库区清淤方式探讨和应用

胡 涛,郑方帆

(宁波市水利水电规划设计研究院,浙江 宁波 315192)

毛屿港水库位于宁海县茶院乡南侧,茶院溪与力洋溪下游直接汇入毛屿港水库,流域坝址以上集水面积102.6 km2。茶园溪及力洋溪等小流域的治理为《宁海县水利发展“十二五”规划》的重点建设项目,为提高区域整体的防洪排涝能力,保障平原地区的防洪排涝安全,毛屿港水库的清淤扩容迫在眉睫。

1 工程概况

毛屿港水库设计标准为50 a一遇,正常蓄水位1.0 m,总库容600万m3,是一座主要以灌溉为主的小 (1)型水库。毛屿港水库为平原水库,在该地区流域中起着防洪调蓄作用。由于常年缺乏治理,整体淤积比较严重,由设计库底高程-2.0m,淤积至现状的-0.5 m,导致其调蓄库容遭受严重压缩。为保障毛屿港水库流域防洪安全,缓解防洪压力,开展毛屿港水库清淤工作十分必要。

2 清淤设计

2.1 清淤方案的比较

清淤施工方法主要有挖泥船施工与人工冲挖。在条件允许的情况下,应优先选取挖泥船施工,根据挖泥船的结构性能不同可分为抓斗式、绞吸式、链斗式等;人工冲挖主要利用高压水枪冲淤泥,配合泥浆泵输送排泥。本阶段结合毛屿港水库的自身条件,从经济效益、环境影响、施工难度等多方面综合考虑,选择机械挖泥船进行清淤。

2.1.1 抓斗式挖泥船

抓斗式挖泥船的作业方式是利用旋转式挖泥机的吊杆及钢索将抓斗放入水底抓取泥土,开动斗索绞车,吊斗索即通过吊杆顶端的滑轮,将抓斗关闭,升起,再转动挖泥机到泥驳将泥卸掉,挖泥机又转回挖掘地点进行挖泥,如此循环作业[1-2]。泥驳在装满泥后利用拖轮或自航到卸泥区卸泥。抓斗式挖泥船主要用于挖取黏土、淤泥、孵石,宜抓取细砂、粉砂。

2.1.2 绞吸式挖泥船

绞吸式挖泥船是目前在清淤工程中运用较广泛的一种船舶,其作业方式是船上装有强有力的离心泵,船艏装有一个铰刀架,挖泥时将铰刀架放下,头部的铰刀伸放到库区底部,旋转铰刀把底泥绞烂,在铰刀口下方利用强有力的离心泵(或称为吸泥泵)吸口把泥浆通过吸泥管吸上来,放入船舱、吹抛到100 m外或直接利用排泥管把泥浆泵送到岸上。挖泥、运泥、卸泥等过程连续完成,效率高、成本较低。排泥管输送淤泥方便环保,对于新建的港口、航道或就近有可抛泥的地方来说是可行的。

为了降低普通铰刀清淤产生的二次污染,可采用环保铰刀。由荷兰IHC公司制造的环保铰刀是当前环保清淤领域最先进的,装配有导泥挡板、铰刀密封罩、铰刀水平调节器等装置,无论清淤深度如何变化,通过铰刀水平调节器,使铰刀始终保持水平状态,清淤时铰刀外罩底边平贴河床。铰刀密封罩将铰刀扰动范围控制在密封罩内,确保挖掘范围内的淤泥被泥浆泵充分吸入。与常规的敞开式铰刀相比,有效防止因铰刀扰动使污染底泥向周围水体扩散,避免施工过程的二次污染。

2.1.3 链斗式挖泥船

链斗式挖泥船是利用一连串带有挖斗的斗链,借上导轮的带动,在斗桥上连续转动,使泥斗在水下挖泥并提升至水面以上,同时收放前、后、左、右所抛的锚缆,使船体前移或左右摆动来进行挖泥工作。挖取的泥土提升至斗塔顶部,倒入泥阱,经溜泥槽卸入停靠在挖泥船旁的泥驳,然后用拖轮将泥驳拖至卸泥地区卸掉。链斗式挖泥船对土质的适应能力较强,可挖除岩石以外的各种泥土,并且挖槽截面规则,误差较小,适用于截面规格要求较高的建筑物 (如港口码头泊位)的施工[1-2]。

