港航工程基槽开挖与港池疏浚施工技术的研究

2023-10-30张焱广东正方圆工程咨询有限公司

珠江水运 2023年19期

◎ 张焱广东正方圆工程咨询有限公司

与其他建筑工程相比，港航工程施工难度较高、施工量较大，主要内容包括水下开挖、疏浚清障、水下炸礁等。在实际施工中，无论何种港航工程，其质量均受基槽开挖、港池疏浚作业效果的影响，为确保施工效果符合预期，应注重上述两项施工技术研究。基槽开挖作为基础施工的第一道工序，开挖成败将直接影响码头后期运行稳定性，还会对周围海域产生一定影响。对此，应采取合适的开挖方式，优化基槽开挖技术，做好疏浚清淤工作，为码头基础施工创设良好条件，还可优化周围生态环境，推动区域经济增长。

1.工程概况

以某港航建设工程为例，位于广东省广州市沿海区域，在基槽开挖中共计挖泥27.9×104m3，每日挖泥强度为784m3。该项目配备一艘钢桩定位绞吸挖泥船，一艘泥驳，每日挖泥强度为3000m3，上述设备可满足工程开挖量需求。护岸基槽开挖量为80000m3，选用规格为1000m3的泥驳运输，一艘400t定位船用于换砂抛填。经过地质水文调查可知，现场以风化岩为主，需要向下挖掘23m，才可到达基槽深度设计值，利用绞吸船施工，如若遇到坚硬底层或者障碍物，则采用炸礁方式破除。整体工程施工重难点在于基槽开挖、港池疏浚两个方面，对施工质量具有直接影响，要求严格把控施工技术，妥善完成上述两项施工，便于水下各种管道填埋，还可减少施工作业对周围环境的污染，取得良好的经济与社会效益。

2.基槽开挖与港池疏浚施工技术

2.1 基槽开挖技术要点

2.1.1分条

在基坑挖掘阶段，选用钢桩定位绞吸挖泥船，以定位小车水平开挖法，分层分段完成挖掘任务。正式挖掘时，为避免延长锚与船只的转移时间，致使挖泥船疏通效率降低，应合理设定分条数量，分条跨度控制在挖泥船单次挖掘跨度最大值以内，一般在10—15m之间，条与条之间重叠应超过2m。因此类船只以钢桩作为摆动中心，挖掘面为扇形，当挖掘到底线后，两端中心位置无法挖掘，如若继续挖掘则不符合规定，甚至威胁海岸线安全。针对上述技术难点，可选用以下开挖方案，待绞吸船最后一次挖进时，铰刀挖入两分条中心时，将船只向前移动，达到该范围的挖掘目标[1]。

2.1.2分层开挖

因基槽深度较深，该项目选用分层挖掘法，并根据土质情况，确保外耳面积准确，斜坡稳定。分层开挖厚度根据土质情况而定，如表1所示，如若分层过厚，容易导致土方塌陷，影响船只稳固与施工安全。对此，顶层分层应相对薄，可提高项目成功率与稳定性。

表1 分层厚度设定

该工程引入GP S 定位仪，设置GPS基站，提升船机定位精确性，使设备运行与计算机相连接，测定疏浚区域的坐标范围，测量数据输入电脑，生成直观图像，开挖范围、深度等信息也会完整显示出来。在施工期间，绞吸船不能开挖到设计值，为在规定期间内完工，除挖泥船投入使用之外，还安排一艘泥驳船，将挖掘的淤泥运输到指定位置，再用绞吸船二次吹填到指定陆地回填区域内，流程如图1所示。该工程选用阶梯式挖掘边坡，利用3600m3绞吸船挖掘边坡1:2为例，土质粉砂台阶阶梯的开挖高度为4.0m，实施分层挖掘，宽度为8.0m。正式开挖时，横移架挖进一层后，宽度缩短8m，由人工利用横向移动同步提升刀架形成斜坡。在此期间，坚持上多下少原则，阶梯位置自行坍塌成坡度[2]。

图1 挖泥船施工流程图

2.1.3开挖监控测量

在挖掘阶段，很容易出现超挖、欠挖等情况，受现场潮汐作用影响，测量值与真实值间存在一定偏差，挖泥船工作状态也会有所改变，纵坡开挖效果可能无法达到预期。对此，应加强开挖数据监控，该工程引入声呐测距仪，其作为先进的开挖深度监控设备，可对固定点位的开挖量精准测量，但不具备动态化测量功能，可在船底安装水下地形扫描仪，弥补声呐仪的缺陷，当每次淤泥开挖深度达到10nm时，便开展一次深度测量，以声呐为基准调校点，对挖掘深度实时测量，真正实现精准、动态掌控的目标。

2.1.4礁石爆破作业

经过地质水文调查可知，现场以风化岩为主，在绞吸船施工中，如若遇到坚硬底层或者障碍物，则采用炸礁方式破除。在爆破作业之前，先结合施工条件、施工需求，将岩层上的覆盖物质清理干净，可减少爆破期间淤泥量的产生，还可使爆破施工作业安全得到保障。爆破结束后，还要最终清礁，如若为水下爆破，还要确保爆破产生的水下冲击不会威胁船只、潜水作业者的安全，保证炸礁作业安全可靠地完成[3]。

2.2 港池疏浚技术要点

2.2.1方案制定

该项目采用绞吸式挖泥船开展疏浚作业，结合现场基本情况，提前制定总体施工方案，将该项施工分成两个阶段。第一阶段，按照业主要求，准确计算船舶功效与工期，配置两组抓斗船，挖泥装船，运送到指定的抛泥区。第二阶段，配置一艘绞吸船，将疏浚土吹填到陆地指定区域，吹填距离为12km左右。总体施工方案如下，先做好施工准备，复核控制点，布设测量控制网。在施工区域浚前测量，科学调遣施工船舶设备，正式开展第一阶段的疏浚施工，扫浅后，由监理进行验收，剩余区域浚前测量，调遣设备后开展第二阶段的疏浚施工，扫浅后竣工测量验收。

