港口航道疏浚工程施工工艺研究

2023-01-08刘卫

工程建设与设计 2022年12期

刘卫

（中交第二航务工程局第三工程有限公司，江苏镇江 212003）

1 引言

港口航道疏浚工程主要是对特定水域中存在的泥土、砂石进行挖掘清理，以改善港口水域环境与通航条件的工程项目。港口航道水域要保持良好的通航条件，满足水运的需求，必须定期对周围水域进行疏浚清理，而由于港口航道疏浚工程多为水下作业，因此，不仅对施工机械设备有特殊要求，对施工工艺要求也较高。提高港口航道施工技术可有效提升疏浚效率，还也能获得理想的疏浚效果，因此，有必要对当前港口航道疏浚工程施工工艺进行深入研究。

2 港口航道疏浚工程的特点

港口航道疏浚工程不同于一般工程项目，整体施工难度较大，具体表现在以下方面：

1）项目工期紧、任务重。为避免疏浚施工影响港口的正常运营，一般对于工期要求较紧，需要在尽可能短的时间内完成施工任务，否则会干扰船舶正常通航，对港口造成较大的经济损失，而港口航道疏浚工程开挖作业量往往较大，在有限的施工周期内施工任务较重。

2）疏浚施工过程中干扰因素较多[1]。港口航道疏浚施工过程中，港口仍处于正常运营状态，施工区域周围船舶较多，对施工过程会造成一定的干扰。此外，施工过程中气候因素也会影响施工活动，如台风、强降雨及其他因素，会对施工船舶以及人员造成较大的安全威胁。

3）土质复杂、开挖作业量大。在港口航道疏浚工程中，往往土质较为复杂，包括中粗砂、淤泥、胶结细粉砂、残积土、淤泥质土、碎石、黏土、粗砾砂、坚硬黏土以及风化岩石等，开挖难度较大。同时由于港口航道涉及水域较广，需要进行大面积开挖作业，工程量较大。

4）泥土处理工艺较为复杂。如上所述，港口航道疏浚工程面临的土质较为复杂，不同土质需要采用不同的处理方法，例如，淤泥需要运输至既定抛泥区；砂石需要运输至既定区域进行回填；部分水域可能还需要进行回填，因此，施工工艺较为复杂。

3 提高港口航道施工技术水平的意义

提高港口导航施工技术水平的意义可以从微观和宏观两个层面进行阐述。从微观层面而言，提高港口航道施工技术水平可以提高施工效率与质量，从而使港口航道保持良好的水域环境与通航条件。施工效率的提升意味着港口航道施工周期的缩短，可有效降低施工对港口正常运营的影响，还意味着港口航道施工质量更高，疏浚效果更好，能创造更好的通航条件[2]。从港口可持续发展角度而言，港口航道施工技术的提升能够有效确保港口稳定以及通航安全，为港口的长远发展提供有力保障。从宏观层面而言，港口航道施工技术的提高对推动我国水运事业的发展具有积极意义。水运作为我国交通运输网络的重要构成部分，港口是水运的重要节点，是货物的集散地，港口航道施工技术的提高意味着港口的通航能力可以得到有效保障，能够承担更大的运输量，这对于我国水运事业的发展无疑是强有力的推动。

4 港口航道疏浚工程施工工艺研究

4.1 施工测量

在港口航道疏浚工程施工前，首要任务就是施工测量，需要对施工区域进行全方位的测量，以获取相应的数据，为制订施工方案提供必要的参考。一般陆地控制测量、断面桩测量放样主要使用全站仪；水下测量主要采用测绳、水准仪、测深杆等设备。需要注意的是，施工测量所采用的器具在入场前必须经过计量部门的检定，并且在入场后进行校核，确保测量器具精度符合相关要求，以保障测量数据的准确性。

4.2 试挖

正式施工前，需要先进行试挖作业，通过试挖作业评估施工方案是否合理。试挖前，需要采集施工水域的土质样本并进行分析，包括土层构成、泥土密度，同时需要安排专业人员对施工水域进行测量，测算开挖作业量，预估疏浚作业完成后的效果。在试挖作业过程中，要全程监控施工各个环节，及时发现存在的问题，同时对作业效果进行评估，以便对疏浚施工方案进行优化，从而确保取得预期的疏浚效果。

4.3 泥土处理工艺

港口航道施工往往面临的土质较为复杂，不同土质需要采用不同的处理方法，目前比较常用的主要有吹填法、水下抛泥法以及边抛法3 种，不同处理方法的适用范围不同，各有优劣，下面进行具体分析。

4.3.1 水下抛泥

水下抛泥法指的是将疏浚泥沙运输至既定区域进行倾倒此方法由于施工成本较低，在港口航道施工中广泛采用。水下抛泥作业的关键在于抛泥区的选择，这直接关系到施工成本与施工效率，具体而言选择抛泥区时应注意以下几点：

1）船舶通航需求。抛泥区不能选择在航道经过的区域，避免对过往船舶造成干扰；也不能选择在挖槽进出口周围，避免影响挖槽回淤[3]。抛泥区应选择在不影响通航的边滩下部以及凸岸区域。

2）航道稳定性要求。抛泥区应尽量靠近下深槽倒套，或选在拟填没的涨潮流冲出的断头沟内，从而降低水下抛泥对港口水质、水域环境、水底地形以及港口航道造成的负面影响。此外，也可以利用抛泥来填塞无法通航的汊道或者抬高边滩，需要注意的是抛泥区应连接岸滩，防止抛泥区形成孤立沙滩，进而在抛泥区两侧形成副槽。