特点:链斗式挖泥船进行作业时,需抛艏锚、艉锚及横移边锚,所占水域面积大,影响其他船舶航行。施工过程中需要拖船、泥驳等辅助船舶较多,且噪音大。

2.2 清淤方案的选取

链斗式挖泥船因受各种条件限制不适合本工程采用,传统绞吸式清淤对避免污泥扩散造成二次污染存在不利因素。抓斗清淤船为直接挖除淤泥,在开挖过程中对原土发生扰动,形成部分泥浆扩散,存在污泥扩散等问题。环保式绞吸船因其特殊的 “铰刀密封罩”结构,避免了泥浆扩散造成污染,环保性强,且施工难度较低。因此从施工条件、环境要求、施工难度等多方面权衡考虑,确定环保式绞吸船清淤为本工程的清淤方案。

3 施工工艺

3.1 垃圾预清理

毛屿港水库库区垃圾杂质较多,容易缠绕清淤挖泥船铰刀装置、堵塞吸泥口和泥泵系统,为此必须先进行垃圾清理。在开始疏浚施工前组织自行驳船及人工进行施工区清理,清除少数块石、渔网、渔栅栏、木栅栏、铁丝网、沉没的木船、木桩等,以保证清淤挖泥船正常的工作效率,保证施工顺利进行。清理物装船运输或集中上岸后装车运送至指定填埋场处理。

3.2 排泥管线铺设

3.2.1 陆地管线铺设

(1)进入各堆场的陆地管线沿现有围埝、土堤敷设,如遇道路可建筑坡道或坡路下埋,以不碍道路畅通为原则。

(2)陆地管线由单节长5 m,直径300 mm的钢管和不同角度的弯头及部分胶管组成,采用法兰加胶垫圈连接,螺栓采用空压机带动的风动板手进行加固,以保证管线连接密封,确保管线不发生漏泥。

(3)在堆场中距泄水口最远处布设入堆场排泥管口,以延长泥浆流程,创造较好的沉淀条件。

(4)排泥管口伸入堆场内一定距离,避免泥浆回流造成对围埝的冲刷。

3.2.2 水上管线组装方法

除挖泥船后接200 m左右浮管外,其余管道尽可能以水下潜管为主,从而减少因管道铺设带来的政策协调问题。潜管全部沉放于库区底部,不影响正常船只通行。水上管线一端与施工船排泥管连接,另一端与岸上管连,全部采用法兰连接。

3.3 挖泥船特性

库区内水下污染底泥质量轻、含水率高,极易流动和碰触扩散,普通清淤机械施工中容易产生大量逃淤,造成底泥污染物被动释放,选用专用的环保绞吸式挖泥船以利于避免二次污染。同时受水库库区范围、毛屿港大桥桥高等工况条件的限制,挖泥船必须选用小体型设备,以保证施工作业安全。

毛屿港库区应选用3005型环保绞吸式挖泥船,该设备引进荷兰IHC公司的技术,装配专用环保铰刀头,具有先进的定位桩台车系统、质量自动化监控系统,是目前环保疏浚领域最先进的专业施工设备。其主要特点:①整船宽度仅3.4m,不可拆高度1.5 m,吃水深度1 m,适用于河宽15 m以上,桥梁净宽小、净空低的河道清淤;②装配IHC专用环保铰刀,针对河、湖及水库环保清淤工程特点而定向开发研制,是一种可以高效率、高质量挖除水下薄层淤泥,而对周边水环境影响最小的新型铰刀,挖掘精度比一般绞吸式设备高1倍以上,清淤更彻底;③低能耗、低废气排放、低噪音,持续工作时间长。设备符合国际海事组织IMO环保标准;④设备装配有GPS全球定位仪、深度指示仪、回声测深仪等先进质量自动化监控设备。GPS用于开挖平面控制,深度指示仪和回声测深仪用于开挖深度控制;⑤集挖运卸为一体,采用全封闭管道输送淤泥,并应用水下潜管技术,整个施工过程为全封闭状态,对环境无干扰;⑥船体美观大方,可与沿河景观较好协调,利于提升工程形象。

