绞吸船环保清淤技术在河道治理中的应用

肖波 深圳市茅洲工程管理有限公司

1.引言

近年来，深圳市茅洲河水质黑臭、河道底泥淤积严重，影响了河流供水保障能力与兴利效益，削弱了茅洲河的防洪功能，损害了水生态环境。对河道底泥进行环保清淤,消除河道内的污染源就显得迫在眉睫。

2.工程概况

2.1 项目概况

本工程为茅洲河流域水环境综合整治项目的子工程，茅洲河河道清淤及底泥处置工程。主要的清淤范围包括2 条干支流，分别为茅洲河和沙井河。其中茅洲河干流全长41.61km，本次清淤河段（白沙坑～河口）长度约18.06km，茅洲河干流塘下涌～河口段约11.83km，属于Ⅳ级通航河道。项目总工程量为清淤及脱水处置332.43万方。

2.2 项目任务及目标

本工程任务包括以下2个方面：

（1）为了宝安区流域两侧河道截污管网建成后，水质达到国家“水十条”和深圳市“水十条”的考核目标，必须对河道底泥进行清淤。

（2）清淤后底泥含水率高、流动性大，可能对周边环境造成二次影响，需进行底泥处理。

工程建设的目标包括以下2点：

（1）采用先进环保的清淤技术疏浚河道，消除河道“发黑发臭”的问题。

（2）底泥处理后物理力学参数较好、环保指标基本满足要求，做到底泥“稳定化、无害化、减量化、资源化”处理。

3.工程特点与难点

3.1 工程特点分析

（1）本工程时间紧、任务重，车辆运输与船舶运输同时进行，且与深莞两侧防洪清淤存在交叉作业，合理安排施工时序，及时调度人员及设备，按时保效地完成清淤任务是本段施工的重中之重。

（2）本项目清淤工程河道里程长，施工影响范围较大，本工程如需顺利实施，对外协调关系是关键因素之一。

（3）由于工序上的限制，河道内机械清淤，施工作业面难以全线展开，工程作业点多、线长。施工强度大，要在相应工期内完成施工任务，需短时间内投入机械设备、人力、资金数量相当大。

（4）雨季进行河道清淤工作，施工期间，既要考虑雨季暴雨汇集的影响，又要考虑大海潮汐涨潮落潮的影响，施工难度大。水上作业，施工度汛是本工程要重点关注的问题。

（5）施工沿线条件较复杂，河道两岸地下管线、电缆、燃气管线等铺设密集，为保证施工的安全顺利进行，施工前要对沿途管线布设进行摸查。

3.2 工程重点难点分析

（1）本工程影响生产因素较多，包含潮汐、风浪、雨雾、水位、流速、水下障碍物、船舶避让及停工检查等影响因素。其中影响最大最直接的因素为潮汐、通航。

（2）茅洲河和沙井河均属于赶潮河段，赶潮河段最大的特色就是要考虑潮汐对施工的影响。潮汐是影响茅洲河和沙井河清淤施工最直接、影响最大、持续时间最长的因素，影响时间从工程开工持续到工程完工。

（3）茅洲河和沙井河均属于Ⅳ级通航河道，沙井河汇入口至茅洲河河口通航船舶较多，此段施工需保持半幅航道通行，会减小航道的有效通航宽度，使得航道交通密度变大，绞吸船施工水域与通航船舶发生交汇，施工侧作业期间禁止通航，有限的通航空间会增加施工船舶的避让工作量和使工作船舶机动性能受到限制。在环保清淤过程中需采取相应的避让措施，保证施工船舶及通航船舶的安全，严重降低绞吸船施工的有效工作时间，仅次于潮汐对施工的影响，影响持续时间也是从工程开持续到工程完工。

