大型耙吸挖泥船在虹喷吹填中的施工质量控制

宋海展，闫继红，武福亮

（中交广州航道局有限公司，广东 广州 510221）

1 工程概况

斯里兰卡科伦坡港口城发展项目位于斯里兰卡西南沿海凯拉尼河口南岸，濒临印度洋北侧，项目东西向长度约2 km，南北向约2.1 km，整体面积约4.2 km2，项目自然水深从陆域向海侧渐变至水深-21 m，项目平面布置见图1[1-2]。

1.1 设计工程量

科伦坡港口城发展项目需回填形成满足总包合同不少于268万m2的陆域至设计标高，吹填交工标高+4.2～+7.4 m不等，考虑到部分区域需要进行地基处理[3]，吹填标高预留沉降0.7 m，吹填工程量约7 100万m3。

图1 科伦坡港口城发展项目平面布置图Fig.1 General layout of Colombo Port City development project

1.2 水文条件

科伦坡港口城发展项目所处海域属于不规则半日潮，日潮不等现象明显，海域潮差较小，潮流流速相对较弱，受风的影响较明显。海域风浪常年存在，受风向变化影响，风浪浪向变化较大，季风影响期，会伴随大浪。

1.3 地质条件

取砂区共布置钻孔63个，按照JTJ/T 320—1996《疏浚岩土分类标准》[4]中给出的岩土分类标准，根据钻孔资料和土样检测指标显示，取砂区的土质为粗砂，灰黄色，中等密实度，级配良好，局部含有少量砾砂、黏土块及贝壳碎片。

2 虹喷工艺

2.1 原理

耙吸挖泥船虹喷工艺原理是在耙吸挖泥船完成取砂后重载航行至指定水域就位，先将船舱内的海砂用高压冲水稀释至一定的浓度后，通过自身的泥泵将舱内稀释混合物吸出，经排泥管路到达船艏的虹喷口，虹喷岸排至指定区域成陆。耙吸挖泥船可根据造陆需要通过调整船舶姿态、虹喷口径、流速和浓度以达到调整落点位置、虹喷距离和陆域堆积高度等目的[5-8]。

2.2 难点

虹喷工艺受施工区风浪、吹填土质等因素影响，吹填高程控制难度大，虹喷成陆标高误差最大可达3 m，倘若遇风浪较大的情况，已成陆区域会被淘刷形成缓坡，已成陆与新成陆交叉区域很容易形成凹谷。因而在虹喷施工管理中需要更加精细化、流程化，通过虹喷实验充分了解一定砂质、吹距等条件下的虹喷成陆实际情况，及时调整改进成陆方案，减少不必要的反挖或管吹量，从而使虹喷施工快速、有序、高效地进行。

3 成陆实验分析

科伦坡港口城发展项目陆域形成对中粗砂需求工程量大，回填砂质要求高，取砂区距离陆域形成区域远。承包商结合以往施工经验，先后投入4艘大型耙吸挖泥船，采用直抛、虹喷、接管艏吹等工艺完成该项目的陆域回填施工。其中，采用虹喷工艺的工程量最大，占到总工程量的一半以上，本文重点探讨大型耙吸挖泥船虹喷工艺的施工质量控制。

3.1 虹喷施工难点

科伦坡港口城发展项目吹填设计标高+4.2～+7.4 m不等，设计高程按各功能区域划分为约200个区，区域整体成型高低不一。项目在实施过程中陆域吹填与防波堤施工同时进行，采用大型耙吸挖泥船虹喷工艺进行大面积吹填施工时，吹填高程接近船舶设备的极限吹填高程，吹填高度控制难度大，再加上中粗砂的流动性差，施工误差最大可达3 m；遇到风浪较大的情况，已成陆区域岸线会被淘刷形成缓坡，已成陆与新成陆交叉区域很容易形成凹谷。

在进行陆域整平施工过程中，整平区域超、欠的情况时有发生，导致后续机械推填、转运的时间增多，影响项目的施工进度和质量，并可能产生欠填量较大而引起不必要的接管艏吹量。若能有效的提高虹喷施工质量，将会大大地减少后续的整平机械设备和人员投入，对项目成本控制和施工进度至关重要。

3.2 虹喷成陆实验分析

科伦坡港口城发展项目吹填区设计标高由+4.2 m变化至+7.4 m，陆域标高变化大，整平每1 km2范围允许误差为-0.05～+0.20 m。通过大型耙吸船虹喷工艺进行陆域吹填，虹喷施工质量控制难度较大，回填标高超高会加大后期整平机械设备推填量，标高不足需补量回填。

鉴于船舶虹喷施工质量对项目成本和施工进度的影响，必须对大型耙吸挖泥船虹喷施工成陆特征进行研究，以量化大型耙吸挖泥船虹喷施工成陆规律，满足陆域吹填对虹喷施工质量的要求，并为后续大型耙吸船虹喷施工提供真实有效的基本参考依据。

虹喷施工作业前，在陆域高程稍低处选定虹喷施工区域，船舶驾驶员精确操作施工船舶虹喷至该区域，并记录此时船舶球鼻艏位置坐标；虹喷施工作业完成后，安排测量人员使用RTK-GPS及时对虹喷施工区域进行地形测量。通过对虹喷施工后的地形测量数据进行分析，测算出船舶虹喷工艺的虹喷距离、扩散范围以及堆积高度等基本参数。虹喷成陆特征三维效果图见图2。

图2 虹喷成陆特征三维效果图Fig.2 The 3D diagram of siphon spraying landforming characteristics

