赣江丰城龙头山枢纽以下航段航道整治工程水下疏浚清礁施工工艺研究

刘立平，黄建宇，喻龙，杨波，贺朝双

（江西省赣西航道事务中心，江西 宜春 336000）

赣江龙头山枢纽以下龙头山滩至龙务洲滩航道里程约20km，位于赣江中下游，航道现状等级为Ⅲ-（3）。河段周围有丰城曲江码头、新越沥青码头等多个专用码头，是宜春市连接南昌、吉安等市的水路运输重要通道，也是打通赣江全线三级通航的重要节点。近年来受上游枢纽调节影响，上游来流量减小，航道水情极不稳定，尤其在一些复杂和敏感航段，无序采砂频繁，致使河床大幅下切，枯水期水位下降，航道通航条件持续恶化，成为目前影响赣江三级通航的主要碍航瓶颈。

当前，江西省水运已迎来发展的新机遇，水运货运需求持续增加，而枯水期多为冬季，煤炭、化工等能源运输保障要求进一步提高。为确保枯水位下赣江干线航道畅通，重点保障电煤、矿石等重要民生物资运输安全，特别是保障上游丰城电厂电煤、樟树宏宇能源、江西晶昊盐化有限公司石灰石、煤炭等运输需要，急需通过采取航道整治等工程措施来解决工程河段枯水期碍航问题。

1 航道现状

工程河段起于龙头山枢纽下引航道出口，止于龙务洲尾，全长约20km，现状为天然航道。历史上该河段曾进行了多次航道整治，包括赣江(樟树～南昌) Ⅲ级航道整治工程、磨盘滩河段应急抢通工程、龙务洲河段应急抢通工程等。工程河道内洲滩发育，分布有多个浅滩，自上而下为龙头山滩、磨盘滩、小港口滩、大港口滩、龙洲头滩、罗汉石滩、龙洲尾滩等。河宽变幅较大，枯水河宽在300m～1500m 之间。龙头山枢纽坝下受龙头山村左岸山体突咀的影响，河道缩窄明显，河宽仅350m 左右；最大河宽为龙洲尾滩尾部，该段原左岸边滩由于采砂影响几乎消失，河道大幅展宽至1500m。

工程河段现状维护等级为Ⅲ-（3）级航道，维护尺度为2.2×60 ×480m(航深×航宽×弯曲半径)，通航1000 吨级船舶。近年受上游枢纽建设运营、河段内人为采砂等因素影响，河床大幅下切，造成河段内枯水位持续下降，同时由于河段中小港口滩、龙务洲滩局部河床覆盖层泥沙基本冲刷殆尽导致基岩裸露，航道条件进一步恶化，枯水期水深趋浅，且河床高低不平，危及船舶航行安全，急需采用航道整治措施，畅通航道，降低通航风险。

2 工程方案布置

本段航道按内河Ⅲ-（3）级标准养护，航道设计水深原则上按航道现状维护水深确定，即2.2m，但由于工程河段工程区多数为硬质河床，根据《内河通航标准》，另取硬质河床富余水深0.1m，即工程河段航道设计水深为2.3m。本次航线规划遵循“充分依托现有航道走向，尽量利用深泓”的原则，采用2022 年4 月的航道测图对航道进行规划，规划航道宽度60m，弯曲半径不小于480m。

在规划航道范围内设计水位下水深不足2.3m 的区域为疏浚区，按照此标准，本次共布置13 条挖槽，弃土区运输通道1 条，疏浚和清礁工程总量为16.96 万m3，其中疏浚工程量13.34 万m3，清礁工程量3.62 万m3。工程方案布置如下图表所示：

图1 小港口滩挖槽布置图

图2 龙务洲滩挖槽布置图

表1 工程方案布置表

3 工程地质概况

在工程施工之前对河床地质进行了详细的地质勘探，根据《赣江新干枢纽－南昌航道整治工程岩土工程勘察报告（工可阶段）》，小港口滩至龙务洲滩段航道区域工程地质情况主要如下：

3.1 岩土层分布与特征

本层勘察揭露地层有第四系全新统冲积层（Q4al），下伏基岩主要为下第三系新余群（Exn）地层，现自上而下分述如下：

3.1.1 第四系全新统冲积层(Q4al)

