航道工程中耙吸式挖泥船精挖的施工技术

卢明星 中交广州航道局有限公司

1.耙吸式挖泥船的特点分析

1.1 耙吸式挖泥船的应用优势

（1）航行性能突出。随着疏浚设备的改造升级，耙吸式挖泥船的硬件配置水平有所提高，例如在船艏安装横向推进器，在此装置的辅助下，可提升船舶的机动性，以便更好地操纵。

（2）施工效率高。在耙吸式挖泥船的日常运行中，无需抛锚、固定缆索，仅凭借设备自身即可实现自航、自挖、自载、自卸各项动作，能够在满足疏浚要求的同时提高施工效率。

（3）经济效益高。由于耙吸式挖泥船性能良好，可高效推进作业进程，降低成本投入。

1.2 耙吸式挖泥船的不足之处

经前述分析，阐述了耙吸式挖泥船的优势，但也需注意到其在应用中的不足之处，例如：若现场存在大颗粒的黏土和砂石，耙吸式挖泥船的运行效率相对较低；在泥沙的挖掘活动中，配套的泥泵存在较强的真空吸力，在此作用下，原本存在于水域中的水将进入泥舱内，导致单次挖泥量下降。

2.自航耙吸式挖泥船RTK无验潮技术及自动潮位遥报装置

2.1 工程概况

图1 设计开挖标准断面（单位：m)

2.2 RTK无验潮原理

RTK实时动态控制系统的精度较高，采用到载波相位动态实时差分技术，在野外可达到厘米级定位精度。其中，无验潮水深测量技术具有代表性，在该项技术的应用中，先设基站（岸上）和移动站（船舶上），经过测量后，综合RTK高程数据和船舶参数，基于此类数据展开计算，实时确定船舶的高程，再对比分析计算结果与设计高程，判断两者的差值，据此动态调整下耙深度。

无验潮数学模型，如图2所示。在确定船舶的参数后，结合测量数据计算，明确海水面至GPS接收机高程，进而根据该项数据计算实时的高程数据。

图2 无验潮数学模型

具体至现场作业中，考虑到无气压仪的局限性，配套两台自动验潮仪，以此来解决气压修正的难题（其中一台作为气压仪使用）。测量中，一台自动验潮仪置于水下，用该装置完成绝对压力的测定工作，其余一台则用于测定大气压。首先，将两台设备均置于空气中，检测大气压，而后进入各仪器的气压值设定界面，进行气压值的设定（取实测值）；正式测量时，将验潮仪分别置于水下、空气中。经过测量后，读取各仪器的水位文件，做对比分析，将两个文件中相同时刻的水位一一相减，得到的结果则为各时刻对应的实际水位值（水下仪器的测量值减去作气压仪的仪器测量值）。

2.3 无验潮技术施工布置

利用控制点布设控制网，在临近施工区的部位建立基站，在此方式下可有效提升设备的兼容性，以便更好地开展测量工作。移动站布设位置规划在驾驶台外侧中间的区域，之所以做出此选择，是因为该布设位置下可有效减小传播摆动对数据准确性的影响。

2.4 潮位遥报仪

主要有发送端和接收端两部分组成。发射机是由编码器、调制器、功放器、电源等构成，编码器将测得的水位数值转变为特定形式的编码，经过调制器调制后整形，通过RS-232/RS-485、无线电或CDMA/GPRS由天线把载有水位编码的调频信号发射到空中；接收机是由调谐器、中放器、消噪器、特定码甄别器、解调器、译码器、显示器、电源等构成，当天线接收的潮位信号经过高频放大后进行混频放大，然后在直接送入相位鉴频器，鉴频器将调制信号进行解调，把水位编码分离出送至消噪器消噪后，在译码器中还原成水位数值送入显示器显示。

2.4.1 潮位自动遥报装置

结合自动潮位遥报装置，提出潮位自动补偿定深平挖工况实现精挖功能。

潮位补偿原理。精挖是在定深平挖功能的基础上，通过采集潮位遥报仪的潮位数值信息，自动获取潮位差数值进入耙吸船的中心控制器，补偿潮位对挖掘深度的影响，实时保持作业在设定的挖掘标高，去除了人工校正补偿的作业方式，进一步提高定深平挖精度，实现精挖功能，潮位补偿原理见图3。

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图3 潮位补偿原理

2.4.2 潮位传输

潮位仪水位数据，通过压力传感器探头测得水位值，传入主机与标高值进行运算后输出潮位值，数据通过主机端口上的发射机向外发送。潮位遥报接收仪位于耙吸船中心控制器端口，通过解析将其转换成潮位值传输至挖掘控制系统的中心处理器内，构成数据传输链路，使精挖功能实现挖掘全过程精细化控制。

3.耙吸式挖泥船的施工方法

3.1 装舱(装舱溢流)施工法

河床或海床有足够的空间时，可以采用装舱施工的方法，此时现场环境能够有效满足船舶装载吃水、调头等要求，且能够在现场规划抛泥区。耙吸船配套有推进装置，在其支持下，能够使船舶在拖曳耙头时进行扰松，期间同步应用离心泵，以便向船舶的泥舱内转入低浓度泥浆，开启溢流口，同时进行挖泥装舱和溢流作业。随着施工进程的推进，待船舶装舱量和吃水深度均达到要求后，不再继续开挖，调整耙臂和耙头，驶至提前规划好的抛泥区，在该处卸载泥浆，待船舶恢复空载状态后，继续返航作业，按照此方法循环施工。