按照JTJ 319—1999《疏浚工程技术规范》[5]中给出的各类吹填土在施工中呈现的坡度参照表，中粗砂在虹喷施工中呈现的坡度为1∶10左右。

通过对虹喷施工成陆特征的研究，本项目投入的大型耙吸挖泥船虹喷距离约为80 m，虹喷加高半径约为15 m，虹喷影响范围半径约为30 m，虹喷成陆岸线呈现的坡度约为1∶10。虹喷成陆示意图见图3。

图3 虹喷成陆示意图Fig.3 The landformation diagram of siphon spraying construction

4 虹喷施工质量控制

虹喷施工质量控制是项目成本节约的关键，关系到项目是否能够按施工进度计划要求完工。大型耙吸挖泥船舱容大、机动性差，虹喷施工质量控制难度大，承包商使用大型耙吸挖泥船虹喷工艺成功完成了科伦坡港口城发展项目的吹填造地施工，该项目虹喷施工质量控制采取的具体技术措施如下。

4.1 虹喷网格精细化

根据施工船舶的性能、虹喷成陆特征、吹填区水深、成陆顺序以及单航次虹喷工程量等信息，划分虹喷区施工网格，精确虹喷施工位置，便于船岸沟通，实现船岸一体化管理，大型“耙吸挖泥船A”在科伦坡港口城发展项目虹喷中粗砂的施工网格设定为30 m×60 m一格。

虹喷施工前，对计划施工区域进行陆域、水上全覆盖测量，根据水深数据及设计标高核算需补砂量，并根据需补砂量分布情况划分虹喷网格，同时对每个网格进行编号，补充需虹喷施工舱数等信息；将虹吹网格导入施工船舶三维疏浚轨迹跟踪和记录系统（DTPS），按照网格提供的信息进行虹喷施工；在虹喷施工过程中，通过调整船舶姿态和位置实现吹填区的标高和陆域大致平整；定期对虹喷区成陆情况进行监测，及时更新虹喷施工网格给船舶，减少后期不必要的推填施工，从而使虹喷施工快速、有序、高效地进行。

4.2 虹喷成陆可视化

结合施工船舶虹喷网格、落点以及设计标高等情况，在虹喷区安放虹喷施工参照标高旗。在陆域推进过程中，随着虹喷成陆面积的不断扩大，吹填区内陆域设计标高变化增大，虹喷施工标高控制难度加大。虹喷施工过程中，船舶驾驶员参照虹喷区安放的标高旗，通过进车、倒车、侧推等方式调整虹喷落点，使得虹喷后的堆积效果接近设计标高和平整度。对于流动性相对较大的中细砂，通常在陆地采用筑挡流坝、开挖导流沟、插放测量标杆的措施，并结合通过船艏前移后退及左右摆动控制虹喷落点，将吹上来的泥沙保留在岸侧以加快陆域成型速度和提高成型效果。

4.3 陆域整平合理化

中粗砂流动性差，因此吹填区需要采取初平和后整平相结合的整平方案。陆域整平的整体次序为：吹填岸线高处削量至低凹处存砂，方量平衡后进行精确平整。施工程序：沿岸放标定高→挖土削坡凹谷存砂→标定整平范围→机械整平→复测移交。设备选用考虑挖填运土方量，作业面、面积及运距，土质及场地情况，工程成本、工期安排、施工质量等选用推土机及挖掘机。具体实施过程如下：

虹喷施工完成，陆域达到初平标高后，对已成陆域按照100 m×50 m分区进行网格划分。通过对已成陆域方量平衡计算，对网格内挖方、填方进行规划，利用推土机进行场地后整平，采用测量、放标杆的方法，使得陆域标高及平整度符合合同和设计规范要求，具备验收移交条件。虹喷施工与陆域整平图见图4。

图4 虹喷施工与陆域整平Fig.4 Siphon spraying construction and land leveling

4.4 虹喷施工控制流程化

本工程虹喷工程量较大，占到总工程量的一半以上，为提高施工效率，节省施工成本，具体制定了“虹吹施工控制流程化”施工控制方案。在施工前，根据合同技术要求、吹填区水深、气候条件、风浪情况、设备性能和成陆顺序制定船舶施工计划，明确虹喷施工区域；对要进行虹喷施工的区域进行水上和陆上全覆盖测量，安排相关人员分析数据后制定虹喷网格，并在现场虹喷区域安放设计标高旗，供施工船舶参考；施工船舶详细了解施工计划并接收安装虹喷网格，按照网格提供的信息以及现场参照标高旗情况进行虹喷施工，严格控制虹喷标高和平整度；船舶虹喷完成，陆域达到初平标高后，及时安排现场机械对虹喷区域进行整平施工，达到验收交地标准。虹喷施工控制流程图见图5。

图5 虹喷施工控制流程图Fig.5 Theflowchartofsiphonsprayingconstructioncontrol

5 结语

综上所述，承包商采取一系列技术措施，使得大型耙吸挖泥船虹喷施工质量控制部门间的责任归属更加明确，船舶施工有章可循，环环相扣；以砂量定区，以标高定点，吹填成陆砂量超、欠情况减少；明确每船虹喷落点，船舶就位速度提升，提高了船舶施工效率；精确控制单位面积内的砂量分布，减少陆域推填量，降低了项目施工成本。

采用大型耙吸挖泥船进行大面积虹喷施工时，克服标高不易控制的困难，虹喷一次成型大大加快陆域成型速度，减少陆域机械整平时间，对项目成本和进度控制至关重要。