长江口疏浚工程中的疏浚土抛泥工艺优化措施

秦鑫，周永康

（长江南京航道工程局，江苏 南京 215000）

长江口深水航道治理阶段，用自航耙吸船进行航道疏浚作业，向北槽的贮泥坑、抛泥区等部位抛泥，借助吹泥管线将抛至贮泥坑的疏浚土吹填至横沙浅滩和横沙东滩。在整个作业过程中，疏浚土抛泥属于重点内容，合理的工艺方式可提高疏浚弃土的利用率，并缓解由于疏浚土流失而造成的航道回淤。

1 长江口航道疏浚土的突出特征

（1）时空分布特征。长江口12.5m 深水航道年正常维护疏浚量约6000 万m3，南港及圆圆沙段（W0～W2）和北槽中下段（W3～W4）属于疏浚土的主要分布区域，具有洪季大、枯季小的特点。总体上，长江口深水航道年维护疏浚土产生量较为可观，若合理利用此部分资源，将满足周边吹填造地及其它场景的用沙需求，充分提高资源的利用水平，见图1。

图1 长江口航道平面布置

（2）粒度特征。W0～W2航段疏浚土以粉砂和细砂居多，粒径较粗；W3～W4航段以粉砂居多，粒径较细；相比之下，口外段（W4～W5）的疏浚土更细，中值粒径普遍低于0.02mm。可见，疏浚土主要呈粉土类，由于此类土料的砂质较佳，具有宝贵的利用价值，属于弥足珍贵的泥沙资源，可配套科学的吹填技术，将该部分疏浚土用于围垦工程吹填作业。

（3）化学特性。疏浚土分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类，分别对应的是清洁疏浚物、沾污疏浚物、污染疏浚物。通过疏浚土取样检测，长江口航道疏浚物中所有化学组分含量都不超过化学评价限值的下限，属于Ⅰ类清洁疏浚物。

2 项目概况

在长江口深水航道治理疏浚工程中，原抛吹作业是全潮时段向贮泥坑、抛泥区倾倒疏浚土。三期疏浚工程中，充分考虑到资源利用效益最大化的原则，通过贮泥坑处理的疏浚土得到有效的应用，资源利用水平提高。

地理位置方面，长江口深水航道所处区域为潮汐河口，涨落潮流属于重要的影响因素，其中以北槽贮泥坑尤为特殊，倾倒疏浚土易受涨落潮流影响而发生大范围的流失，此部分疏浚土再次回至航道，随着时间的推移，显现出航道回淤现象且愈发加剧，疏浚废方增多。根据现场情况，各贮泥坑的使用并非完全应用抛吹分离工艺，在三期工程施工过程中还联合应用到包含单抛单吹、四坑三运转等多种方法，因此在对抛泥的流失率做定量分析时仅考虑原始资料显然缺乏足够的可行性，结果可能失真，但可以明确的是，各贮泥坑抛泥有明显的流失现象。

3 航道疏浚方案

本标段工程的航道疏浚主要使用大型自航耙吸式挖泥船进行疏浚挖泥施工。具体施工顺序、施工方法和施工工艺分述如下：

3.1 施工顺序

开工后将根据航道水深测图，先挖浅段，逐次加深，待各段水深基本相近后再逐步加深，以利保证全槽均匀挖泥。疏浚土倾倒抛泥区或者贮泥坑需要根据吹填进展、贮泥坑容量监测情况进行动态调整，耙吸船根据监理指令在允许使用的贮泥坑或抛泥区进行抛泥。

3.2 施工方法

本工程自航耙吸式挖泥船采用装舱溢流法施工，以尽可能使泥舱的装载量达到最佳，考虑施工安全与环保的要求，严格限制溢流时间，本工程溢流时间控制在10min 左右，施工过程中如果业主有特别要求，将服从业主的安排。另外，考虑到潮流流速影响，为便于上线操作和施工安全，选用逆流施工法。

3.3 施工工艺

为了保证施工区同步浚深，提高工程质量，工程施工中采取分段、分带施工。施工操作工艺流程如下：进槽上线一挖泥一起耙调头－运泥航行一抛泥一抽舱一返航。根据航道施工区的挖槽长度、工程量、可用抛泥区或贮泥坑及拟投入船舶的施工性能进行分段，实际施工中，将根据施工进度和航道回淤分布，以及业主和监理工程师的要求按里程再次进行分段。为避免出现横坎，根据本段施工区的挖槽长度及拟投入船舶的施工性能，段与段分界线上下两侧各增加50m 的重叠段。

