浅水海域绞吸挖泥船抛吹联合施工技术

王杰，王雪辉

（中交上航（福建）交通建设工程有限公司，福建 厦门 361028）

0 引言

绞吸挖泥船作为航道疏浚和吹填造陆的重要的船舶设备之一，应用非常广泛。绞吸挖泥船联合供砂船能够将挖、运、吹一次性完成，实现连续不间断施工，具有高效率、低成本的特点。在施工中，如何针对工程特点，进行精细化施工管理，是实现绞吸船高效低成本施工的重要因素。

目前，与绞吸挖泥船施工技术相关的研究已经取得了较多成果，主要分为以下几个方面：

在绞吸工艺管理方面，方晓敏[1]针对厦门莲河工程特点，确定了施工工艺流程。刘昊[2]等针对曹妃甸煤码头疏浚工程，通过分析工艺参数开展施工优化。刘恩伟[3]通过优化施工参数，加快了马来西亚碧桂园疏浚工程施工进度，节约了施工成本。

在特殊土质疏浚方面，张亚楠[4]等、戴剑波[5]等针对连云港30万吨级航道一期工程为例，分别开展了绞吸挖掘方式和输送理论研究、黏土夹钙混合土质输送技术。

在绞吸船与其他船舶联合施工和远距离输送方面，刘心胜[6]等采用绞吸挖泥船和接力泵船串联施工技术，增加了输送距离，提高了施工效率。

虽然当前已开展了很多绞吸施工技术应用的研究，但是对绞吸与其他船舶联合施工方面的研究较少。由于国家对疏浚环保的要求，砂源情况的变化等原因，采用外海取、运，近海抛、吹的联合施工越来越多。在施工时，需要根据具体施工流程，合理安排绞吸船和抛砂船，在保证时间利用率的前提下，提高抛砂、吹填施工匹配，对施工技术与控制要求高。

本文针对古雷增填沙工程抛吹联合、吹填强度高、以及在浅水海域原滩面直接抛砂等特点，通过供砂与疏浚参数的动态控制、绞吸挖泥船和自卸砂船的网格化布置等施工技术创新，保证了抛砂、吹填施工效率与时间利用率，实现了工程效益最大化，可为今后类似工程提供一定的参考。

1 工程概况

福建漳州古雷炼化一体化项目百万吨级乙烯及下游深加工装置主厂区场地增填沙工程（简称为古雷增填沙工程）总面积508.08万m2，填砂总工程量1 078.52万m3。由于现场条件的限制、施工情况的变更以及业主对工期的要求，在工程的实施过程中，主要存在以下特点：

1）工程所需填砂主要由外海取砂，需要采用自卸砂船在抛砂区抛砂、绞吸船吹填上岸的抛吹联合施工技术。

2）项目由原设计开挖储砂坑后抛砂变更为在储砂坑南侧水海域原始滩面设置抛砂区，底高程-4.5～-7.5 m，平均水深约5.8 m，施工面临浅水无储沙坑抛吹施工的技术挑战。

3）工期进度紧，施工强度高。在4个月工期内，需完成1 078.52万m3的吹填，单月最高施工强度达350万m3，对抛砂-吹填的衔接等方面提出了极高的要求。

2 抛吹联合施工工艺设计

2.1 抛填砂土质分析

根据GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》对古雷吹填砂的粒径、表观密度、贝壳含量、含泥量进行检测。抛填砂的表观密度为2.65 g/cm3，贝壳含量约9.5%，含泥量约0.5%，d50为0.59 mm。根据JTJ/T 320—1996《疏浚岩土分类标准》，工程土质为中粗砂。

2.2 施工船舶配置

根据土质分析结果，开展3 500 m3/h绞吸船现场试挖测试及分析，结果见表1。

表1 绞吸挖泥船试挖测试Table 1 Test of cutter suction dredger

本工程吹填量约270万m3/月，根据工期要求、供砂强度、疏浚土质、施工效率等因素，确定在抛砂区布置新海豚2轮、新海鳄轮、新海鲛轮3艘3 500 m3/h绞吸船，并配置自卸砂船联合施工。

2.3 绞吸挖泥船分区布置

根据绞吸船的挖宽、排距等施工参数，将抛砂区划分为如图1所示的3个施工区C1～C3，各区间设置2个缓冲区D1、D2。新海豚2轮布置在北侧C1；新海鲛轮布置在C2，与C1间的缓冲区D1宽度100 m；新海鳄轮布置在C3，与C2间的缓冲区D2宽度200 m（新海鳄轮为三缆定位）。设置缓冲区使各绞吸船施工不相互影响，保证施工效率。