2.2.2技术要点

（1）抛射横移锚。根据风流条件合理安排抛锚顺序，先抛上流锚。锚泊期间，铰刀移动到疏浚边线，挂在水底泥浆内，锚固船体，严格控制周围锚点的位置，减少位移。抛掷点位在侧锚索与船头夹角45°处，就位后立即下锚，拧紧水平线缆，待锚索固定后，才可将铰刀从泥浆内提起。

（2）排泥管线布设。该项施工需要在陆地铺设吹砂管线，在水泥设置吹泥管线，分别为岸管和浮管。在岸管布设中，综合考虑吹淤距离、总扬程、吹填标高等因素，准确设定挖泥船管道位置，发挥装载机、挖掘机的辅助力量，使岸管与水下管道相连，管口开设三通接头，一个向前延伸，另一头进入充填区域。提前布设吹填所需的预制管道，与加长吹填范围支管相连，吹泥管接口密封，避免出现渗漏情况。管道铺设可定期绕着轴线旋转，延长管材的试用期，岸管铺设应坚持最近距离原则，避免与其他路段、建筑物相交，下穿路段填充泥土保护。在浮管布设中，选用1+1组合方式，即一根钢管、一根胶管，浮管两侧端口与挖泥船、岸管相连。浮标管道管段之间卡箍应稳固紧密，免受河水流向、吹填结构作用的影响，使其受到损坏。对此，尽量将管道设置成流线型，禁止死弯，预留充足的浮筒管路长度，便于绞吸船长距离推进，浮管需要用管道锚加固，即便在重载情况下，仍然露出水面，便于后期检修；根据施工现场潮汐情况，合理定位管道锚固点；根据地形与水域标高变化范围，合理选择浮管与岸管的连接形式，确保紧密可靠，无渗漏情况产生[4]。

（3）不同区域的疏浚方法。根据施工现场原本航道地质勘测结果可知，施工区域岩区挖槽长度较短，且带有多处岩石浅区，为使岩石集聚区破岩结果符合设计深度需求，可采用绞吸分层分条处理法，先将岩石绞碎，再用排泥管将其吹填到指定位置，实现岩石破碎处理；对于分散岩石，可利用绞吸船进行岩石粉碎处理；对于施工场地之外的岩石，可利用抓斗船清理，促进施工效率提升。该项目在26+0—27+0范围内存在地貌突变情况，成为疏浚施工重难点所在。对此，选用绞吸船进行分层施工，使该范围的浚前施工深度符合规定，由此降低挖泥船满载后的触底风险。在底层无岩区疏浚前，可按照疏浚流程，对该范围分层分条开挖后，再将淤泥装舱，运送到指定抛泥区；在基槽挖泥期间，驾驶员将挖泥船以特定航速行驶到挖槽区域，到达位置后，放缓航速，发出“备耙”指令，控制船体方向与位置；当操耙手接受指令后，将耙臂放入水中，使其与吸入口对接。待上述指令完毕后，启动泥泵、低浓度外排阀，使清水排出船舱。在此期间，操耙手应按照驾驶员的指令，放置耙头、吸泥管，待挖泥船到达挖槽点位后，驾驶员发出指令，耙手将耙头放到泥面，泵机转速调节为常规，启动挖泥模式，观察仪表盘，如若指示浓度增加，则要开启装舱阀，关闭外排阀装舱。在挖泥过程中，耙手应密切关注压力值、浓度、流速等指标变化情况，以此为依据，合理调整下耙深度。

3.港航工程基槽与疏浚施工控制措施

3.1 质量把控

在基槽与疏浚施工期间，为满足施工质量要求，应加大质量把控力度，通过引入先进监控设备，丰富管理手段，具体如下。一是水深检测。在检测开始前，对所用测量设备的精准度进行校验，确保检测结果客观准确，更加接近真实值；检测期间，对施工区域各控制点进行复核，创建控制网络，为后续工作开展提供参考。二是为绞吸船配备DPGS，确保质量管控面积覆盖绞吸船工作区，通过下放深度指示器，精准控制铰刀下放深度，促进绞吸船工作效率提升。三是施工期间，浪涌对施工活动顺利开展产生一定干扰，可在施工现场周围设置报潮站，及时将浪涌信息传递给疏浚船，便于疏浚人员掌握更多疏浚区信息，合理操控铰刀下放深度，提高开挖平整性。四是加强施工人员间的沟通交流，人员作为施工活动的主体，其专业性直接影响基槽开挖与疏浚施工质量，应提前做好技术交底，使其充分掌握图纸与施工标准，如若对某项施工数据持有怀疑，应及时与技术人员沟通，分析问题的成因并解决，确保港航工程的顺利开展。

3.2 安全控制

港航工程涉及水上作业，为确保施工活动开展与人员安全，加强安全控制十分必要。在正式开工前，应遵循相关规定，办理水下、水上作业许可证，还要提前为水上作业者准备充足的救生衣，并指导人员正确穿戴；场地周围配备交通警戒船，密切关注施工现场情况，有效调度通航情况，一旦发生意外，马上投入到救援工作中。为避免其他船只误入施工场地，在抛锚作业期间，应设置沉锚警示标志，发挥警示作用。施工活动还要考虑到环境保护，船只应具备废油舱与围油栏，在作业期间，可将废油直接导入，以免排放到水域造成水污染。如若船只作业中出现漏油情况，应马上利用围油栏将油污汇总起来，全面清理，以免油污扩散，对水域以及水体生物带来不良影响。