3.2 旁通(边抛)施工

在无需泥舱的条件下即可将泥浆高效输送至另一侧水域或是较远的水域，得益于无需泥舱的作业特点，可省略收耙停泵、抛泥工序，作业内容得以精简，施工效率相对较高。在航道工程中，旁通(边抛)施工法又可细分为多种方法，例如：

（1）旁通施工法。耙头开挖泥沙时，离心泵发挥出关键作用，借助该装置将泥舱直接吸出，而后排至旁通口外，全程无需将开挖产生的泥浆转至泥舱内。

（2）边抛施工法。耙头开挖泥沙，在离心泵的作用下，使泥沙经由输泥管输送，经过该路径后排放入水，全程泥浆可直接吸出，无需进入泥舱内。

3.3 耙吸船吹填施工法

在吹填法的应用中，采用耙吸式挖泥船及相关配套设备，共同对挖掘产生的泥浆做吹填处理。常见的吹填形式，如下：

（1）直接接岸管吹填。耙吸式挖泥船靠岸，将其中的输泥管连接至岸管（设置在码头上），开始对特定的区域做吹填施工。直接接岸吹填的施工时间应得到有效的控制，不可过长，否则风浪、水流等环境因素易对正常吹填造成影响，此外还需确保码头前沿水域有足够的水深。

（2）接岸浮管吹填。基本思路与前述的直接接岸管吹填相似，有所区别的是耙吸式挖泥船无需靠岸，直接在水上浮管的作用下连接输泥管和设置在码头上的岸管，即便作业现场距离岸边较远，接岸浮管吹填的方法也依然具有可行性，即在调整好水上浮管的长度后，能够将现场挖掘产生的泥浆及时输送，因此该方法对现场环境具有更强的适应性，有利于疏浚作业的便捷化开展。

（3）虹喷吹填。无需接岸管或设置水上浮管，是一种明显区别于直接接岸管吹填、接岸浮管吹填的方法，作业思路是在输送管上接一段渐缩管，耙吸式挖泥船开挖期间产生的泥浆将经由船舶前端的斜上方喷出，正常状况下的吹距可达到30～50m，具体因海底海水流动方向、吹填材料的差异化而有所不同。若吹填区的前端水深较大且有洋流町，可优先考虑喷射吹填的作业方法，以便将吹填土直接送至特定的区域。

4.大型自航耙吸挖泥船精挖技术及管理措施

4.1 设备配套与施工思路

（1）施工现场的疏浚土质以淤泥为主，局部为细砂混贝壳，根据该土质特性，采用的是带高压冲水功能的冲刷耙头，用该设施完成淤泥的开挖作业。耙齿有平齿和尖齿两类，具体根据实际施工状况做灵活的匹配，例如开挖进入收尾阶段时，可以采用平齿，耙齿密度增加1倍，以前后交错的方式排列耙齿，此配置方式下能够较好地避免垄、沟的产生，经过作业后产生的疏浚基槽表面具有足够的平整性。

（2）疏浚区泥层开挖厚度1.0～2.0m，泥层普遍较薄，为保证开挖的有效性，适当提高下耙精度，妥善规划疏浚方式，随着航道工程标段疏浚作业顺利开展，废方量减少，施工质量得到保证，施工效率大幅提高，进而有助于提高项目的经济效益。

4.2 多波速测量控制

多波速测深系统具有精度高、覆盖范围广的特点，是现阶段水底地形勘测中的主流设备，通过此设备的应用，可较为准确地探测水域的海底地形，实际应用中可解决传统单波速水深测量方式单一的问题。多波速测深系统的测量覆盖范围较广，通常可达到水深的4～10倍，且从测量效率的角度来看也有较大幅度的提升。

4.3 结合多波速测量掌握实时施工情况

以水深测量图纸为准，进行分层、分条的方法有序施工，其中严格控制泥层的厚度和施工区的宽度，针对泥层厚度缺乏均匀性、有异常起伏的现象，及时调整参数控制，以保证施工的有效性。疏浚时，应注重下耙深度的合理性，以免影响挖深。综合考虑船舶性能和设计断面的情况，富有秩序性地逐层开挖，同时加强检测与控制，确保疏浚后有足够的平整度。疏浚全程均贯彻精细化的作业理念，确保经过处理后的工程质量达到要求，以便顺利通过验收，为航道工程其它工作的开展打下良好的基础。

5.结语

经本文分析后，做如下总结：

1）RTK技术兼具精度高、作业距离远、稳定性较好、劳动强度小等多项优势，结合潮位遥报仪合理的应用对于提高耙吸式挖泥船挖掘精度有着重要的作用，在类似的航道工程中，技术人员可灵活采用该项技术。

2）妥善应用多波束测深系统，其能够提高施工阶段的检测效率，保证作业精度，给后续工作的开展创设良好的基础。

3）在项目统筹规划、有序施工之下，耙吸船可提高开挖精度，有效规避超标疏浚、疏浚深度不足的问题。

4）施工前制定可行性施工方案，可以减少废方及超挖超宽工程量，一方面保证施工质量，另一方面则由于效率的提高而减低成本投入，取得突出的经济效益。