砂①：黄褐色、灰褐色，饱和，松散状，主要为粗砂、砾砂，局部为中粗砂，主要成分为石英砂，含砾、卵石10%～35%，砾、卵石直径20～50mm 不等，其中卵砾磨圆度较好。该层被钻孔全部揭穿，层顶高程6.20～11.4m，层底高程3.80～8.90m，层厚0.10～3.80m，平均厚度1.21m。

圆砾②：黄褐色、麻灰色，饱和，松散～稍密状，主要成分为硅质岩、石英岩、花岗岩、砂岩，卵砾石含量大于50%，卵砾径2～ 10cm 不等，其中卵砾磨圆度较好，分选性较差，充填中粗砂。该层被钻孔全部揭穿，层顶高程6.90～9.20m，层底高程3.20～8.80m，层厚0.40～3.80m，平均厚度0.93m。

3.1.2 下第三系新余群(Exn)

中风化泥质粉砂岩③：紫红色、棕红色，粉砂质结构，中厚层状构造，泥质或钙质胶结，岩芯呈短柱状，碎块状、少量呈柱状。该岩石遇水易软化，失水易开裂，属软岩，岩体基本质量等级为V 级，钻探中未发现洞穴、临空面及软弱夹层。该层广泛分布，层顶高程3.2～10.0m，本次勘察揭露厚度0.2～4.3m，揭露平均厚度2.71m。

3.2 物理力学指标统计

根据室内土工试验资料分析，将岩石饱和单轴抗压强度实验成果统计值列于下表。

表2 岩石饱和单轴抗压强度实验成果统计表

3.3 岩土工程分析与评价

根据场地岩土层的结构及物理力学性质特征，勘察场地各疏浚岩土的分级及可挖性定性评价见下表。

表3 各疏浚岩土分级及可挖性定性评价表

4 施工工艺的选择

根据航道工程地质情况可以看出，本次工程河段内存在砂、圆砾、中风化泥质粉砂岩等多种不同性质的土层，工程地质复杂，针对不同工程地质采用不同施工方法相结合才能取得良好的施工效果。本次工程河段河床主要分布以圆砾和砂石等软质河床为主，在局部河床底部存在基岩和礁石等硬质河床，对于圆砾和砂石可采用疏浚施工予以清除，对于水下岩基等硬质河床可采用清礁施工，对于部分覆盖层较厚的硬质河床，可采用疏浚加清礁的施工工艺，先将上部覆盖层进行疏浚清除，再对底部硬质河床进行清礁施工。

本次工程河段共14 条挖槽，应根据工程河段的土质和施工条件，选择最适宜的施工工艺，以保证疏浚工程的质量、施工效率和节省投资。对于由圆砾砂石覆盖的小港口滩挖槽2、挖槽7、挖槽9，龙务洲头滩挖槽1，挖槽2、挖槽3，龙务洲尾滩挖槽2 共7 条挖槽采用疏浚施工；对于上部覆盖层较厚的底部硬质河床小港口滩挖槽1、挖槽3、挖槽4、挖槽5、挖槽6、挖槽8 共6条挖槽采用疏浚加清礁相结合的方式进行施工；对于龙务洲尾滩挖槽1 因其存在大块孤石，疏浚难度较大，故全部采用清礁施工。

4.1 对于淤泥和细砂组成的软质河床施工工艺

对于龙头山滩、龙务洲滩等由淤泥和细砂组成的软质河床常因其开挖性能好，便于运输，本工程采用绞吸式挖泥船进行疏浚施工，绞吸式挖泥船是利用装在绞刀桥梁前端的松土装置——绞刀，将水底泥沙不断地绞松，同时利用泥泵从吸口、吸泥管吸进泥浆，通过排泥管输送到卸泥区的一种挖泥船，适用于大多数土质，但对于硬度较高的岩石效果较差。绞吸式挖泥船的生产过程可以一次连续完成，因而是一种效率较高，成本较低的疏浚施工工艺。施工效率主要和泥浆运距有关，运距越长施工效率越低，当排泥运输管线需要穿越航道时，还需布设水上管道，对施工期通航造成影响。

