绞吸式挖泥船在航道疏浚施工中的应用及优化研究

周少仙

（江苏海艺船舶科技有限公司，江苏 镇江 212009）

绞吸式挖泥船在航道疏浚施工中的应用及优化研究

周少仙

（江苏海艺船舶科技有限公司，江苏 镇江 212009）

绞吸式挖泥船在航道疏浚施工中具有效率高、易操作、经济等优点，被广泛应用于河道疏浚和维护中，在提升航道通行能力、保障航道运输安全方面发挥了积极作用。本文在对绞吸式挖泥船航道疏浚相关理论概述基础上，从施工工艺、排泥管线布设、开挖模式等三方面提出了优化举措，并就提升疏浚施工质量进行了深入探讨，对研究绞吸式挖泥船在航道疏浚施工中的相关应用具有参考价值。

绞吸式挖泥船；航道疏浚；应用；优化

航道是国家重要的公益性交通基础设施。航道疏浚是开发航道、增加和维护航道尺度的主要手段之一。根据交通运输部发布的《全国航道管理与养护发展纲要（2016-2020年）》公布的数据显示：截至2015年，我国内河和沿海航道养护里程达10.8万公里，其中内河航道一、二类维护里程分别达2.38万公里和2.27万公里，航道管理养护水平逐步提高。计划在“十三五”期间，内河航道养护里程要达到10.4万公里，航道疏浚和维护面临着重要发展机遇期，做好航道疏浚工作对提升航道通行能力、保障航道运输安全具有积极的现实意义。

1 绞吸式挖泥船航道疏浚概述

近年来，随着交通运输事业的不断发展，与水上运输相关的机械设备普及并得到了广泛应用，挖泥船作为挖掘与清理淤泥、维护航道中不可缺少的设备，在保障航道通行能力方面发挥着重要作用。目前，挖泥船主要分为链斗式挖泥船（包括抓斗式、铲斗式）、吸扬式挖泥船（包括斗轮式、绞吸式）、耙吸式挖泥船等。其中，绞吸式挖泥船效率高、成本低等特点，目前是疏浚工程中应用较为广泛的一种船舶。

1.1 绞吸式挖泥船施工原理

绞吸式挖泥船采用钢桩定位，将一根落在挖槽中心线上的主定位桩作为船体的旋转中心，根据疏浚区域的作业标准和要求，依靠横移作用使绞刀采在挖槽宽度内作左右横向往返摆动，使绞刀分层切削开挖断面土层的一种施工方法。绞吸式挖泥船的工作特性是：属于静态作业，安装绞刀头/绞刀作为挖掘工具，泥土被切削之后吸入。绞吸式挖泥船能够一次性将挖泥、运泥和卸泥连续完成，效率高、成本低。目前，主要有自航式（如天鲸号）和非自航式两种。

1.2 绞吸式挖泥船施工工艺

绞吸船航道疏浚一般采用步进横挖法顺水进行疏浚施工，根据航道疏浚的范围，采用分层、分条、分段等不同的施工方式。要先以绞吸式挖泥船主桩作为步进桩，绞吸式挖泥船的副桩作为定位桩，将主桩设置在挖槽中心线上（采取分条施工），并将其作为横移摆动的中心，收放船艏绞刀架两侧的横移锚缆，疏浚中所产生的泥土通过排泥管道输送到制定的抛泥区内。首先是通过施工人员将绞吸式挖泥船拖至施工作业区预先设计的位置上，通过GPS定位，确定挖槽起点，待挖槽接受后做好排泥管线的接卡，再确定绞刀位置，并做好绞刀桥梁下放工作。严格控制挖泥船施工的迁移距离，一般在0.5米至1.5米范围之间。其中：①分层式施工，主要是针对挖槽内泥层较厚，一次性无法挖至预先设计线的情况下选择的疏浚工艺，在制定分层厚度时要注意船舶机具的安全性和坡比情况，科学论证施工方案，以满足现场施工要求。②分条式施工，主要是根据挖槽设计的宽度较宽的航道疏浚进行，主要是一槽难以挖至设计的挖槽宽度，此时需要选择分条式进行。分条工艺的选择主要是根据航道的自然条件来定，对于淤泥夹砂河段的疏浚，分条时充分考虑砂的密实度及粘性程度作适当的加宽或缩小。粘土类河段疏浚则根据软硬程度作适当加宽或缩小。③分段施工。航道疏浚时常常遇到挖槽弯曲或挖槽过长时为了达到疏浚目标，常需要进行分段设计，结合绞吸式挖泥船的航行回旋角度大小等因素设计曲度半径。

1.3 航道疏浚重点环节及控制

绞吸式挖泥船在航道疏浚中要重点把握好边锚抛设、排泥管线布设以及施工和通航的安全。其中，边锚抛设时，要在绞吸船作业时船艏两侧与中心线呈一定角度方向（一般是75°）抛2只边锚，锚位要在挖槽边线外一定距离，边锚通常是在绞吸船行进25m移动一次。为了提高边锚抛设效率，在抛设和移位时选择绞锚艇辅助完成。采用GPS定位，严禁将边锚抛入作业航道中，要在锚上设置警示标志，保障作业安全。排泥管线的布设，应根据作业区水流流速以及流向，并根据管线的长度等因素选择合适的移动路径，严禁管线占用航道。做好施工期间的通航和安全，采取顺流作业方式，沿设置的红浮连线在航道外作业，安排安全人员随时观察边锚及浮管，降低对航道的通行影响，要保证锚浮灯完好，根据水面船舶通行情况随时注意通行安全。