为控制挖槽平整度，将挖槽分成宽度基本相同的带状施工区。分带配合分段，对挖槽实施三维控制，这样不仅有力提高施工效率，也有利于航行安全。每带宽度按40～50m 不等划分，为了防止带与带之间形成隆埂，带与带之间将重叠5～10m。工程施工过程中，加强施工测量，及时调整施工带宽，以挖除带与带之间的埂子，提高挖槽平整度。为控制挖深，各船舶安装遥报仪，实施接收潮位数据，对下耙深度进行修正，减少废方。

3.4 单船作业效率分析

考虑到本工程不同施工区域和各抛泥区之间运距不同，平均运距从5～36km 不等，根据提供的分项工程量清单，平均运距超过20km 的工程量仅占总工程量的11%，加权平均运距是15.6km，小于典型运距20km，采用主力船施工能力的典型运距20km 作为分析单船作业效率的基础。如果在该运距下施工船舶生产能力能够满足工程要求，则可充分满足不同运距交叉作业情况下的施工强度。以万方耙吸船长鲸2 为例，按照综合运距20km，考虑75%时间利用率，月均施工能力约78 万方。

4 施工技术措施

4.1 施工定位

所有施工船舶设备将配备定位精度优于3m 的DGPS，统一接收交通运输部设立在浙江大戢山岛上DGPS 信标发射台发射的DGPS 信标信号，确保施工与测量的定位精度。

4.2 扫浅施工

工程后期进入扫浅阶段，先进行全槽定深下耙，采用排线法施工，对所有施工区域进行扫浅。自航粑吸挖泥船再适当地走“S”形施工，或定点清除施工，可扫除大部分浅点。最后根据测图，将剩下的浅点坐标输入计算机软件，采用“进倒车”扫浅直至扫除施工区域内的全部浅点，达到竣工验收标准。

4.3 清除台风骤淤

根据台风骤淤强度及分布情况采取以下措施：增加施工船舶，增加装舱溢流时间。台风正面影响长江口水域易造成的骤淤，以浮泥为主。在这种情况下，根据结合潮流流向，合理布置挖线，临时增加船机力量，延长溢流时间，利用潮流实现驱赶浮泥的目的，避免骤淤浮泥落槽造成工程量增加。

4.4 标段交接处的施工

为了避免造成各标段结合部位出现浅埂，并保证各标段之间搭接长度内的水深满足同步增深的要求，在进行本标段疏浚开挖过程中，疏浚范围将在本标段两端各延长100m，施工方案如下：在对各施工船舶进行施工技术交底时，强调本工程疏浚施工范围需向两端各延长100m；将本标段两端延长100m 的范围输入电脑，在施工过程中予以开挖；在开挖过程中，根据施工进度情况，适当安排测量队对该区域进行浚中检测，掌握施工质量情况，及时将有关数据交给在该区域施工的挖泥船，有效指导船舶施工。

5 疏浚土的扩散路径分析

5.1 落潮阶段的泥沙输移路径分析

在抛泥期间组织开展泥沙输移路径观测分析。首次抛泥时间发生在落潮期，观测结果显示，S1、S3 断面未观测到泥沙扩散而导致的泥沙浓度升高现象，具体与两处断面位于抛泥点落潮流的反方向有关；S4 断面的观测结果显示泥沙有扩散的迹象，流速为0.2～0.3m/s 时，泥沙扩散持续时间达到30min，扩散范围约为350m，随着流速的增加，达到0.7～1.0m/s 时观测结果显示此时无泥沙扩散的情况。

根据此变化特征可以得知，抛泥量和流速两项参数会对抛泥后泥沙的扩散时间和范围造成显著的影响，随着流速的减小，抛泥扩散的持续时间延长、范围扩大。而在水流速度＜0.3m/s 时，泥沙虽然有扩散的迹象但其速度放缓。疏浚土的主要流动路径为沉降至坑内，仅存在少量向外流失的泥沙。经过前述分析后，建议在流速小于0.3～0.5m/s 的时段组织抛泥作业，此时抛泥疏浚土向贮泥坑外的流失量相对较小。

5.2 涨潮阶段的泥沙输移路径分析

第2～5 次抛泥作业发生于涨潮期，观测结果显示，S1 断面（抛泥点涨潮下游方向）和S2、S3、S4 断面（分布在抛泥点下游侧）均未出现泥沙峰值，抛泥后的泥沙顺水流向西偏北的方向扩散，此路径决定了其并不会到达S1 断面，而此结果也与前述有关于#3 贮泥坑附近水体流动的分析结论相契合。

