中低滩深水海域围垦充泥管袋筑堤关键技术

苏　颖　（安徽水利开发股份有限公司，安徽　蚌埠　233300）

中低滩深水海域围垦充泥管袋筑堤关键技术

苏颖（安徽水利开发股份有限公司，安徽蚌埠233300）

沿海城市经济建设的快速发展，土地资源紧缺制约经济发展空间问题已日益严重，人类对海洋资源的开发与利用，已从陆地走向浅海，继而逐步迈向深海区，传统意义上的高滩围垦资源急剧减少。文章主要对中低滩深水海域围垦项目中充泥管袋筑堤施工技术加以论述。

围垦；中低滩；数值模拟；吸运吹一体化；筑堤

0　前言

进入21世纪，随着我国新一轮沿海开发战略的启动与实施，沿海地区城市化、工业化和人口集聚加快，进一步加大了对土地资源的需求。建国后全国主要河口海岸滩涂围垦总面积累计达22361.7km2，平均每年约350～400km2。长江口区域的上海市自2008年起对中央沙、青草沙、横沙东滩、南汇东滩以及崇明岛北缘的部分高滩区域实施了圈围，累计围涂约98.7km2。

传统意义上的高滩围垦主要是针对平均高潮位以上区域进行围垦，围垦区水动力弱、波浪强度小，施工技术相对简单。随着高滩资源的日益减少，沿海中低滩围垦已成为今后围垦发展重要方向。目前，国内中低滩围垦筑堤施工时多选择在低潮位时，采用人工方式铺设、充灌充泥管袋，或者利用小型船舶展开袋体充填，作业时间受涨落潮影响明显，施工效率低下，作业人员安全风险极大。因此，研发新型中低滩深海水域围垦筑堤施工技术，适应高风险、高附加值的围海造地势在必行。

1　中低滩水域水动力数值模拟研究

中低滩深水区径流、潮流动力条件复杂，泥沙活动性强，一般在工程选址和施工可行性研究设计阶段，均需要对工程实施前后的水流动力条件、河床冲淤变化开展论证研究，主要研究手段包括现场水文泥沙资料分析、物理模型试验和数学模型等。近年来随着计算机的高速发展，数值模拟技术因速度快、成本低等优点应用越来越广泛。

对于施工中经常遇到的围堤局部冲刷以及龙口合龙等关键问题，必须开展相应的数值模拟研究，以预测风险、排除隐患。随着海堤的推进，潮流受到构筑物的约束和控制，改变了水流的方向或流速的大小，原有的平衡状态被破坏，会引起局部范围的冲刷现象。因为构筑物周围都存在复杂的旋涡及环流系统，这种局部的水流结构是决定冲刷坑形态和大小的最重要因素之一，对数值模拟技术要求较高。安徽水利开发股份有限公司自2003年进入围海造地行业起，高度重视科技创新工作，为达到“强强联合，理论指导实践”的目的，与河海大学、合工大及南科院等国内知名水利科研机构开展产学研合作，共同开展中低滩复杂边界和动力条件的潮流泥沙数值模拟方法研究，引入超松弛系数改进了LU-SGS隐式有限体积法，提高了计算效率，基于抛物型的垂向流速分布关系实现了二、三维耦合求解；建立了复杂水动力条件环境下全河段二、三维数学模型，利用实测资料研究了水沙运移及滩槽演变规律及潮流泥沙变化规律，为指导长江口地区中低滩圈围工程施工方案的制定提供了理论依据和技术支撑。

2　“吸运吹”一体化吹灌筑堤施工

研发了铺袋船船载六通吹灌装置及其工艺（关键设备——“铺排船船载吹灌装置”获得实用新型专利授权，专利号：ZL201420308847.1；关键技术——“用铺排船船载吹灌装置充填充泥管袋的方法及吹灌装置”获得发明专利，专利号：201410257414.2），利用铺袋船做为作业和中转平台，采用六通吹灌装置控制充填速度、压力，实现了深水区“吸运吹”一体化吹灌筑坝快速施工。

2.1基本原理

利用吸砂船在指定采砂区进行采砂，通过砂泵直接将砂输送到运砂船上；运砂船到达施工现场后，逆水靠泊吹砂船，用缆绳连接稳定，按吹砂船泥浆泵—输泥总管—六通吹灌装置—输泥支管—充泥管袋的顺序连接，在吹灌装置分流出砂口设置闸阀，实现各充泥支管的启闭，调节充灌压力；利用高压水枪在驳船仓内造浆，启动泥浆泵开始袋体充灌施工；当充泥管袋充灌达到理论计算量时停止作业，即完成单个袋体施工。逐袋逐层进行充灌施工直至充泥管袋所形成的堤身到达设计断面要求。“吸运吹”一体化吹灌筑坝施工工艺流程如图1所示。

