船只操控及疏浚工作，会导致施工难度增加。

2.2 施工组织

结合施工单位整理的数据以及现场实际情况，回旋水区域的土质大部分是淤泥，局部出现结块现象，土层中含有少量的油气，正式施工过程中，油气的浓度、流动速度都大幅度降低。受限区域的疏浚作业大致可以细分为三个阶段完成：先对中间区域进行开挖，然后开挖西北区域、东南区域，最后对浅滩河段进行疏浚。其具体情况如下所示。

1)第一阶段。①此阶段施工过程中确保施工安全，前期夜间严禁施工，保证现场作业人员对施工区域有充分的了解，不断尝试施工方法，当施工条件成熟以后，分多班同时进行施工，具体的施工方法是：结合河道水流方向进行分析，假若落水是西北角的上侧，那么应该按照顺时针顺序展开作业，反之，则应该按照逆时针顺序展开作业；②按照大角度满运行的方式进行施工，耙吸船运行的速度控制在1节左右；③耙吸船上线以后，将溢流井放至最低位，施工至水深比较理想区域以后，将溢流井适当提高，强化装舱的效果。

2)第二阶段。西北区域与东北区域可以按照第一个阶段施工方法完成布线作业。耙吸船按照顺倒车浅扫方式进行作业：①在每日高平潮期间将耙吸船移动至施工区域内，疏浚过程中将耙吸船缓慢地移动至码头附近，耙吸船运行速度保持在0.5节左右；②回转至回旋水区域，多次循环作业。对于东南区域的死角而言，可以沿着码头方向顺倒车上线，耙吸船的头部航行至泊位以内，促使耙吸船可以对死角区域进行疏浚。

3)第三阶段。因DT/DC-MNB-29区域与浅滩之间距离比较近，所以存在一定的施工难度，这部分疏浚任务可以最后完成，施工区域内最大水深未超过4 m，最小水深只有1.33 m；该区域内的土质基本上都是淤泥，具体的施工方法为：①浅滩附近不需要做放耙处理，保证3根管处于水平状态，泥泵运行以后进行旁通，运行速度保持在10 m/s，借助旁通水对浅滩进行冲刷；②当水深条件改善以后，开始放耙疏浚，疏浚之前先完成抽舱作业，利用舱压促使耙吸船处于平吃水状态；③扫浅疏浚过程中将外挡耙放下，中间管始终处于水平状态，同时保证施工安全。

3 大型绞吸船在受限海域施工工艺

3.1 疏浚工程

3.1.1 工作原理

2#干船坞疏浚作业。可以使用切割机洗泥器完成，疏浚至设计标高部位，需要适当加快施工进度，缩短施工工期，所以需要对以下内容进行优化。

1)加快对干码头坑的疏浚作业的效率，应该将其作业时间控制在常规性土方开挖作业时间的50%。

2)加快围堰施工的进度，提高施工效率。

3)加快排水系统的安装时间，提高排水系统部署的合理性，当围堰施工完成以后立即对排水系统进行施工。

4)因该项目减少了围堰内的开挖工程量，有效地降低维护期期限。

5)因挖泥器由海边深入至海底，然后开始对船坑进行疏浚，所以可以降低基坑内的抽排水量，只需要将码头排水水量至当前标高部位即可。

3.1.2 施工顺序

1)疏浚作业施工前进行勘测。在疏浚作业开始前需要对作业区域进行勘测，测量出疏浚区域的底部高程等数据。疏浚完成后，需要对水深进行复测，并定期检查[1]，以保证底部高程满足后期的大型船只施工和通航要求。

需要对疏浚区域的边界进行标定。水深、水文条件检测的频率确定为一天一次，严格控制每日工作进度，保证疏浚工程满足施工合同要求，尽可能缩短施工工期。使用多梁容器进行检测，保证疏浚作业的全部工程量均按照施工合格完成，同时保证疏浚的质量符合设计要求。

2)潮汐读数。在实际调研时，必须要严格地按照现行管理规范进行，在固定的时间段内记录潮汐读数。将检测仪器装置在水域内，保证检测仪器不会受到损坏，检测的时间阶段定为：疏浚作业前期调研、疏浚作业完成后的调研、控制调研、疏浚作业过程中。具体的检测顺序主要是由现场施工条件进行确定，其会对最终的潮汐读数精准度造成巨大的影响。绞吸船可结合水域的实际情况配备必要的辅助工具。

3)施工方法。施工必须要严格地按照施工进度、施工方案及标准顺序展开作业，以保证整体施工工期不会受到影响。

疏浚工程的作业流程为：①挖泥船由40 m至-6 m的疏浚水域驶入干式码头范围内，确保疏浚船顺利通行；②2#干码头可使用挖泥设备完成疏浚，单次疏浚的规模应该为-10.2 m CD；③4#干码头、5#干码头使用挖泥设备完成疏浚，挖泥区域开挖的深度最大应该为-8.70 m；④码头与围堰之间接口区域全部使用自卸汽车进行回填，围堰的坡度确定为1∶ 6；⑤疏浚的高度控制在基准位0.5 m以内，沿着围堰两侧开始二次疏浚作业；⑥疏浚作业的公差确定为-0.00/+0.50 m，以保证开挖深度符合设计要求；⑦当码头出入口区域疏浚作业完成以后，最后的40 m区域可使用卡车进行回填。

