自航耙吸式挖泥船艏吹施工技术

◎ 刘冰 上海交通建设总承包有限公司

根据其工作原理，可将其划分为两类：水力式和机械式。其中，水力挖泥船的工作原理是：在大部分的挖泥船中，首先用高压水洗净淤泥，或者用绞刀、耙头对淤泥进行切割，然后在水下泥泵的抽吸作用下，将淤泥与水流的混合物（淤泥）通过吸泥管道流入舱内泵，再通过舱内泵输送出去。水力挖泥船有绞吸式、耙吸式、无绞吸式、气动力挖泥船。在具体的工程实践中，选择机械时应先选定主挖泥船，再根据主挖泥船和其他辅机，如拖轮、泥驳船等，形成一个整体的疏浚团队。若选用自航耙吸挖泥船，因其具备自挖、自装、自运、自卸等完整功能，故无需另设辅助船舶就可完成疏浚及疏浚土的运送。耙吸船通常采用旁通或边抛法、装舱法、吹填法等三种不同的施工方法。

1.工程概况

该项目是唐山曹妃甸港区东段主要航道（前三港池航道）305#—309#浮标的养护和疏浚。该工程的主要工作包括：疏浚工程、围堰加固。本项目计划在工程航道区的回淤区进行一次疏浚和清淤，其底高程为-10.5m。河床底部宽150m，河长1970m，河床挖泥方14万m3。将开挖出来的土石用挖泥船运输到靠近纳泥区的指定海域，从疏浚区到纳泥区的距离大约24km。该项目的重点是对现有的陆地贮泥区域周围的围堰进行培土、加固，采用岸基回填的方法，并在围堰西侧埋置排水管道。工程位置见图1。

图1 工程位置图

2.艏吹施工技术的适用条件

自航耙吸船艏吹是当前港口工程中应用最多的一种方式，其主要形式是：自航耙吸船挖掘出一条可供航行的水道或港池，将淤泥装载到吹填区，再由其自备的泥浆泵将淤泥吹填到造陆区。采用耙吸船艏吹施工法，不仅可以有效地满足造地用土的需要，而且可以减少疏浚土弃渣的外排，还可以达到环境保护的目的。该方法与常规的“挖—运—抛—二次开挖转吹”法比较，具有较高的生产效率和较小的投资。长江口地区连续进行了十余年的围海造地，导致了当前吹填土资源非常紧缺[1]。

在长江口12.5m深水航道的疏浚工程中，曾开展过采用耙吸船直接艏吹方式将疏浚土送到岸上的实验。在广泛听取了有关专家及相关部门的意见、建议后，经多次磋商、方案比较，采用了12.5m深水航道南道疏浚与北道养护疏浚工程相结合的施工方案。在实际施工中，要结合实际施工的水文地质条件和挖泥船的基本特性，确定具体的施工工艺。同时，还要综合考虑工期、费用和工程量等因素，确定最优的施工方法，以达到更好的施工效果。

本项目疏浚土为新近回淤土，根据设计图纸，土质为淤泥质粉质黏土，为2级土，土质很软。根据土质，判定土质可采用各类挖泥船进行施工，考虑对航道正常使用的影响，耙吸船和抓斗船通常都能够很好地应用在细沙土体的挖掘过程中。具体采用哪种船型，则需要根据工作量、抛泥区位置结合工况来进行确定。

唐山港曹妃甸港区东区主航道于2013 年投入使用，设计为3万吨级杂货船乘潮单向通航，乘潮水位1.76m，乘潮历时4h。根据航道船舶出入港的情况，结合船舶施工时间（工期15d）及环境，判定项目工况为五级工况。由于疏浚区至纳泥区运距约为24km，距离较远，而纳泥区岸边距航道约800m，且驻船区域水位满足船舶吃水要求。在这种条件下，采用耙吸船进行艏吹施工是最好的选择。本项目投入一艘带艏吹7200m3耙吸式挖泥船进行施工。船舶配备DGPS接收机和土方计量设备（包括吃水仪、装载仪、排水量仪表以及船舶自动记录、长期保存船方计量数据的软硬件等）、耙头深度指示装置，能满足本工程的施工需求，能适应曹妃甸航道施工环境。船舶参数见表1。

表1 投入船舶设备参数

3.自航耙吸挖泥船艏吹施工技术

3.1 准备工作

首先要核对各类吹料设备是否完好，安全可靠，使用情况良好，各类工作人员是否到位；检查掘进系统，调节掘进方式，做好掘进前的前期准备工作；轮班司机应按船距吹填区的远近，事先告知船首接管线人员，做好抛锚和接线的准备。

3.2 铺设管线

（1）铺设水上管线。在铺设水面管线的时候，要保证水面管线的长度合适，并且要保证管位固定锚固，特别是对自浮管，要采取两边同时下定位锚的方法来固定，防止它在风浪中发生漂移。船舶确定进入安全水域后，带放缆的锚船在接水接头前，应先将固定的短细耐磨钢丝与缆绳耐磨钢丝放在一起。施工船靠近锚船后，将钢丝绳与下送施工船的绞车钢丝绳连接。为了便于夜间施工，对船只和管道进行标记，通常通过在其上设置闪光灯来标记其位置，这样可以更好地保证施工安全[2]。