3）施工作业要求。抛泥区的选择应契合施工船舶的抛泥方式，并且路程应尽可能短，以节省施工成本，提高抛泥作业效率。

4.3.2 吹填法

吹填法指的是将疏浚泥沙运输至回填区域，从而利用疏浚泥土吹填造陆的方法。根据挖泥船的类型，吹填法主要分为3 种，吸扬式挖泥船通过管线将疏浚泥沙排放至填泥场；链斗式挖泥船、抓斗式挖泥船以及铲斗式挖泥船则利用泥驳将疏浚泥沙运输至吹泥船处将其吹填到填泥场；耙吸式挖泥船需要航行至填泥场岸边，然后连接排泥管输送疏浚泥沙。填泥场通常需要修筑围堰和水门，以起到拦泥排水的作用，围堰材料一般采用的沙袋、土、石块及草木等。需要注意的是，围堰范围内的容积必须满足泥沙沉淀且能泌出清水从水门排出的要求，避免因围堰范围内容积不符合要求，导致泥浆尚未完全沉淀便从水门排出。此外，在围堰施工时，还应考虑到污染防治的要求，泌出的清水需要在围堰范围内氧化一定时间方可从水门排出，这就要求围堰范围内的容积应适当增加。

4.3.3 边抛法

边抛法是自航耙式挖泥船的一种施工方案，简而言之就是在航道疏浚作业过程中将疏浚泥沙从挖泥船两侧排出。这种施工方法需要在自航耙式挖泥船上安装能够伸出船舷数十米甚至上百米的排泥管，排泥管需要高架承托，同时还需要安装至少4 台串联泥浆泵。疏浚泥沙会被挖泥船处理为粉末状，顺着排泥管排出，在水流的作用下被冲走[4]。边抛法的优势在于疏浚泥沙不需要装舱、不需要运输、不需要修筑围堰，在疏浚过程中即可完成对疏浚泥沙的处理，虽然排泥管排出的部分泥沙可能会在施工水域回淤，但一般不会造成严重淤积，因此，相较于水下抛泥法与吹填法，边抛法的施工效率更高，施工成本更低。

由于边抛法的处理方式特殊，通常仅在以下情况适用：

1）施工水域的流速较大，可以快速冲走排泥管排出的泥沙，或者水沟水域流向和挖槽存在一定交角；

2）施工期要求紧，需要紧急对航道进行疏浚，而且相较于其他方法，边抛法的疏浚效果更好；

3）施工水域相对较浅，采用其他方法需要创造一定的条件，从而导致项目施工成本增加。

4.4 挖槽作业

挖槽作业的基本要求是：最大限度地满足通航需求；尽可能降低回淤量；最大限度地控制工程量；便于施工活动开展。开展挖槽作业需注意以下几点：

1）需要确定挖槽轴线，根据施工水域的流向、风向确定挖槽轴线，要求三者尽可能保持一致，确定好挖槽轴线的起点、中心点以及终点，注意中心点不能处于水流湍急的沱口位置。挖槽轴线应以直线为宜，若必须要转弯，则转弯处弯曲半径要尽可能放大。挖槽轴线应尽可能选择最短的路线，以缩短疏浚泥沙运输路程。

2）挖槽纵坡设计。挖槽纵坡通常为倒梯形，挖槽坡度需要根据施工水域的水位情况确定，若施工水域宽阔水位较低，则坡度宜较小；若施工水域狭窄但水位较高，则坡度宜较大。

3）确定挖槽断面。关于挖槽断面设计不仅需要考虑疏浚工程施工要求，还需考虑航道通航要求，必须确保挖槽的宽度、深度满足通航要求。确定挖槽深度时，应综合考虑施工水域的实际水深和最大水深，保留一定余量，防止因泥沙淤泥导致水位上升。此外，还需要考虑施工水域的土质情况、地理位置等因素，确保挖槽断面稳固。

4.5 施工注意事项

4.5.1 施工时间选择

合理选择施工时间能够有效确保施工活动顺利开展，同时也能有效降低施工活动对水域环境、水生物的影响，具体而言需要考虑以下方面：

1）施工时间的选择应尽可能避开水生物繁殖期。由于疏浚作业为水下作业，对水域环境与水生物活动会造成一定影响，基于环保理念，施工时间的选择应考虑此方面因素。

2）气候因素。施工水域的气候也是干扰施工活动的主要因素之一，因此，在施工前因全面了解所处区域的气候条件，尽量避开极端天气。

4.5.2 施工设备选择

在港口航道疏浚工程施工中，需要使用专业的疏浚设备，科学选择施工设备能够有效保障疏浚效果，提高施工效率。关于施工设备的选择，基本原则是技术先进、生产适用以及经济合理，因此，选择施工设备时需要考虑施工设备的性能、可靠性、经济性、安全性以及适用性。具体而言，施工设备选择主要取决于泥土处理方法，即采用不同的泥土处理方法必须选择相对应的施工设备，比如，吹填法施工若选择吸扬式挖泥船，则需要合理布置输泥管线；若选择链斗式挖泥船、抓斗式挖泥船或者铲斗式挖泥船，则需要配备吹泥船。边抛法施工需要采用自航耙式挖泥船，同时要配备长度足够的排泥管、高架承托以及串联泥浆泵。