（4）本工程淤泥工程量大，开挖厚度较薄、面积大，淤泥的场内运输和场外转运是本工程的施工难点。施工期间的河道回淤量问题研究难度极大，极为复杂。

4.方案比选

4.1 清淤方式比选

常用的挖泥船舶主要有绞吸挖泥船清淤、耙吸式挖泥船清淤、抓斗式挖泥船清淤、水上挖掘机清淤、水陆两用搅吸泵清淤，各船型见图1-图5。

图1 绞吸式挖泥船

图2 耙吸式挖泥船

图3 抓斗式挖泥船

图4 水上挖掘机

图5 水陆两用搅吸泵

各个船型底泥疏浚对水质的影响不一，耙吸船和抓斗船、吸泥泵、挖掘机等影响大，绞吸船和水陆两用搅吸泵影响比较小。具体见表1。

表1 各种底泥疏浚对水质影响表

各种清淤船型的优缺点见表2。

表2 各种底泥疏浚优缺点对比表

4.2 淤泥输送方式比选

4.2.1 泥驳船运输

自航式泥驳的特点是设备简单、吃水浅、载货量少，可航行于狭窄水道和浅水航道，并且可与多种疏浚方式配合，但对通航有一定影响。

4.2.2 输泥管运输

输泥管输送方式施工对周边环境影响小、施工效率高。可以采用加压泵接力的方式进行远距离运输。可根据工程项目实际情况，选用不同的输泥管，也可同时进行多条输泥管线施工。

4.2.3 皮带机运输

通过皮带机运输的方式局限性比较大，只能运输短距离的输送，优点是使用灵活，可以移动。

4.2.4 自卸汽车运输

自卸汽车应用较广泛，但是也受限制，只能在陆上运输。缺点是容易对道路两侧的环境造成污染，需要增加文明施工措施，采用封闭式汽车运输，并对汽车车轮进行清洗，避免轮胎带泥上路。缺点是长距离运输费用较水上运输高。

5.施工工艺

5.1 施工方案选定

绞吸式挖泥船是普遍应用于清淤施工行业的施工船舶，它配备定位桩台车和锚缆，用以移动船位。首先它利用旋转绞刀装置，对河底淤泥、泥沙和岩土等进行切割和搅动，再经吸泥管将绞起的泥沙和岩土等物料，借助离心泵和管道输送至堆积场，它的挖泥、运泥和卸泥等工作过程，可实现一次连续完成，是一种效率高、成本较低的挖泥船。

IHC 1200 型绞吸式挖泥船通过串联接力泵船（采用绞吸式挖泥船）的方法，具有压力分散的特点，且避免了输送过程的二次污染。串联施工使得挖泥船和接力泵船（采用绞吸式挖泥船）连成一个完整的输送系统。

现场施工采用IHC 1200 型绞吸式挖泥船进行挖泥作业，因IHC1200型绞吸式挖泥船单船最大排距为2km，受排距限制，故通过串联接力泵船（采用绞吸式挖泥船）的方法，以满足超排距输送的要求。

本工程在排泥管线中途布设多艘接力泵船（采用绞吸式挖泥船）进行加压接力输送。布设时采用拖轮牵引接力泵船（采用绞吸式挖泥船）至预定位置，锚艇在船舶两侧抛锚定位。排泥管线前后相连，扭力扳手卡紧法兰卡夹，定位固定及相连后形成与排泥管线的串联。

茅洲河干流及沙井河环保清淤采用绞吸式挖泥船进行开挖，管道接力输送，污染底泥经管道输送至底泥处理厂。

5.2 工程重点及难点的应对措施

（1）针对本工程的特点，采用绞吸式挖泥船+输泥管的施工方案。考虑河道清淤工况复杂，本工程采用绞吸式挖泥船开挖底泥通过输泥管送至底泥厂的清淤方案。

（2）采用分段环保清淤，但考虑到茅洲河和沙井河属于感潮河段，潮汐水位较高，如上游段未清淤完成，下游段已清淤完成，会造成不可预估的回淤问题，因此严格按照从上游至下游逐段（每段不小于1km）进行清淤后联合测量验收工作。