3.2 围堰施工

3.2.1 工作原理

围堰的斜坡及标高需严格按照设计图纸施工。围堰内的施工基坑设计常年排水系统，保证干船坞处于干燥作业环境下施工。

3.2.2 施工顺序

1)借助输送泵对围堰进行填筑施工。

2)剩余原材料由挖泥船负责清理，坡度设计为1∶ 3。

3)最后对围堰顶部进行平整、压实处理。

4)使用长臂反铲对多余材料进行修剪，保证提高围堰的外部质量。

5)使用长臂挖机吊装土工布，聘请专业潜水员严格地按照设计图纸将土工布铺贴至指定位置。假若土工布出现破损现象，通过使用多余土工布将破损土工布做覆盖处理，以保证土工布施工满足设计要求。

6)自卸车沿着测量放线路线将护坡材料运输至围堰顶部和马道位置。

7)使用长臂反铲对护坡料进行修整，确保围堰的坡度与水平满足设计要求。

8)使用长臂反铲对护坡料进行修整，将围堰修整成设计图纸要求的外形。

3.3 绞吸式疏浚船

CSD属于一种高性能的绞吸式疏浚船，这种类型的疏浚船内置旋转刀具。在实际进行疏浚作业时，CSD应位于锚固线上。CSD主要应用在疏浚岩石、淤泥、砂子、黏性土基础中。疏浚的流程为：使用旋转刀具切割海底、使用疏浚泵转运泥水混合物。部分CSD自身具备推行功能，其他CSD则要外部作用力进行拖拽移动。绞吸式疏浚船(CSD)总平面图如图1所示。

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：一为船体，主要包括：发动机、输送泵、控制仪器等；二为绞刀架，主要包括刀头、管道、挖泥泵；三为排放系统，管道及疏浚泵；四为销棍、支架，为船体提供稳定的支撑力；五为锚、侧绞车，为船体提供侧向作用力；六为桩桩。

3.3.1 CSD定位

在进行疏浚作业之前，CSD依靠自身航行至指定部位。CSD利用两侧的线来不断地调整自身的位置。当工作销棍或是主钻头落放至海底以后，可以固定在船尾。在实际疏浚时，CSD会完成以后旋转动作。主钻附近移动：主要是为了形成移动需要的作用力，CSD绞刀架两侧需要装置锚，使用钢丝绳与绞车完成链接。

CSD的销棍可细分为2个定位桩：作业过程中或是在车厢内安装主定位桩时，可以适当地做向前移动船体或是向后移动船体。实际步进距离主要是受到土壤条件的影响，每一个步骤都必须保证完成一次新的切割。具体的作业流程如图2所示。

图2 CSD切割流程图

当闸板处于完全外延状态时，即外延长度为4～6 m，疏浚船移动至中心线位置，当疏浚船进入到这个位置以后，CSD则会自动开斗，同时缩回液压板，将开斗移动至启动部位。当开斗移动至指定部位以后，则会将工作定位桩缓慢地落下，在这个过程中辅助定位桩则会缓缓升起，开始进行疏浚作业。

3.3.2 疏浚CSD

为保证疏浚作业顺利开展，操作者应该降低切割机的吊梯。促使刀头开始旋转，对海底部位的土壤进行疏松处理。抽吸口位于刀具头部。疏松后的土壤与水由输送泵排出。

沟槽边坡可以根据刀头的边坡角度开始疏浚作业。在对河道或是沟槽进行疏浚时，需要关注边坡自身的稳定性。边坡的稳定性其实就是土壤特性函数，在对边坡进行设计时，需要着重关注此方面内容。在疏浚过程中，需要定期进行检查，确保疏松线路始终位于正确路线上，同时核算出疏浚工程量。

3.3.3 排放CSD的工作方法

结合施工方案来看，疏浚材料与抽水全部都是利用疏浚管道输送至指定区域内。

3.3.4 排放至废物处置储存区

岸边与洗泥器之间使用疏浚管道进行连接。管道结构组成比较简单，主要是由海面浮动管道与陆地管道构成。疏浚材料尽可能地放置在临近存储范围内，尽可能地缩短洗泥器与抽水点之间的距离。

3.3.5 设备定位

差分全球定位系统的核心作用是控制挖泥船的位置及定位功能。其可以为挖泥船提供高精准度的定位，地面办公室需要每天记录疏浚工程量。定位系统运行过程中的控制方法如下。

1)利用深度切割指示器、摆动指示器、潮汐观测表对疏浚的深度、宽度进行检测管控。

2)利用计算机控制疏浚的轮廓。控制系统为挖泥船提供一个精准的控制过程。施工现场可以通过临时标记的方式利用GDPS对疏浚作业进行不定时的检查，然后形成检查资料，通过对资料进行分析来判断作业的正确性。在疏浚作业开始之前，对定位控制系统进行调整，提高控制过程中的精准度。在系统运行之前，检查深度指示器的性能，确保疏浚过程中深度检查的精准度。深度是利用刀具在不同深度、水位环境下，刀具头之间的距离进行判断计算得出。潮汐观测表装置在水下安全区域内，确保潮汐检查仪器不会出现损坏现象。

4 结 语

大型耙吸船施工码头在实际施工过程中，由于受到水域的影响，导致施工难度不断增大，本文使用CSD施工技术以后，可以实现精准定位，将施工任务进行细分，通过简化施工流程、合理的部署，提高挖泥船的整体性能，逐步完成各个工序，以保质保量地完成施工任务。假若仅仅配备一条小型耙吸船，那么施工成本将非常高，导致净收益降低，无法体现出经济效益，还会导致整体施工工期不断地延长，所以，选择使用大型耙吸船进行疏浚作业比较合适。

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