提升耙吸船在浅水区域施工效率研究

◎ 范俊 广州港工程管理有限公司

广州港出海航道是世界上最繁忙的黄金水道之一，是大湾区连接国际航道、通达国内外港口的水路运输大动脉，是海上贸易的大通道，是广州港、虎门港和深圳西部港区生存与发展的“生命线”，更是广州港建设世界一流港口的重要支撑。本文以广州港深水航道拓宽工程VI标段为例，对项目建设过程中遇到的工期紧张问题进行分析，在保证施工质量和安全的前提下，通过提高现有耙吸船的施工效率，最终顺利完成了项目的建设。此次提高耙吸船在浅水区施工效率的思路和方法，对推动项目建设有积极的意义。

1.项目概况

广州港深水航道拓宽工程Ⅵ标段施工范围为伶仃航道FG段北段断面36+800～41+049长度4.249km航段及G点以北长约580m衔接段的疏浚工程。总疏浚工程量约647.55万m³，疏浚土运至大万山南疏浚物临时性海洋倾倒区、二洲岛南疏浚物临时性海洋倾倒区、南海三类废弃物区共三个倾倒区水抛。根据项目建设要求，本项目须确保2020年7月31日完成基建施工任务。

2.项目实施情况调查

项目自开工以来，先后投入了“万顷沙”“浚洋1”“浚海2”“浚海1”“浚海5”等特大型、大型耙吸船。根据项目2020 年5月-6月测量数据显示，航槽剩余疏浚量约1695 479.91m³，平均施工效率约46544.67m³/d，与以往其他项目施工相比，总体施工进度正常，但航道西侧浅区施工进度滞缓，且根据施工效率分析，完成项目剩余疏浚量还需约37天方可完成全部施工任务，将超过项目节点工期（2020年7月31日），超期比例高达119.35%。

根据以上分析，为保证项目完成节点工期任务，同时考虑避免额外增加设备以造成施工成本的增加，提升现有耙吸船施工效率是当前的首选。

3.影响施工效率原因分析

针对如何提高耙吸船在浅水区域施工效率，项目人员采用头脑风暴法，从多方面分析了可能影响耙吸船施工效率的原因，并对分析结果及原因确认措施进行了汇总整理，具体详见表1。

表1 要因确认表

因素分析一：船舶操作人员不足。

经对“万顷沙”“浚洋1”“浚海2”等操作人员进行统计后，发现虽受疫情影响，施工船舶部分休假人员未能及时返回，但船舶配员仍可满足最低配员要求，操作人员能满足基本排班要求，不存在船舶操作人员不足的情况。

结论：非要因。

因素分析二：操作人员熟练度不足。

经现场问询及现场观察施工，耙吸船驾驶员、操耙手等相关操作人员均有丰富的同类型施工经验，熟悉岗位操作规程，操作经验丰富，操作熟练；操耙手能熟练根据水深调整下耙深度，船舶驾驶员熟悉周边水域通航与水深情况，能合理布线行驶，施工避让娴熟，操作熟练，可知操作人员不存在熟练度不足的情况。

结论：非要因。

因素分析三：进场前对操作人员培训、交底不到位。

经对船舶施工安全技术交底材料检查，交底内容详实，符合相关规范文件要求；同时对船舶受交底人员进行抽查调研，受交底人员熟知并充分了解交底内容及施工要求，施工船舶相应人员亦已按要求层层交底到位，未出现未交底或交底错误的情形。

结论：非要因。

因素分析四：设备选型不匹配。

疏浚施工设备选择应视施工情况、施工要求而定，不同的情形下选择不同的施工设备，对施工效率的影响极大。本工程周边航道水域通航繁忙，结合本工程工期短的因素，设备选型应充分兼顾施工安全与效率，选择合适的设备极为重要。

结论：要因。

因素分析五：船机状态差。

经了解，投入本工程前，“万顷沙”“浚洋1”“浚海5”等在湛江外海施工较长时间，该处工况较差，对“万顷沙”上的施工设备磨损可能较大，可能会因此导致“万顷沙”整体船机状况较差，进而导致装舱效果不理想、施工效率低。

修理厂人员对施工船舶进行了设备检测，在场船舶整体船机状态良好，且船上备件充足，完全可以满足日常维护，未出现大故障亦无需进厂维修，并不会影响到施工生产。

结论：非要因。

因素分析六：船舶装舱率低。

根据对地勘资料的研究，发现本工程淤泥质土、块石与泥土胶结体较多，且浅水区域面积较大，耙吸船只能利用乘潮的窗口期施工，导致装舱效果较差，装舱用时较久，导致需接近7h—8h方能施工满一船，对施工效率影响较大，施工质量不佳且会严重拖慢施工进度。因此，提高船舶装舱率对本工程应为重中之重。

结论：要因。

因素分析七：施工区水深浅、块石多。

经现场检查发现，施工区西侧边坡开挖区表层夹杂较多块石，施工中船舶需乘潮施工，施工窗口期短。同时存在块石卡耙现象频发，还需要及时清理耙头，对施工效率影响极大。

结论：要因。

因素分析八：周边码头、航道往来船舶众多。

经对现场的调研及统计，发现施工水域周边来往船舶极多，平均施工一船至少需要避让4—5次，每次耗时需10—30分钟不等，对施工影响极大，导致施工需时更久，施工效率进一步降低。

