储泥坑在航道疏浚土吹填中的创新与应用

蔡辉，郭冬冬，黄小鹏

（1.连云港港30万吨级航道建设指挥部，江苏 连云港 222000；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

0 引言

在港口航道工程建设中，疏浚土一般被优先作为陆域形成的吹填料吹填上陆，既满足陆域形成的需要，又能减少对海洋环境的不利影响，综合效益显著。常用的疏浚土吹填工艺包括绞吸船直接吹填工艺、耙吸船挖运艏吹工艺、耙吸船挖运抛+绞吸船吹填工艺（以下简称“抛吹工艺”）等[1]，具体吹填工艺根据工程条件、环境要求和拟选疏浚设备进行选择。

当疏浚区与吹填区距离较远时，抛吹工艺的经济优势显著。该工艺流程为耙吸船在疏浚区挖泥装舱，重载航行至吹填区附近的储泥坑抛泥，绞吸船将储泥坑内疏浚土吹填至吹填区。其中，储泥坑作为疏浚土临时抛卸和吹填的中转站，在整个吹填过程中起到至关重要的作用，其设置合理与否直接关系到抛吹工艺的实施及效果，从而影响整个吹填项目的进程及工程投资。

抛吹工艺所需要的储泥坑通常布置在邻近吹填区或纳泥区的滩地水域，需要办理用海许可手续。但随着海洋环保政策对此类用海日趋严格，报批周期存在很大的不确定性[2]。为适应连云港港30万吨级航道二期工程建设需要，对储泥坑的设置开展了创新研究，成果得到成功应用。

1 工程概况

连云港港30万吨级航道二期工程是在一期航道的基础上进一步增深、拓宽并延长，由外航道内段、外航道外段和徐圩航道组成[3]。其中徐圩航道由原10万吨级扩建至30万吨级规模，全长17.6 km，通航宽度350～380 m，设计底高程-21.8～-22.0 m（当地理论最低潮面），其中约4 000万m3需吹填至徐圩陆上纳泥区（第1年），约2 500万m3需吹填至集装箱泊位围堤吹填区（第2年），疏浚总工期2 a[4]。徐圩航道疏浚区及吹填区分布见图1。

图1 平面布置图Fig.1 Layout plan

其中，徐圩陆上纳泥区距航道疏浚区超过10 km，超出绞吸船正常排距范围，无法采用绞吸船直接绞吸的吹填工艺。而耙吸船挖运艏吹工艺则需考虑艏吹吹距问题，艏吹站至陆上纳泥区平均吹填达6 km，远超耙吸船正常2～3 km的艏吹吹距范围。因此，4 000万m3疏浚土只能采用抛吹工艺吹填到陆上纳泥区。

2 储泥坑选址与布置

2.1 储泥坑选址

抛吹工艺所需要的储泥坑通常布置在邻近纳泥区的滩地水域，需要办理用海许可手续。由于此类用海报批周期存在很大的不确定性，课题组充分调研徐圩港区相关围堤吹填区用海许可手续办理情况、建设进展及建设计划，创新性地提出将储泥坑布置在已取得用海许可、同步建设的徐圩港区集装箱泊位围堤吹填区内，利用围堤合龙前的时间窗口，进行疏浚土到徐圩陆上纳泥区的抛吹作业，这样无需办理储泥坑用海许可，又能满足抛吹作业需要。

2.2 建设条件分析及措施

在吹填区内布置储泥坑，吹填区除需获得用海许可外，还需预留合龙口，为耙吸船进出储泥坑提供航行通道。

集装箱泊位围堤吹填区位于徐圩港区端部[5]，面积为3.3 km2，正堤长约2.5 km，距离陆上纳泥区直线距离3 km。已经获得用海许可。围堤正在建设。经多方协调，在吹填陆上纳泥区完工之前，维持龙口约400 m的宽度不合龙。因此，在集装箱泊位区内设置储泥坑实施抛吹作业具备建设条件。

2.3 安全影响分析及措施

2.3.1 开挖储泥坑对围堤稳定的影响及措施

在吹填区内开挖储泥坑需考虑开挖后地形对围堤稳定的影响。通过围堤整体稳定计算结果分析[6]，储泥坑开挖坡顶线距离堤顶前沿线控制在200 m以外时，稳定安全系数基本超过1.5，远大于规范1.15的安全系数要求。因此，储泥坑开挖坡顶线与围堤堤顶前沿线的安全距离按不小于200 m控制。

2.3.2 正堤爆破挤淤对抛吹作业船舶的影响及措施

集装箱泊位围堤吹填区的正堤结构形式为爆破挤淤堤，爆破作业所产生的水中冲击波及爆破个别飞散物对储泥坑内抛吹作业的施工船舶及人员存在安全隐患。根据JTS 204—2008《水运工程爆破技术规范》[7]，裸露爆破水中冲击波对铁质施工船舶安全距离为100～250 m；爆破个别飞散物水深1.5～6.0 m的水下裸露爆破对人员的最小安全距离100～400 m，鉴于本工程实施爆破一般选择高潮位，水深基本超过6.0 m，因此，爆破飞散物的最小安全距离应不小于100 m。综上，正堤爆破挤淤与抛吹作业船舶及人员的安全距离按不小于250 m控制。

