耙吸挖泥船疏浚工程浅点的控制与消除

吕玉棋，韩政，陈跃发，张金林

（中港疏浚有限公司，上海 200120）

0 引言

航道疏浚工程，因为是在水下施工，施工过程不能直观形象地查看，工程过程控制或者实时偏差调整较难实现，需要通过浚后水深测量来检验施工质量，因此施工质量只能通过事后控制。对于耙吸挖泥船航道疏浚来说，在工程最后的阶段经常要花费较多的时间与精力并投入很大的设备力量去完成扫浅，而扫浅的效果也不尽如人意，这是导致航道疏浚工程工期拖延的重要原因，特别是施工土质为黏性土时尤为突出。本文通过分析耙吸挖泥船疏浚工程浅点形成的原因，提出针对性的解决方案，达到控制消除浅点的目的。

1 航道浅点形成的原因

通过对多个航道疏浚工程项目的经验总结，疏浚浅点的形成主要由以下几方面的因素构成:

1）清除垄沟时所遗留的；

2）分层没控制好；

3）施工布线未能全覆盖；

4）操耙手操作问题；

5）土质的密度差异；

6） 水下障碍物。

随着科技的发展，相关监控技术、设备陆续应用在疏浚施工船舶上，智能化的监控硬件和软件使得挖泥船的控制精度大幅提高，施工质量也有所提升。但是，在目前智能化的监控设备还需要通过人工来完成操作，人的作用仍至关重要。上述浅点产生的6种原因，除第5项、第6项是受工程环境等客观条件影响外，其他原因都是人为因素引起的，其中由垄沟演变而来的浅点清除难度最大，对施工质量与工期的不利影响也最大，第2项、第3项和第4项是造成垄沟的罪魁祸首，因此控制第2、第3、第4就是控制浅点的源头，找到了根源就可以用相应的办法来解决。

2 原因分析及针对性对策研究

2.1 疏浚免扫浅施工理念的实施

垄沟形成的扫浅代价是巨大的，假如能防患于未然，避免垄沟形成，也就不需要大面积的扫浅，工期也能得到保证。一般来说，施工技术人员都知道垄沟形成后会带来更大的工作量，但是免扫浅的理念较难得到有效的实施，原因有两点；一是现场施工人员急功近利，片面追求产量；另一点是没掌握相关的免扫浅的施工方法。根源还是预防为主的理念没有深入人心，没有促使现场管理人员与操作人员自觉控制浅点的形成。

如连云港庙岭二期港池调头区拓宽增深工程，该项目分成南、北两个半槽实施，其中南半槽由主张免扫浅理念的疏浚船舶和主要技术人员进行施工，施工仅15 d，整个南半槽就基本成型，平整度控制较好，而工程量与南半槽相近的北半槽由其它免扫浅观念薄弱的船舶采用常规施工方法施工，相同的施工时间在航道北半槽形成大片垄沟与浅点，见图1。

图1 连云港航道南半槽免扫浅理念的施工效果对比Fig.1 Construction effect contrast of the no-swept shallow concept in the southern half of the Lianyungang channel

因此疏浚施工管理、技术人员要转变观念，树立以预防为主的理念，做好事前控制，避免施工过程中垄沟的形成。

2.2 分层控制

航道疏浚施工根据工程需要一般采取分层施工[1]，对于耙吸挖泥船来说，主要采用耙头定深施工。有些施工船舶施工产生的垄沟，从表面上看也是严格执行了定深，但是由于耙吸挖泥船耙头深度指示系统不准确，控制挖深与实际挖深误差较大，致使定深施工未能真正执行分层的要求。随后，在清除垄沟的过程中必然会遗留下大量的欠挖部分（浅点）。针对这种情况，首先要确保耙头率定准确，然后根据不同的土质来分层定深，定深一般综合以下几种因素来确定合适的分层厚度。

1） 土质硬或黏土分层深度小，一般设定30 cm；土质松分层深度大，一般设定100 cm；

2） 根据布线密度：布线间隔大，分层定深小，布线间隔小，定深较大；

3）考虑挖泥船泥泵的泵吸能力。

2.3 施工布线

耙吸挖泥船航道开挖施工过程中，布线要做到全覆盖，如果布线未能全覆盖，特别是塑性指数与贯入击数高的土质[2]，更容易导致耙头在某一位置过多的挖掘而其它地方没有挖掘或少挖掘，从而产生了浅埂与垄沟。要做到布线科学合理，一般可以采取以下的方法：