（3）施工协调难度大，合理进行施工组织，避开雨天、台风天，施工过程需精心组织，制定详细施工进度计划，协调好各个工序间的组织，提高整个项目的施工效率。

（4）因航道疏浚的施工水域较长，茅洲河清淤的淤泥通过管道输送距离最长达9.8km，而IHC1200型绞吸式挖泥船单船最大排距为2km，受排距限制，故通过串联接力泵船（采用绞吸式挖泥船）的方法，以满足超排距输送的要求。

5.3 施工工艺介绍

（1）施工流程。环保疏浚多泵串联施工工艺流程见图6。

图6 环保疏浚多泵串联施工工艺流程

（2）进点就位。①首先利用拖轮将绞吸船拖带至制定施工区域，利用船舶上的高精度定位系统，进行准确定位，按照电子导航图标识的航线，到制定挖泥起点进行驻位。②各个船舶定位后，在指定位置放下船上钢桩，首先将1号接力泵船定位在最佳位置后，然后依次将相应的接力泵船进行就位，再将两端进出排泥管进行对接，最后下锚并将船体进行固定。③挖泥船进点就位后，将自带水上浮管与绞吸式挖泥船自带的管线进行串联对接。

为确保环保疏浚多泵串联施工的可靠性，本项目调集多艘公司从荷兰艾曲麦尔维德有限公司购买的I HC 1200 型绞吸式挖泥船，采用多艘同型号绞吸式挖泥船串联施工，施工作业时性能稳定，生产效率较高。

6.施工质量控制

6.1 绞吸式挖泥船施工质量控制

绞吸式挖泥船可分条、分块开挖。挖掘方式为扇形横挖法，该方法是以一个定位桩为摆动中心，通过左、右边锚配合绞刀横移摆动的方式来进行挖泥。规范规定绞吸船分条开挖宽度小于等于船长的1.1倍到1.3倍之间，项目部根据茅洲河河道断面宽度，绞吸船船舶性能的参数，具体确定了分条开挖的宽度。为避免漏挖，各分条重叠宽度按不少于2m控制。挖槽宽度和边线的控制采用GPS定位。为保证设备工作效率最大化和最优的环保清淤，分层开挖厚度为 0.5～0.6m。挖泥船开挖深度采用无线遥报潮位仪并结合挖泥船桥架开挖深度标尺联合控制。如图7所示。

图7 绞吸挖泥船采用对称钢桩横挖法施工工艺示意图

图8 绞吸挖泥船分块、分条施工及管线布设示意图

图9 茅洲河通航区域浮管管线敷设示意图

绞吸式挖泥船分块、分条开挖施工时，为保证航道船舶通航安全需预留足够的通航宽度，同一分块航段施工范围内两侧不能同时进行施工，清淤断面不同，每块分条数目不同，每条单独进行施工，在一侧施工区域先依次进行1、2条施工，再通过敷设潜管在另一侧施工区域依次进行3、4条施工。

6.2 排泥管线布设质量控制

本工程施工区域处于通航范围，河道内管线较长，为保证航道通畅，确保管线沿岸边一侧固定好。水上浮管布设管线不能过长，避免因为管线过长，影响航道正常通航；亦不能过短，增加管线起锚、移位次数，降低挖泥船生产时间。在水上浮管及挖泥船河道清淤施工过程中，需配备警戒船，以保证施工船舶及运营船舶安全。

7.结语

本工程经过实践，取得了良好的效果，有效清除了茅洲河和沙井河段清淤范围内污染源。氨氮浓度从2014年的24mg/L降至2mg/L以下，达到1992年以来最好水平，获得环保部门高度认可。环保清淤实施后，茅洲河和沙井河清淤段水体不再黑臭，水质明显好转，基本达到地表Ⅴ类水质标准。河道清淤后经有关部门检测，发现茅洲河和沙井河清淤段水域已有水草滋生，部分水体发现沉水植物，鱼虾成群，水质清澈。