耙吸式挖泥船施工工艺在航道整治工程中应用与探析

2023-10-30冯书科交通运输部广州打捞局

珠江水运 2023年19期

◎ 冯书科交通运输部广州打捞局

1.引言

耙吸式挖泥船通常具备自航中同步施工能力，同时船舶航向机动灵活，方便避让，不会对整个航道通航产生太大影响，适用于复杂流态航道以及营运航道的疏浚施工。航道在长期运行中，因为泥沙回淤影响持续积淤变浅，为此需要采取有效疏浚措施，掌握耙吸式挖泥船操作技术要点，提高航道整治水平。

2.航道疏浚工程分析

航道疏浚工程即利用挖泥船或其他设备工具清除航道水下泥沙作业。航道疏浚整治则是航道尺度扩展、开发、维护的重要措施。按照工程性质可以将航道疏浚分成基建性以及维护性疏浚两种形式。成型航道因为运行中的泥沙持续淤积最终变浅，对航道一段时间内淤积泥沙进行有效清除，维护航道原有尺度的疏浚工程便属于维护性疏浚；基于原有航道或新建航道进一步增深扩宽便是基础性疏浚项目。维护性疏浚项目中的处理土质主要是回淤土，相对而言施工更为简便。基建性疏浚项目则是以原状土为主，结合地质环境以及工程区域条件存在不同施工难度，但和维护性疏浚项目比起来，整体施工难度较大。

3.耙吸式挖泥船特征分析

3.1 应用优势

耙吸式挖泥船主要包括以下优势，第一是航行性能好，在疏浚设备持续创新升级中，进一步提升了耙吸式挖泥船基础硬件配置水平，借助船艏横向推进器能够提高船舶机动性，便于操纵。第二是施工效率高，耙吸式挖泥船实际操作中省去了抛锚、缆索固定等环节，单纯凭借设备自身便能够实现自航、挖掘、装卸等操作，在顺利开展疏浚工作基础上提升整体施工效率。第三是经济效益好，因为耙吸式挖泥船整体运行性能优良，可以加速作业进程，减少投入成本。

3.2 不足之处

耙吸式挖泥船在实际应用中依然存在某些不足之处，比如工程现场存在较大粒径的砂石黏土，会降低耙吸式挖泥船工作效率。挖掘泥沙操作中，因为配套泥泵拥有较高真空吸力，容易把水误吸入泥舱，从而降低单次挖泥量。

4.耙吸式挖泥船RTK无验潮技术和自动潮位遥报装置

4.1 工程概况

某个航道工程标段内的疏浚工程总量达到620万立方米，主要实施淤泥疏浚工作，整体泥层挖掘厚度在1米到2米之间，平均厚度达到1.5米。此次工程中的疏浚装置主要以耙吸船为主。工程疏浚航道宽为500米，长度达到101千米，超宽3米，超深0.4米，超宽超深疏浚工程方量达到145万立方米。疏浚开挖是此次项目工程重点环节。工程断面如图1所示。

图1 设计开挖断面（米）

4.2 RTK无验潮原理

RTK动态控制系统在实时监测中拥有较高测量精度，利用载波相位动态差分技术，能够使野外定位达到厘米级精度。无验潮水深测量相关技术应用中，率先于船舶内设置移动站，岸上设基站，经实际测量，汇集整合船舶参数以及RTK高程信息，进行综合计算，实时检测船舶高程，经综合对比分析设计高程、核算结果，分析两者差值，对船舶下耙深度实施灵活调整。初步确定船舶参数后，进行数据计算，确定海水面到GPS接收机间高程，结合基础数据对高程数据开展实时计算。

4.3 无验潮技术施工布置

基于控制点对控制网实施综合布设，针对施工区临近部位创建基站，基于该种条件下能够优化设备兼容性，便于实施检测工作。在驾驶台外部中间区域规划移动站台，该种布置模式下能够进一步降低传播摆动对测量数据影响，保障测定数据准确性。