图1　“吸运吹”一体化吹灌筑坝施工工艺流程图

2.2材料来源

吸采砂直接利用长江内砂源，施工中常与航道整治、沙洲治理和清淤护滩相结合，起到一举两得的功效，生态环保，符合国家大力推进长江经济带建设政策的方向。

2.3工艺流程

2.3.1吸砂船采砂施工

利用吸砂船在指定采砂区进行采砂，采砂船单锚定位，运砂船靠泊吸沙船，用缆绳连接稳定后，吸沙船通过砂泵直接将砂输送到驳船上，开始采砂装运。

2.3.2砂料运输

砂料主要采用驳船进行运输，为了达到砂料迅速排水、单次运输量最大化的目的，驳船吃水保持驳船干舷15cm，运输驳船按照与海事等部门确定的航行线路通航行驶，并及时发布通航公告。

2.3.3吹砂船准备

采用专用吹砂船施工，施工前根据现场条件进行定位，由艏艉六根锚进行固定，船上配备机械化控制的泥浆泵、高压水枪，由专业人员进行操控。

2.3.4管线连接和布置

吹砂船靠铺袋船停泊，吹砂船上的泥浆泵连接输砂总管，输砂总管连接六通吹灌装置，从吹灌装置分流的输砂支管与充泥管袋的进浆口连接。为了输砂软管的平面布局合理、易于实施和经济安全，管线布置综合考虑船舶的总扬程、地形地貌、排距、吹填高程、水位和潮汐变化等条件。

充泥管袋吹灌主要设备为吹砂船、输砂管线、六通吹灌装置、浮筒。六通吹灌阀示意图如图2所示，六通吹灌装置进行堤坝袋体、围区吹填施工平面图如图3所示，剖面图如图4所示。

图2　六通吹灌阀示意图

图3　六通吹灌装置充填袋体示意图

图4　六通吹灌装置充填堤坝袋体施工剖面图

2.3.5吹灌施工

①管线连接检查完毕后进行充水实验，保证管线无破损、连接处不漏浆；打开六通闸阀，吹砂船利用高压水枪进行造浆，开始充填施工，通过闸阀启闭对软管出泥口的流量及压力进行调控。

②水下袋体施工过程中，应严格控制加载速率，给予袋体足够的沉降固结时间。运砂船靠驳铺排船造浆。

③待水下堤身填筑完毕，不能满足铺袋船吃水深度要求后，将吹灌装置从铺袋船转移至已露出的堤身处、低潮时采用人工展铺袋体，继续逐袋逐层进行充泥管袋吹灌施工，直至充泥管袋所形成的海（江）堤堤身到达设计断面要求。

3　龙口合龙

龙口合龙是围垦项目施工的核心环节。围堤龙口处水流压缩，流速急剧增加，涨退潮时流速一般可达到或者超过5.0m/s；工程实施前，进行龙口模型试验研究，研究各种工况下的水流及滩槽变化，提出龙口封堵工程措施，为龙口合龙提供理论依据。作业期间，利用铺袋船对龙口区域铺设软体排进行护底，降低过槽水流对滩面的冲刷，使其处于稳定状态；围区外侧设置抛石棱体进行阻水，将潮流速降低至约3.5m/s；在泥库备砂及龙口两侧堤身达到设计要求后，开始启动龙口合龙；采用“吸运吹”工艺、平立堵相结合的方式将龙口或窜沟的底高程逐步抬升至平均滩面高程，而后利用一个小潮汛将堤身迅速断水并抬高到大潮汛平均高潮位之上。

4　结语

随着国家大力推进海洋经济战略，科学合理地对中低滩资源进行围垦开发利用，行业前景十分广阔。近年来，在“一带一路”宏伟构想的部署下，我国南海及东南亚沿海国家的岛屿开发力度逐步加大，陆续进入促淤、圈围状态，采用充泥管袋筑堤施工是已成为当前主流技术，研发并掌握中低滩深水海域围垦关键技术，可为国有资产保值增值和支撑省属企业“走出去”打下坚实的基础。

S277.4

B

1007-7359（2016）04-0082-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.031

苏颖（1978-），男，安徽蚌埠人，合肥工业大学在职研究生，高级工程师，国家注册一级建造师，国家注册安全工程师，国家注册造价工程师。