2.4 储泥坑平面布置

本次储泥坑在集装箱泊位围堤吹填区内布置，在有限的水域空间内布置储泥坑，要求：1）创造较好的抛吹作业条件，维持较高的施工强度，满足工期要求；2）减少吹填区内原状土损失，避免增加后续吹填造陆成本；3）控制与围堤的安全距离，满足施工安全要求。

2.4.1 满足工期要求

根据徐圩陆上纳泥区吹填计划，需将4 000万m3疏浚土在1 a内完成吹填，施工强度要求达350万m3/月。根据大型绞吸船月施工效率测算，共需布置4组储泥坑，满足4艘大型绞吸船同时吹填作业。

2.4.2 储泥坑尺寸尽可能小

吹填区内储泥坑需通过疏浚开挖满足抛吹作业条件，由于吹填区后续仍需吹填成陆，储泥坑开挖造成吹填区内泥土损失，增加后续吹填量及吹填成本。因此，吹填区内设置储泥坑尺寸应尽可能小。根据现行规范[8]，单组储泥坑宜由2个相邻的尺度相同的矩形储泥坑组成，水域条件受限制时，可设1个储泥坑。本工程按水域条件受限制进行设计，1个储泥坑为一组，每组储泥坑平面尺寸为612 m×377 m，设计底高程-12.0 m，设计边坡1∶5。

2.4.3 临时通道合理布置

临时通道是耙吸船自疏浚区进入储泥坑的唯一通道。从抛吹作业强度看，高峰期耙吸船投入数量将达到7～8艘，临时通道需满足耙吸船满载全潮双向通航要求。经综合规范要求、工程海域潮位特征、耙吸船满载作业吃水要求等，确定临时通道长1.9 km，设计底高程-9.0 m，设计边坡1∶5。通道宽度按2倍船长306 m设计，除满足耙吸船双向通航要求外，还可满足其调头需求，可有效改善抛吹作业条件，弥补储泥坑尺寸较小的不足。

2.4.4 满足安全距离要求

根据前述围堤整体稳定计算分析可知，储泥坑开挖坡顶线与围堤堤顶前沿线的安全距离大于200 m。

2.4.5 储泥坑平面布置

综合上述考虑因素，确定储泥坑平面布置如下：储泥坑边线距离北侧正堤约500 m，东西侧堤约700 m，南侧岸线250 m，均满足开挖储泥坑对围堤稳定及正堤爆破挤淤对疏浚船舶的安全距离要求。储泥坑平面图见图2。

图2 储泥坑平面布置示意图（m）Fig.2 Layout plan of sediment storage pit（m）

3 储泥坑实施效果

3.1 抛吹工艺顺利推进

由于常规抛吹工艺难以落实，而耙吸船挖运艏吹工艺的吹填距离不足，使得航道疏浚土吹填徐圩陆上纳泥区无法落实，影响整个连云港港30万吨级航道二期工程建设进程。通过在已取得用海许可的围堤吹填区内设置储泥坑的创新，无需办理储泥坑用海许可，使抛吹工艺得以落实，有力地保证了航道建设工期和连云港炼化一体化项目的顺利投产，同时满足徐圩新区场地回填需求，实现了疏浚土资源化利用，减少了对海洋生态环境的影响。

3.2 抛吹作业条件改善

影响抛吹作业的自然因素主要为来自外海进入徐圩港区的波浪及港区内的小风区波浪，集装箱泊位围堤吹填区正堤的局部形成，对泊位区内的抛吹作业起到一定的掩护作用，抛吹作业条件有较明显的改善。

3.3 抛泥扩散流失率降低

吹填区往往利用近岸高滩将之圈围后形成，以节省围堤工程投资及后续造陆成本。集装箱泊位围堤吹填区内原始滩面水深基本在0 m左右，储泥坑开挖底高程-12.0 m，滩槽高差大，加之已建围堤的掩护效果，大大降低了耙吸船抛泥扩散流失率，确保上陆土方量。

3.4 流失部分泥沙实现再回收

抛吹泥沙流失主要发生在耙吸船抛泥和尾水排放阶段。耙吸船抛泥因滩槽差大及围堤掩护，扩散流失率很低，少量流失也基本留存在集装箱泊位围堤吹填区内；吹填尾水中含有少量泥沙，经排放后流失，但因排放口设置在集装箱泊位围堤吹填区内，泥沙最终仍留存在此。因此，在吹填区内布置储泥坑，并且将尾水回排至吹填区，可以将因抛吹作业产生的泥沙流失进行再回收，作为吹填区后续成陆的回填料，节能环保，综合效益高。

4 结语

1）连云港港30万吨级航道二期工程徐圩港区航道有4 000万m3疏浚土需要采用抛吹工艺吹填到徐圩陆上纳泥区。在充分调研徐圩港区相关围堤吹填区用海许可手续办理情况、建设进展及建设计划的基础上，创新性地提出将储泥坑布置在已取得用海许可、同步建设的徐圩港区集装箱泊位围堤吹填区内，利用围堤合龙前的时间窗口，进行疏浚土抛吹到徐圩陆上纳泥区的抛吹作业，这样无需办理储泥坑用海许可，又能满足抛吹作业需要。

2）结合建设条件、储泥坑对围堤的影响、围堤爆破施工对抛吹作业船舶的影响，根据“满足工期要求、储泥坑尺寸尽可能小、临时通道合理布置、满足安全距离要求”的原则，提出了储泥坑具体布置方案。

3）应用情况表明，项目得到顺利推进，抛吹作业条件好，效率高，流失率低，储泥坑实施效果良好。