结论：要因。

因素分析九：施工工艺针对性不强。

本工程为短工期的基建性疏浚工程，如何如期完成至为重要。施工工艺如果针对性不强，将导致施工过程中施工效率低、施工用时不受控等不利情况。

结论：要因。

4.制定要因对策

4.1 提出对策

根据确定的要因，深入分析研究，制定对策，并对各项对策进行整理归纳，见表2。

表2 对策汇总表

4.2 对策实施

4.2.1 对策实施一

针对施工区边坡水深浅、块石多，按照制定的对策和措施开展以下活动：

针对施工区边坡部分区域水深不满足耙吸船正常施工吃水要求的情况，采用乘潮减载的施工工艺，为拉长施工窗口期，先采用排外施工。即船舶根据潮水对浅水区域进行施工，先利用空舱吃水小优势，可在高潮来临前进场施工，此时利用船舶DTPS系统关闭进舱阀门，利用泥泵吸力进行挖泥作业。因边坡外水深极浅，施工时应注意控制船位，避免发生边坡搁浅，高潮到达后开启阀门，进行装舱作业，提升施工效率。

耙吸船去往抛泥期间，投入“海床耙平器”对该区域进行耙平作业，同时利用其船长小、船舶操控性高的特点，可以对浅区进行S型耙平，有效提高施工质量，进一步提升施工效率。

4.2.2 对策实施二

针对船舶装舱率低，按照制定的对策和措施开展以下活动：

典型施工及现场试验选定在施工区内具体桩号为36+800～41+049。根据过往在本工程施工经验，设置几组实验参数，进行耙吸船装舱率对比试验，同时随着挖深的增加，装舱溢流时间也会发生变化，需要实时动态调整最佳装舱时间。

对于未固结或浮泥为主的短时间内不宜沉淀的土质，可以在挖泥开始前，先采用抽舱方法，将舱内存水排出，尽量避免进舱泥浆受到进一步的稀释。低浓度泥浆从溢流口溢出，可根据具体工况，包括作业区水深、风浪、现有船内油水装载量、土质、有效装载泥沙量等，来调整溢流筒的高度以改变泥舱的实际最大舱容，适应不同的船舶吃水要求。

通过典型施工及现场试验验证确定施工参数，达到最佳装舱率，同时进一步优化了施工工艺。

4.2.3 对策实施三

针对设备选型不匹配，按照制定的对策和措施开展以下活动：

针对泥床土质与块石混合后，开挖难度提升，原耙头破土能力不足以顺利开挖混合土体的情况，决定采用主动挖掘型耙头，即通过耙头上自带液压油缸及其控制部件，在驾驶室挖泥控制台可远程控制油缸行程，调节耙头活动罩对地角度，改变耙齿入土角度；同时可通过调整油缸压力，以保证耙齿入土力。同时更换破土能力较强的耙齿提升耙头破土能力，保证开挖效率。

同时通过在耙头技改，在耙头下焊接呈排齿状的钢板，进一步增强耙头破土能力，有针对性的开挖硬质土体。

4.2.4 对策实施四

针对周边码头、航道往来船舶众多，按照制定的对策和措施开展以下活动：

积极展开沟通协调工作，先后与建设单位、广州海事局、设计单位、港口调度中心等相关单位，进行多次沟通与联合磋商，建立健全沟通体系，及时根据通航信息动态调整当天船舶施工计划，强化现场船舶管控能力。

港口运营本身具有一定的规律性，同时耙吸船施工周期也同样具有一定的规律性，根据耙吸船施工规律，将在航道挖泥装舱时间尽量调整进出港船舶较少的阶段，最大程度减少避让对疏浚施工造成的干扰。

4.2.5 对策实施五

针对施工工艺针对性不强，按照制定的对策和措施开展以下活动：

4.2.5.1 边坡精确成型施工工艺

采用先进的DPDT系统与DTPS系统联合施工，根据设计标准断面，编制高差为2 m的台阶式施工导航文件，均匀布线。DPDT系统是一套可以显著提高疏浚效率和精度的动态定位和动态航迹系统。动态定位（DP）是利用各类传感器测船的运动状态及风浪流等环境力，通过计算机的实时计算来控制艏侧推、CPP及舵产生适当的推力和转矩，以抵消环境力的影响，使得挖泥船尽可能在设定的船位、艏向或预定航迹进行疏浚施工。DPDT系统的动态航迹（DT）挖泥模式用于耙头必须按预设定的轨迹挖泥或者开挖管道沟槽，是特别为耙吸式挖泥船所设计的，在动态航迹模式下，船只精确地跟随预定的轨迹航行，而航迹一系列的航迹点所定义的，系统控制船只以最小的偏差航行。

4.2.5.2“S”型布线施工工艺

施工过程中，为防止形成垄沟，增加后期扫浅的难度和用时，因此在航道底层施工阶段，采用“S”型航迹施工。采用“S”型航迹施工法，由于航迹线与施工区内的浅梗存在一定交角（角度控制在8°～28°之间），避免施工区域内形成垄沟、浅梗，采用疏浚监控系统进行平面和深度控制，确保全槽均匀增深，可以避免溜耙现象“S”型航迹施工增加了挖泥装舱时间，减少了船舶转头时间，提高了船舶的生产效率。

5.效果检查

通过对要因的有效控制及项目各方共同努力，在不新增加施工船舶的基础上，广州港深水航道拓宽工程VI标段最终于2020年7月30日完成基建性施工，较节点工期提前1天。根据项目测量结果，按措施调整后施工效率为56515.99m³/d，较调整之前的施工效率46544.67m³/d提高了21.4%，施工效率提高明显。

6.结语

本次耙吸船浅水区域施工效率的提高，缩短了施工工期，达到了预期的效果，为同类型工程提供了参考，同时本项目按期完成，彻底结束了珠江口至南沙港区大型集装箱船单向通航历史，实现了全线10万吨级集装箱船与15万吨级集装箱船（减载）双向通航，对打造国际门户枢纽港，保持国际供应链畅通，推进“一带一路”和粤港澳大湾区建设，打造世界级港口群具有重要意义。