（2）浮管的对接。自航耙吸式挖泥船吹气管道主要由浮管接头、船管接头以及其他一些连接管道组成。具体接线过程以本工程为例，当耙吸船驶离航道取土区，到达三港池中务码头附近港池水域艏吹位置后，司机要精确地操纵好船位，然后才能给锚船发出准备接管的命令。在水面上放置一个浮球，使锚船可以通过它寻找回吹钢索的连接线，当找到连接线后，就可以进行预备工作；这时，由刮板吸附式挖泥船将卷盘上的钢索牵引到锚船上，锚船将钢索与所连接的钢索相联结，再释放；然后，由耙吸轮的操作者操纵撤吹绞车，绞动钢丝绳，将撤吹雄头、浮体和浮管逐步吊起，直到雄头和雌头连接紧密，才停止绞动绞车；按住抱环上的“锁紧”键，待它全部上紧后，再按下“进”键，直至两个锁销全部上齐为止。这是连接管道的全部程序，当管道连接完毕后，通知控制中心开始工作。吹砂管道的装备有浮筒接头，船首接头和其他连接装置。接吹线的连接方法为：将浮管和接吹线置于水面上，用一段耐磨损的钢索将接吹线与一条小艇相连接，然后等候施工艇的到来；现场检查，确定施工船头接头的液压锁定装置是否处于打开状态，将施工船首吊吊索降至下小艇；将浮筒连接到船首连接处后，小船就会离开；启动绞车，将浮筒绞向船首，使水面上的浮筒徐徐升起；将公头提起，直至与母头完全接触，停住绞盘；现场检查，节距不大于10mm，并将油压锁紧；在水中的连接处要与船体连接处保持垂直的位置，这就要求驾驶员对船体的位置进行正确的调节；接线完毕，向驾驶员汇报后，才能进行操作。

首先，采用分布式全球定位系统，对浮管的位置进行定位，并将其显示在系统屏幕上，再对施工船的航行速度进行控制，在接近箱吹区的时候，应减慢航行速度，并根据现场条件及时调整船速。当靠近水面连接点时，船速应该保持在0.11kn（约3m/s）[3]。

3.3 确定锚固位置及锚固长度

港池艏吹可以不考虑洋流的影响，只考虑风向、风级等因素对船舶的影响。若有右风，锚定在右风，若有左风，锚定在左风；若管线方向有一扇（120°）的风向，则可按风向将其延长线按风向改变而改变，例如4-6级风，则可将其设置在40～80m的范围内，同时还可利用船只进行抵挡，使管线不至于被风向改变。

3.4 吹填作业

在完成吹填接管工作，并且确认各项工作都准备完成之后，开始进行艏吹作业，艏吹作业按照以下步骤进行：

（1）通过高频和岸上管线出口处的工作人员进行沟通，通知其艏吹作业即将开始，提醒其做好巡查的准备工作。

（2）艏吹操作员在设备调试过程中，将主机、泥浆泵、高压冲水等装置的工作参数设置好，并确认参数正确后，首先用清水试吹，来检验系统的工作状态。

（3）在确认系统能够正常后，逐步提高泥浆的浓度，使之达到最优状态，开始进行艏吹作业。

在船体启动后，操作人员要根据实际情况，及时利用车辆对船体进行调校，使船体与船体之间的夹角小于45°，以免造成管线的扭损[4]。在艏吹过程中，船舶操作者应与岸上的巡检人员保持良好的联系，一旦发现异常，立即告知其处理，并在需要的时候，终止艏吹。

3.5 拆除管线

接吹管的拆卸是这样的：在吹填完毕后拆卸管线时，应确保泥浆泵停止，管道内没有压力；将卷扬机的钢索略微拉紧，然后松开油压锁定销；将绞盘放下，将绞盘钢索和耐磨钢索的连接点放松至水面，并略高于小艇；将小艇上的绞车钢索和耐磨钢索快速连接处拆下，并对连接处进行润滑，以防止卡住，将固定的短细钢索送至小艇，将耐磨钢索固定在小艇上，等候下一次连接；将吊索放在施工船上，由艏部操作者向驾驶员汇报。

3.6 船舶离场

在离场过程中，由于受到强吹拢风的影响，需要使用两轮驱动，并将船尾保持在一个安全的范围之内，这样才能避免被风吹向水面管道，造成安全事故。

4.艏吹船舶功效分析

根据该工程所处区域的土质条件及工况，结合以往长排距疏浚工程的施工效率，7200m3耙吸挖泥船平均挖泥疏浚效率取16500m3/d。具体测算见表2。

表2 船舶功效分析表船舶功效

通过对自然条件、施工工况等的分析，并考虑到设备检修和施工日期等因素，以及在附近地区近几年来类似工程的施工经验，施工中月有效施工时间为2 5 d，时间利用率为8 3%。计划工期15 d，则有效作业天数13d。日施工效率为16500m3/d，则可完成疏浚工程量=16500×13=214500m3，而设计工程量约为14万m3，完全满足工期及施工需求。从最终项目完工时间来看，该项目完全按照测算计划提前完工施工任务，在节省了工程成本的同时，并未对其他船舶的正常运行造成影响。由此可见，艏吹技术不仅可以提高工作效率，节省费用，还可以降低疏浚船舶和正常航行的船舶的相互影响，确保了进出港船舶的正常运营。

5.结语

综上所述，采用自动耙吸式挖泥船进行艏吹吹泥作业，是一项具有较高经济价值的先进技术，将会是未来航道疏浚的主流方法。在运用艏吹技术的过程中，必须严格遵守技术规范，才能保证航道疏浚工程的质量。采用耙吸船艏吹施工技术，可使远离海岸的疏浚土用于吹填造地，既节约了能源，又节约了工程成本。此外，由于使用了耙吸船自身的泥泵来进行泥浆的输送，因此，在整个施工过程中，对辅助设备的要求很低，当吹距能达到自动耙吸式泥浆泵的运载能力时，无需增设任何加压泵站，仅需设置一条吹填管道，并设置一台接管式辅助运输船即可。随着我国疏浚行业的发展，自航耙艏吹法作为一种更加绿色的沉积物处置方法，必然会成为未来长距离疏浚施工的主流方法。