图1 阶段一抛砂区域示意图Fig.1 Diagram of sand throwing area at stage 1

2.4 自卸砂船与绞吸挖泥船施工距离的确定

为保障施工安全，根据试抛后的水深测量结果，抛填砂主要堆积在抛点为圆心，半径约50 m的圆形区域内。因此将自卸砂船和绞吸船的施工距离设置为50 m。保证绞刀下放后从砂堆边缘开挖，避免绞刀后方砂堆造成绞吸船搁浅。

2.5 联合施工流程

根据抛砂区实际条件，绞吸挖泥船和自卸砂船联合施工流程分为三阶段：

1）阶段一

如图1所示，绞吸船进点前，自卸砂船开始抛一定量的砂（5 d吹砂量）确保连续施工。抛宽120 m，当砂堆底边线到达储砂坑西侧边线时，本阶段抛砂完成，进入下一阶段抛砂施工。

2）阶段二

由于D1缓冲区宽度仅100 m，且受新海豚2轮和新海鲛轮横移锚影响，自卸砂船进入抛砂无法保证施工安全，因此在新海豚2轮船尾、吹填管线北侧设置临时抛砂点（如图2），抛砂约8万m3。待新海豚2轮C1区域施工完成后，移船至临时抛砂点施工，然后组织船舶进行新海豚2轮南侧缓冲区抛砂，临时抛砂点施工完成后新海豚2轮移船至缓冲区抛砂点施工。

图2 阶段二抛砂区域示意图Fig.2 Diagram of sand throwing area at stage 2

新海鲛轮和新海鳄轮第二阶段抛砂点在其南侧缓冲区约120 m宽度内，待原C2、C3区施工完成后，移船至缓冲区抛砂点施工。

3）阶段三

第三阶段抛砂与第一阶段抛砂区域一样，绞吸船位于第二阶段抛砂区域内施工，自卸砂船抛砂和绞吸船施工相互配合，各抛砂区循环利用。

3 绞吸挖泥船施工

3.1 绞吸挖泥船布置

工程抛砂区水深较浅，且存在-2.5 m的浅点，绞吸船进点施工存在搁浅风险，严重影响施工安全与效率。针对这一问题，施工前进行详细的水深测量，在浅点位置设置浮标，并将水深图下发至绞吸船，进行详细的技术交底，确保施工安全。

根据施工富余水深要求，将绞吸船安排在水深-5.0 m位置，保证安全的同时使绞吸船初始施工位置尽量靠近东侧，绞吸船自东向西施工，实现自卸砂船抛砂范围最大化。

3.2 绞吸船施工流程

1）储砂坑水深较浅，底部为淤泥质原滩面，在抛砂过程中，淤泥受到挤压隆起，在砂堆周围形成淤泥包，增加自卸砂船进出难度和船舶搁浅风险。

针对该现象，高频率定期测量水深（如图3），并将浅点标记后反馈给绞吸船及现场调度人员，安排绞吸船通过增加挖宽，改变开挖方向等措施扫除浅点，为后续抛砂扫清障碍。

图3 抛砂区水深及船位布置图Fig.3 Water depth and ship location layout of sand throwing area

由于抛砂挤压，储砂坑淤泥面降低，绞吸船扫除浅点后储砂坑水深增加，后续抛砂时间利用率和砂量显著提高，由日均抛砂8 h增加到24 h，有效保证了绞吸船施工。

2）抛砂形成的临时储砂堆高度较高，绞吸船施工时砂堆容易坍塌，造成绞吸船焖车甚至搁浅，并造成吹砂浓度忽高忽低，影响施工效率。

在控制自卸砂船抛砂姿态的同时，定期测量砂堆，绞吸船根据测量数据进行合理分层及前移速度的控制，避免焖车等现象，提高施工效率。

4 自卸砂船施工

4.1 自卸砂船船型参数与供砂强度

由于水深较浅，且抛砂区南侧浅点较多，自卸砂船需要乘潮施工。施工中根据水深情况、抛砂位置动态组织不同吃水深度的自卸砂船进场：

1）施工初期3 500～5 000 m3自卸砂船5艘，7 000～8 000 m37艘，10 000 m31艘，日均抛砂时间约7 h，日均抛砂量约9万m3；

2）施工后期调整为2 000～3 000 m3自卸砂船7 艘，3 500～5 000 m3船 3 艘，7 000～8 000 m3船7艘，10 000 m3船1艘，日均抛砂时间增加至约8 h，日均抛砂量增加至约14万m3。

施工中根据水深变化，动态调整自卸砂船船型，充分利用潮水及施工区域水深，合理组织不同吃水船舶运砂，以大船主抛、小船补抛；浅水小船抛、深水大船抛；低潮小船抛、高潮大船抛为原则，施工效率与抛砂量显著提高。