4.4 潮位遥报仪

潮位遥报仪包括接收端、发送端两部分，发射机涵盖电源、功放器、编码系统以及调制设备等部分组成，经水位检测后编码器能够将数据转化成特定编码，随后利用调制器实施整形处理，通过RS485或CDMA将内含水位编码信息的调频信号传输出去。接收机包括电源模块、显示模块、特殊编码甄别装置、调谐设备、消噪设备、译码器、中放设备以及解调器等部分，潮位信号被接收后进行高频放大以及混频放大处理，并传输至相位鉴频器内，结束调制信号解调后，分离水位编码进行降噪处理，经译码器还原为水位参数通过显示器呈现出来。

在潮位自动摇报下，制定潮位自动补偿平挖定深方案，支持精挖处理。在潮位补偿原理下，基于平挖定深功能开展精挖操作，对潮位摇报器内基础信息实施全面采集，自动获取潮位差值融入耙吸船中控器，对潮位在挖掘深度方面影响进行有效补偿，使施工作业实时保持在设定挖掘标高，有效改善人工校正补偿模式，实现精挖操作，提升平挖精度，潮位补偿原理如图2所示。

图2 潮位补偿原理

潮位仪利用压力传感器探测水位值，获取水位数据，传输至主机系统和标高值实施综合计算后将计算潮位值输出，数据经主机端口发射装置朝外部发送。潮位摇报装置主要分布于耙吸船中控器端口当中。经数据解析后转化为潮位值并传送到挖掘控制平台处理器，构件数据传输链路，支持精挖功能落实全过程控制。

5.耙吸式挖泥船施工方法分析

5.1 装舱溢流施工法

装舱溢流施工法属于我国到目前为止应用频次较高的施工方法，同时也是常规施工技术之一。装舱法下需要河床有充足空间、深度满足船舶航向、吃水、转向等运行要求，同时还应该设置恰当抛泥区，在初步满足上述条件后便可以利用该种技术方法开展施工作业。耙吸式挖泥船率先定位上线，将耙头顺利下放至设计深度和规定位置，利用船舶中推进装置，带动耙吸船航行对水下耙头进行拖曳开展扰松作业。借助离心泵进行抽吸处理，并吸入低浓度泥浆到耙吸式挖泥船内部泥舱当中，开启溢流口同步实施挖泥船装舱、溢流，在船体整体吃水深度以及船舶舱储量达到标准要求后，即刻暂停挖泥施工，抬升耙头、耙臂回收，随后航行至指定区域进行抛泥作业，卸载高浓度泥浆，随后通过空载形式重新返回挖泥作业区继续循环上述步骤，定位上线挖泥作业，形成一体化施工流程。一般耙吸式挖泥船内都会设置舱内泵设备，这种类型泥泵在挖掘能力方面相对较弱。某些耙吸式挖泥船除了舱内泵装置同时还设置水下泵设备，比起单一舱内泵耙吸船，整体施工效率能够提升30%。结合工程地质复杂性，可以选择配置水下泵的耙吸船。

5.2 旁通施工法

旁通施工法也是边抛施工法，该施工技术进一步缩减泥舱环节，直接把泥浆传输至另外一侧水中即可，或利用输泥管传输至远处水域。因为减去了泥舱中转这一步骤，对比装舱溢流技术能够减少收耙、停泵、抛泥等一系列繁琐流程，提高整体施工效率。但该处理技术存在某种局限性，特别是在当下环保要求逐渐加强背景下，这种技术在我国应用中存在一定限制，通常单纯适用于紧急河口、通航航道浅滩疏通等，部分条件下也会在水深较浅且无法满足挖泥船吃水装舱要求的环境下应用，进行开槽处理[1]。