2 优化绞吸式挖泥船航道疏浚工艺

2.1 改进施工工艺

通过增加挖泥时间达到提升生产效率的目的。当绞吸式挖泥船小时产量稳定时，通过增加挖泥时间实现提升施工效率的预期目标。将挖泥船舱内泥泵和潜水泵组合起来，通过数据分析，确定最佳的组合方式。例如，将2台舱内泵+1台潜水泵的初始施工模式，在进行清水流量、挖泥时间利用率、月产量、每小时油耗等数据进行分析之后，确定了1台舱内泵+1台潜水泵的组合模式，降低施工成本，提供生产效率。

2.2 优化排泥管线布设

绞吸式挖泥船、吸泥船等在航道疏浚施工时通过排泥管线将挖掘出的泥浆输送到指定区域。因此，排泥管线的布设与生产效率之间存在着密切联系。优化排泥管线的布设应做到：管线布设宜短，在满足现场施工作业要求的基础上，通过施工现场工况条件的了解，设计排泥路线图，尽量减少管线布设的长度，缩短接卡距离，降低能源消耗。管线布设宜直，无论是水上还是陆上排泥管线的布设应尽量考虑直线布设，接卡走向时做好标志，控制方向，即便因环境因素必须弯曲布设时，应避免弯曲过大而导致憋管。管线布设宜低。吹填排泥管线布设地面高度以施工区设计高度为基准，宜低不宜高。

2.3 优化开挖模式

绞吸式挖泥船在施工过程中大多沿用传统式分层开挖模式（又叫小分层），小分层模式能都保障船舶作业时相对稳定，减少移船移锚时间，提高作业效率。但除了考虑时间利用效率外，还要根据现场施工土质特点合理选择大、小分层挖掘。例如，对于航道中的土质为上软下硬土质，以及对于淤泥和粘土类型的土质疏浚项目建议采取大分层开挖方式，比传统的小分层开挖施工方式更能提高生产效率。

3 提升绞吸式挖泥船航道疏浚质量措施

航道疏浚工程除了要求作业人员熟练掌握绞吸式挖泥船施工工艺外，还要综合做好航道疏浚的质量管理，提升施工工程质量，发挥绞吸式挖泥船在航道疏浚中的综合效益[2]。

3.1 合理选择挖泥船的开挖方向

挖泥方向的确定是疏浚工程顺利进行的重要保障。根据水流方向的差异，挖泥作业分为顺流施工和逆流施工。具体作业方向的选择时应充分考虑安全性和效率性。此外，要尽量避免航道淤积因素，实践表明，当河道水流流速＜0.5m3/s时，建议采用顺流施工方式，当河道水流流速＞0.5m3/s时建议采用逆流施工方式。

3.2 严格控制河道疏浚开挖深度

在具体施工作业过程中，疏浚作业人员要充分掌握河道水情变化，做好固定水尺与临时水尺设置工作，将其设置在合理的作业区域位置，便于疏浚作业人员及时识别读取，防止施工过车过程中发生碰撞事故。做好日常管理，对水尺进行定期检查，根据河道水位变化对绞刀下放的深度作出相应的调整。河道开挖的深度既要考虑实际设计开挖深度，也要根据河水流速和土质等考虑河道回淤，保证河道疏浚时开挖深度的科学性。

3.3 做好中心线、开挖边线施工放样

河道疏浚时，为保障施工作业的准确性，达到预期设计方案的要求，常常在施工断面的左岸和右岸分别设置控制桩和方向桩，在设置时要保证控制桩和方向桩与河床的中心保持等距离，布设后及时对其进行校核，确保两种桩布设的准确性。根据之前设计的位置和桩号设置断面，沿着河道开挖中心线垂直布设横断面的方向，在河道曲线处设置3个以上扇形断面，严格控制好间距。在河槽放样过程中要做好横断面标志、横向标志和纵向标志的设置，便于作业人员夜间安全施工，可采用灯标、浮标或标杆等醒目标志。

4 结语

绞吸式挖泥船在航道疏浚作业中有总体应用效率较高、费用较低、作业简便、用途广等特点，在目前航道疏浚作业中应用十分广泛。绞吸式挖泥船具有适应小而振荡的水流特性，当流量很小时（＜50m3/s以下），可以采用绞吸式挖泥船与船泵联合作业。调遣费用较高成为绞吸式挖泥船实际应用的制约因素之一，在中小型航道疏浚作业前，应做好陆上转移调遣方式做好跨区域作业。

[1]刘守金.绞吸船施工与管理[M]北京：中国水利水电出版社，2005

[2]王青.绞吸式挖泥船在航道疏浚施工中的应用研究[J]住宅与房地产，2016（10）：286-287

U615.35

A

1006—7973（2017）10-0047-02

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.10.020