4.2 联合施工中的连续性施工管理

1）设置储备砂

自卸砂船受水域环境影响较大，不能保证连续供砂。为保证施工连续性，合理安排取砂及抛砂，根据天气情况增加自卸砂船数量，增加储砂富余量，保证绞吸船不会因为无砂可用而停工。

2）抛砂管理

加强现场自卸砂船管控，严禁漏抛、乱抛造成施工区浅点，进而影响后续自卸砂船进出抛砂。

3）充分利用缓冲区

缓冲区既作为绞吸船横移锚抛锚区域，又作为绞吸船施工安全缓冲区，更是下一阶段抛砂作业面，实现储砂坑循环利用，保证施工的连续性。

4.3 自卸砂船网格化抛砂技术

为提高在狭窄抛砂水域的施工效率和安全，创新的提出了网格化抛砂施工技术。如图4所示，将施工区域划分为100 m×120 m的方格网，抛砂时依次抛满方格，既能更好的指挥自卸砂船抛砂，又能保证砂堆形状规则，提高绞吸船施工效率。

图4 抛砂区网格化管理分区图Fig.4 Grid management partition map of sand throwing area

调度中心前移现场指挥自卸砂船进点，进点后将指挥权交给相应的绞吸船，绞吸船指挥自卸砂船调整船位，控制抛砂位置及高度，调度中心与绞吸船配合完成对自卸砂船的指挥工作。

施工中定期进行砂堆及水深的测量，根据测量数据及时调整抛砂位置及高度；同时将测量数据反馈给绞吸船及自卸砂船。

4.4 自卸砂船安全管理

由于抛砂区水域狭窄，并存在浅点，因此对联合施工的安全管理提出了非常高的要求，针对这些情况，制定了以下安全管理措施：

1）设置准入制

施工前对自卸砂船进行详细的检查，对船员进行交底教育考核，船况良好、服从指挥、操控技术过硬、考核通过的船舶准许进场施工。同时在施工过程中邀请海事局专家对船员进行培训，提高船员职业技能，施工中对船舶进行不定期检查及日常观察复核，对不服从命令、不听从指挥的船舶坚决予以清退。充分保证船舶队伍的可靠性，将安全风险降到最低。

2）设置双中心管理机制

分别设置岸上和水上调度中心，双调度中心分工合作。岸上调度中心负责项目部与船舶的联系、船舶动态记录等日常事宜；水上调度中心负责现场施工，与自卸砂船和绞吸船保持24 h高频畅通，实时实地关注现场施工动态，根据潮位、自卸砂船吃水深度和各绞吸船储砂情况安排自卸砂船进点，保证施工安全的前提下实现精准抛砂。

3）实行航行报告制度

自卸砂船航行到六号灯浮（进出2次）、进点抛砂、抛砂结束共4次报告；航行过程中实时监控船舶动态，对未报告及未开启AIS的船舶按制度进行处罚。通过手机联系群实时传达重要气象信息、安全注意事项、重大交通情况等，信息化管理，保障船舶施工安全。

4）根据水域气象条件动态控制施工进度

现场调度及绞吸船密切关注现场天气及抛砂过程中自卸砂船姿态，保证自卸砂船和绞吸船间的安全距离，遇到突发情况及时联系自卸砂船进行调整甚至停止抛砂退出储砂坑。

5 结论与建议

本文针对福建古雷增填沙工程抛吹联合、施工强度高、浅水海域原滩面直接抛吹施工等特点，在施工中，通过供砂与疏浚参数的动态控制、绞吸挖泥船和自卸砂船的网格化管理等创新施工技术，保障了工程的顺利实施，得到了如下结论：

1）通过合理布置绞吸船船位，合理安排不同吃水深度的自卸砂船抛砂，制定相应的管控措施；

2）根据工期要求、砂质条件、抛砂区水深情况，及试挖情况确定绞吸船和自卸砂船的数量，合理布置各施工船舶，提出三阶段的施工流程；

3）施工中对抛砂区水深和储砂高度动态测量，减小了浅点和塌方对施工安全和效率的影响；

4）在抛砂施工中，合理配置自卸砂船，在控制堆砂高度的基础上合理倍砂，保证充足的供砂量和施工效率；创新的提出了网格化抛砂施工技术，将绞吸船施工区域划分为100 m×120 m的格网并编号，抛砂时依次抛满各方格，提高了在狭窄抛砂水域的施工效率和安全；

5）施工中依然存在自卸砂船管理不规范、缺少定位设备、砂方测量精度不高等问题，建议在今后的施工中加强教育考核机制，采用三维激光测量等新技术复核仓容量，并安装设备定期更新砂船水深数据，保证航行安全和抛砂精准度。