3.4清淤流程及注意事项

3.4.1 挖泥船定位及抛锚

当挖泥船由拖轮拖至施工区域后,利用GPS定位,并用锚艇顶推船头和船尾,逐渐调整船位基本到达设定位置,船停后,放下1个定位桩,并在船首抛设2个边锚,并逐步将船位调整到挖槽中心线上。严禁在船行进时落桩,挖泥船的横移地锚应安装牢固。逆流施工时,地锚的超前角一般不宜大于20°,落后角不得大于10°。挖泥船抛锚时,先抛上风锚,后抛下风锚;收锚时,先收下风锚,后收上风锚。

3.4.2 疏挖顺序

首先在疏挖区边线上的第1条和最后一条开挖出1条疏浚通道,其它按船体的开挖标准宽度分条,按“近土远调,远土近调”的原则开挖。

3.4.3 疏挖方法

挖泥船疏挖采用横挖法,即以左定位桩为主桩,作为横移摆动中心,利用左右缆交替收放,摆动挖泥。主桩前移的轨迹保持在挖槽中心线上,使铰刀的平面轨迹始终在设计开挖线内前移,避免重挖和漏挖。各疏挖分区分条、分层开挖,相邻的开挖分条重叠不小于1 m,以免漏挖。开挖好的分区由技术人员按区域编号、施工时间、施工班组和质检情况作好详细记录,并在平面图上作好标记。

3.4.4 注意事项

结合毛屿港库区的地质特点,本区域主要以淤泥为主,根据这类土质的特点,以最佳泥浆浓度控制真空表、压力表。如泥层薄可加大前移距和横移速度,也可以不用铰刀而采用定点、定吸的方法。

3.5 淤泥输送

开挖出的水下淤泥,用管道全封闭远距离输送至指定堆场或临时泥浆池内,当输送距离超过单船输送能力时,中途加接接力泵船加压输送,以满足远距离输送要求,同时确保泥浆输送过程中不外泄。

3.6 质量控制

①挖泥船配有精确的全球卫星定位 系统(GPS),平面定位采用GPS控制,在开挖区内形成铰刀移动轨迹,避免漏挖;②开挖前布设几组精准水位尺,开挖时,通过船上开挖深度指示仪控制开挖深度,结合回声测深仪反馈数据,严禁欠挖和超挖,确保库区岸坡稳定。靠近岸边时,应降低横移铰车速度;③开挖前应进行试挖,以求得挖到设计深度层时的适当横移速度;④施工水尺及测深绳、测深杆存在误差也会影响深度,必须经常校核。

3.7 余水处理

泥浆进入堆场沉淀后余水通过退水口排出,余水排放视区域水环境要求选择处理或不处理,如需要处理,可选择采用专用余水处理技术,经处理后的余水SS值 (固体悬浮物颗粒含量)指标控制在150 mg/L以内,以保证周边水环境不受影响。

4 结 语

结合工程现场的实际情况,选用合适的清淤方法,优化疏浚方案,既能很好地减少施工时间、节约建设成本,同时也能保证施工质量。在工程设计过程中,进行了多个方案的比较,通过比选确定绞吸式挖泥船清淤方案是可行及合理的。

[1]程昌华.航道工程学[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]李青云.疏浚工程 [M].北京:人民交通出版社,1999.

[3]中华人民共和国交通部.JTJ 319—99疏浚工程技术规范 [S].北京:人民交通出版社,1999.

[4]水利水电第十三工程局.SL/17—90疏浚工程施工技术规范[S].北京:水利水电出版社,1990.