基于前述分析可知：#3 贮泥坑抛泥时，存在部分泥沙向坑外输移的运动特点，具体的输移方向与涨落潮流方向相同。可见，若采取贮泥坑抛泥的施工工艺，将有较为明显的疏浚土流失问题，而随着抛泥时刻的不同，对应的疏浚土输移路径和落淤位置也存在差异，需要充分考虑到各贮泥坑不同抛泥时段的具体特点，采取针对性的控制措施。而在各区域中，以#3 贮泥坑较为特殊，考虑到疏浚土大幅度流失的情况，需要加强对此部分的控制。

5.3 贮泥坑流失疏浚土回槽率研究

在分析贮泥坑流失疏浚土对航道回淤状况的影响时，常规的二维泥沙数模方法缺乏可行性，针对此特点，考虑到定床输沙物理模型试验的方法，并在此环节注重对泥沙回槽率的模拟，分别施放洪季和枯阶径流，确定各贮泥坑的洪枯季抛泥的回槽率，以便围绕此数据展开分析。具体结果，如表1 所示。

表1 各贮泥坑航道回槽率 %

6 工艺优化措施及应用效果分析

6.1 工艺优化措施

（1）#3 贮泥坑的分布位置在N4～N5 丁坝坝头连线以南，对比水域流速可以发现，该值明显超过坝田区。在4 处贮泥坑中，以#3 坑的流失率最大，为尽可能减小该处流失疏浚土对航道通航秩序的干扰，考虑将其移动至N4～N5 丁坝坝头连线以北的方法，根据数模和物模研究结果可以得知，在采取该移动措施后，涨落潮流速呈减小的变化趋势，有利于稳定疏浚土的位置，其流失率降低幅度超过15%。

（2）#1、#2 贮泥坑的抛泥时间规划在涨潮期，在此优化措施下，贮泥坑的流失率降低幅度超过10%，疏浚土流失的问题得到有效的控制。

（3）#4 贮泥坑的抛泥时间则规划在高平潮和落潮期两个时期，即便此时仍有一定量的流失疏浚土，但可经由北槽下段北边滩向下输移，此流动路径合理，不会对航道的回淤造成不利影响。

6.2 工艺优化的应用效果分析

（1）抛泥的流失率降低。根据前述提及的优化措施，分别优化各贮泥坑的抛泥时段，再对比分析优化前后的贮泥坑流失率，以便直观评估优化措施的应用效果。具体情况，如表2 所示。

表2 工艺优化前后各贮泥坑流失率

分析发现，各贮泥坑于指定时间段完成抛泥作业后，流失率普遍呈降低的变化趋势，其中#1 坑、#2 坑、#3 坑在采取优化措施后降低幅度分别约为29%、30%、30%，但#4 坑的流失率在优化后反而有增加的情况。

针对该结果，着重对#4 贮泥坑流失率增加的情况展开分析，探明导致该现象的原因，再综合考虑北槽历次固定断面的资料，根据掌握的信息进行数、物模研究，认为：#4 坑的抛泥时间发生在落潮阶段，流失的疏浚土沿北槽下段北边滩向下输移，此流动迹象不会对航道及边滩的回淤状态造成影响，在未采取优化措施时，全潮时段#4 坑抛泥的平均流失率约为70%，而在采取优化措施后，抛泥作业仅发生在高平潮和落潮两个时段，相较于抛泥前，流失率必然与优化前保持一致乃至有增加的迹象。通过对回槽率指标的分析可知，贮泥坑区分涨落潮时期进行针对性的抛泥后，显现出流失的疏浚弃土显著降低的变化趋势，部分流失的疏浚弃土回至航槽的数量也相对减少，总体来看，在采取前述提及的优化措施后，能够有效缓解疏浚抛泥流失所引发的各类问题，采取的工艺优化措施具有可行性。

7 结论

经本文的分析后，做如下总结：

（1）综合应用到现场资料分析、现场监测等方法，借助物理模型分析认为：在全潮时段用贮泥坑倾倒疏浚土时，贮泥坑抛泥后的流失现象较为明显，同时此部分流失的疏浚土还呈现出回至航道的流动状况，受此影响，严重影响航道的正常通航。

（2）针对工程现状探寻优化措施，将贮泥坑位置移动至涨落潮流速最低的部位、严格控制贮泥坑抛泥时段等，通过多项优化措施的落实，有利于降低贮泥坑抛泥的流失率，同时在一定程度上抑制航道回淤泥沙的来源，对于航道的正常通航较为友好。

（3）抛吹结合的疏浚工艺虽然可取得一定的应用效果，但并非最佳工艺，因此需要持续探索优化措施，最大限度降低贮泥坑泥沙的流失率，充分发挥出疏浚土的利用价值，力争实现资源利用效率最大化的目标。可以探索艏吹工艺，在保障深水航道施工效率的基础上，最大程度实现疏浚土综合利用。