5.3 耙吸船吹填法

吹填施工法和前面两种施工方法完全不同，主要借助耙吸式挖泥船和配套辅助设备对挖掘泥浆实施吹填处理。但对于大部分耙吸式挖泥船而言，基础泥泵功率无法满足远距离吹填要求，为此需要通过设置助力泵等措施扩大吹距。从淤泥粉土层面分析，其可以形成相应长度吹填距离。但如果是沙质土，则会进一步降低极限吹距。吹填施工方法主要包括以下几种，第一是直接接岸管吹填技术，使耙吸式挖泥船率先靠岸、固定抛锚，随后将耙吸式挖泥船中设置输泥管和码头岸管进行连接，针对指定区域实施吹填处理。该种施工技术需要尽量缩短吹填时间、预防风浪、潮汐以及水流影响工程安全和施工质量，此外还需要保障码头前沿水域拥有充足水深，多种条件限制下进一步削弱该种技术实用性。第二是接岸浮管吹填，该种技术方法类似于直接接岸吹填技术，但也存在一定差异，耙吸式挖泥船无需靠岸、抛锚，结合接浮管部位水域风况、水流等条件决定，直接连接耙吸式挖泥船中输泥管和码头岸管，利用水上浮管进行衔接，促进耙吸式挖泥船能够远离靠岸浅水区，提升该种技术方案实用性，优化技术可靠性。结合相关统计分析，该种吹填施工技术也是我国当前应用频次较高的技术方法。

第三是喷射吹填，该种施工技术处理下，无需和水上浮管以及岸管进行衔接，只需针对传输管中接入一部分渐缩管即可，顺着耙吸式挖泥船斜前侧喷出泥浆，整体吹距在30米到50米之间，主要由水底水流方向以及各种类型吹填材料所决定。该种技术措施适用于吹填区前方较深，且存在洋流能够把吹填物质推入目标吹填区域中[2]。

6.耙吸式挖泥船精挖技术和管理措施

6.1 设备配套和施工思路

工程现场施工中，相关土质疏浚项目主要以淤泥为清除对象，局部设置细砂混贝壳，结合工程现场土质特征，主要借助自带高压冲水功能的耙头进行冲刷作业，利用该种设施进行淤泥挖掘作业。耙齿分为尖齿以及平齿两种类型，具体需要结合工程实际施工进展实施灵活选择配置，比如挖掘作业进入收尾环节后，可以采取平齿，使整个耙齿密度扩大一倍，按照前后交错形式对耙齿进行合理排列，该种配置模式下能够预防出现沟、垄问题，在初步进行施工作业后所形成疏浚基槽表面维持良好平整度。疏浚区域内挖掘泥层厚度在1米到2米之间，整个泥层相对较薄，为进一步优化挖掘施工效果，可以适当扩大下耙精度，并对具体疏浚施工方法进行科学规划，在航道工程项目顺利开展疏浚施工中，进一步缩减废方量，能够更好保障工程质量，提升施工效率，有助于扩大项目经济效益[3]。

6.2 多波速测量控制

多波速测深系统拥有覆盖范围广、精度高等优势特征，也是新时期水下地形勘测中的关键设备，通过合理应用相关设备能够对水下地形进行准确探测，在施工实践中能够改善单波速水深单一测量模式下的问题。多波速测深装置拥有较大的测量覆盖面积，普遍能够满足水深的4到10倍，拥有较高提升幅度。针对航槽中尚未满足设计深度浅点以及小面积浅区应该进行及时清除，顺利落实浅点清除作业。扫浅施工中按照耙吸船定深方法进行下耙施工，做好施工测量工作，按照2到3天标准进行一次测量，准确划分浅区为主，针对性设计扫浅挖泥航线[4]。

6.3 基于多波速测量控制准确把握施工进展

结合水深测量设计图纸，按照分条、分层方法进行合理施工，同时需要对施工区宽度以及泥层厚度进行严格控制，针对泥层厚度存在异常起伏以及均匀性不足的问题，需要对整体施工技术参数进行灵活调整，保障施工质量和施工效果。在开展疏浚施工中，需要重点关注下耙深度，保障耙深合理性，避免影响挖掘深度，优化挖掘施工效果。综合考虑设计断面以及船舶操作性能，有序实施逐层挖掘施工，强化工程检测控制，保障结束河道疏浚施工后达到标准平整度要求。航道整治项目的整个疏浚过程中需要落实精细化施工作业理念，保障在经过细致处理后满足工程质量要求，促进工程成功通过验收，为航道工程中其他项目顺利实施奠定良好基础[5]。