图3 绞吸式挖泥船施工示意图

绞吸式挖泥船施工流程：放样→开工展布→进点定位→连接水上管线设备→观测水位变化→确定下放深度→挖泥→自检至达到设计标高。

4.2 对于砾石和卵石组成的软质河床施工工艺

对于龙务洲尾滩这种由砾石、卵石组成的软质河床，绞吸式挖泥船施工效率较低，适用性较差，本工程采用抓斗式挖泥船进行施工。抓斗式挖泥船是利用旋转式吊机操纵抓斗的开闭和升降来抓取水下的泥土，完成挖泥疏浚作业。抓斗分为钢臂式抓斗和钢索式抓斗两种类型，钢臂抓斗是指抓斗直接与吊臂相连接，依靠吊臂上的液压油缸完成抓斗的开闭，抓合力取决于液压油缸能力；钢索式抓斗则是通过钢索连接在吊臂末端，依靠钢索和抓斗自身重力来控制抓斗开闭，抓合力主要取决于抓斗自身重量。作业过程包括抓斗下降、抓泥、提升和卸泥4 个步骤，抓斗式挖泥船通过配备不同抓斗对块石、圆砾、中粗砂、细沙、淤泥等土质具有较好的开挖性能，只要配备有足够的泥驳船可以连续施工作业，施工效率较高，但在施工中需要抛锚移位较多，对航道通航影响较大。

图4 抓斗式挖泥船施工示意图

抓斗式挖泥船施工流程：放样→开工展布→确定下放深度→挖泥→自检→观测水位变化→重复确定下放深度→重复挖泥→自检至达到设计标高。

4.3 对于岩石强度高、开挖难度大的硬质河床施工工艺

在小港口滩、罗汉石滩局部河床底部存在基岩，因其强度高，开挖性差，采用疏浚施工难以有效进行。因此对于岩石、礁石等水下硬质河床常采用清礁工艺进行施工，并且由于岩层开挖深度较厚，岩石强度较高，本次施工采用炸药爆破进行清礁施工。水下钻孔爆破是应用较为广泛的水下清礁施工工艺，主要利用炸药将水下礁石进行爆破破碎，施工便捷高效，工艺较为成熟，但对周围安全环境影响较大。水下爆破采用Φ100 型岩芯钻水下钻孔，选用硝化甘油炸药安装在孔内对水下岩石进行爆破，爆破碎渣采用4m3抓斗式挖泥船进行清理。

图5 4m3 抓斗式挖泥船施工示意图

水下爆破施工流程：钻机船定位→钻孔→爆破→撤离并警戒→起爆→爆后检查→清礁→弃渣→进入下一个循环→自检→扫床。

4.4 对于岩石强度低、开挖深度小的硬质河床施工工艺

对于磨盘滩局部河床开挖深度小，岩石强度低，用炸药爆破对水下污染较大，不经济环保，且施工技术难度大，本次工程采用水下钻机凿击破岩的方式进行清礁施工。水下钻机凿击破岩是先将礁石区表层淤泥粘土等覆盖清除，然后采用钻机将岩石钻孔降低强度将其破碎，然后采用抓斗船清理破碎岩渣。该方法安全性好，对周围环境影响小，对于施工深度较浅强度较低的硬质河床适应性较好，施工效率高，适用于桥区和取水口等对周围环境及安全保护要求较高的特殊水域。

图6 抓斗船清理岩碴示意图

水下钻机凿击破岩施工流程：施工准备→清除礁石区域表层覆盖层→钻凿钻孔弱化岩石整体强度→抓斗船清理破碎岩碴→重复钻机破岩→抓斗船清理破碎岩碴到设计标高。

4.5 施工技术要求

（1）施工时应设置好水尺，随时掌握水位变化情况，并做记录，每天应根据水位涨落情况经常调整下放深度。

（2）清礁区底部的平整度应符合规范要求，不能高低起伏，清礁范围内严禁存在浅点。

（3）进出口应拓宽呈喇叭状，拐弯处适当拓宽。

（4）施工过程中为防止偏移要做好测量检查工作，并掌握回淤情况，防止漏挖。

（5）清礁水域在完成施工后必须通过硬式扫床检验。

（6）弃土及岩渣不得随意抛弃，必须抛卸到指定的地点。

（7）工程质量应满足《水运工程质量检验标准》(JTS257-2008，2015 年修订版)。

5 工程成效

小港口滩至龙务洲滩整治工程自2022 年7 月开始施工，11 月底基本完工。12 月10 日全段单波束扫测验收通过，12 月15 日硬式扫床验收合格。在施工过程中施工组织及质量控制严格，安全保障措施到位，施工工艺选择合理，施工效率大幅提升，较原定工期提前一个月完成施工，大幅节约了工程投资，顺利地完成了此次航道整治工程，水流条件得到明显改善，航道水深较整治前大幅提升，维护了航道通航尺度，保障了赣江航道畅通，整治工程效果超过预期。