1）松散的砂或淤泥取耙吸挖泥船耙头宽度的2~3倍；

2）中密砂或硬土取耙头宽度的1.5~2倍；

3） 密实的砂或粉质黏土取耙头宽度的1~1.5倍。

这样的布线间隔基本不会产生垄沟，如果与分层定深配合，可以达到免扫浅的效果。

2.4 人员操作因素

人员操作因素形成的浅点是指耙吸挖泥船疏浚设备操作人员没有操作到位。由于施工船舶航行施工过程中，大部分情况下会有风流压差，船舶受风流压的作用力，会向风流压的合力方向偏移，此时耙吸挖泥船水下的耙头一侧就会压向船底，另一侧耙头偏离船舷，根据耙吸挖泥船的操作规程，操作人员会立即收耙头绞车钢丝使得耙头垂直，然后再慢慢下放耙头接地。在这种情况之下，这样的操作也是造成浅点的主要原因之一，风流压角越大，操耙手的操作也越频繁，产生的浅点也越多，因为当钢丝垂直时就意味着耙头已经离地，造成阶段性的未过耙区域，形成欠挖区域。

依据多年的施工经验，要避免这种情况的发生，建议的操作方法是：收耙头绞车钢丝到接近垂直时停止，始终让耙头保持着地状态（在安全的前提下且定深还没到）。

2.5 土质差异

土质密度差异所形成的浅点，如日照市岚山港，它的土质构成是黏土夹石块，疏松的土质容易挖掘，密实的土质较难挖掘。遇到这种土质在施工初期就需要严格分层定深，这样产生的浅点或浅区借助疏浚监控平台的轨迹线变化[3]，再将之清除。施工的重点是对浅区的主动式浚挖要贯穿到施工全过程中，要等这一分层施工完成，测图基本通过后才能进行下一分层的定深施工，这样也能减少或消除工程后期低效率的扫浅施工阶段，保证施工工期的完成。

2.6 水下障碍物

水下障碍物形成的浅点，如山脚的延伸、浮筒沉石，沉船，水力部门的抛石护岸工程、航道部门修筑的丁坝等掉落的石块，浮冰夹带的抛石、航行船的遗弃物，等等。清除此类障碍物，除山脚延伸、暗礁等需用爆破或特制的设备清除外，在施工中碰到的其他障碍物都可以采用一定的工艺来清除，有时碰到此类障碍物时，下次测图显示的位置会变化，称其为移动浅点。对于大石块类的障碍物，如果尝试把它挖上来，不但施工效果不理想而且也会损坏施工设备，最简单的方法是：在障碍物的某一侧挖一条沟槽，深度超过障碍物的最大高度，然后从接近90°的方向把石块拉到沟槽内。

3 浅点清除方法

清除垄沟遗留下的浅点以及不同土质形成的浅点，施工时尽量从不同的角度上扫浅，更容易清除浅点。清除浅点时一定要控制好耙头深度。如果挖掘点太小（耙头定深过浅），则清除浅点效果不明显；如果挖掘点太大（耙头定深过大），则浅点挖不掉，见图2。

图2 定深扫浅示意图Fig.2 Sketch map of depth-control swept shallow

耙吸挖泥船在清除浅点的过程中还要控制好波浪补偿器的位置，如果没到达浅点时，波浪补偿器就抬升，此时当耙头到达浅点位置时，耙头就会沿着浅点的侧面滑过（因为耙头钢丝长度有富裕）。同时，对于配备主动耙头的施工船舶，还可以采取下压耙唇的方法来切削浅点，并且保持上浅点时的矢量线是向前。

施工人员判断扫上浅点的方法是：对于松散的砂或淤泥，现象为波浪补偿器不弹起或微弹起、浓度明显增加；对于硬砂或硬土，现象是波浪补偿器弹起明显，浓度有所增加。如果波浪补偿器反映的情况是不弹起或微弹起，并且浓度没变化，钢丝向里或向外飘，说明耙头深度放得太深，浅点没挖到，耙头从浅点的边上滑过。这种情况非常普遍，施工人员一般认为到了浅点位置耙头就该放深点，怕错过浅点，这是个误区。

4 免扫浅技术应用工程

营口港鲅鱼圈港区位于我国渤海辽东湾东部，其腹地广阔，地理位置优越，交通方便，自然条件良好，是我国沿海主枢纽港之一。公司所承接的营口港鲅鱼圈拓宽工程，多波束测量通过，且边坡也一次成型（图3），没有扫浅，工期提前了三分之一，开创了耙吸挖泥船平整度的新典范。

图3 营口工程浚前、浚后水深断面对比图Fig.3 Comparison of water-depth cross-section of Yingkou Project before and after dredging

5 结语

事后控制不如事中控制，事中控制不如事前预防。疏浚工程浅点的出现多数是由于疏浚施工过程中质量控制不佳所引起的，耙吸挖泥船扫浅是事后治标的过程。掌握了浅点形成的原因，耙吸船在施工初期和施工过程中采取针对性的控制措施，就能有效地减少或者消除浅点的形成。

[1] JTJ319—99，疏浚工程技术规范[S].JTJ319—99，Technical Codefor Dredging Works[S].

[2] JTJ320—96，疏浚岩土分类标准[S].JTJ320—96，Classification of Rocksand Soilstobe Dredged[S].

[3]耙吸疏浚检测平台v2.0用户手册[M].上海：中港疏浚有限公司，2009.User Guide v2.0 for trailing suction dredge testing platform[M].Shanghai：CHECDredging Co.，Ltd.，2009.