港口航道工程浅窄航道耙吸挖泥船技术应用

张羿威

(江苏省交通工程集团有限公司，江苏 镇江 212100)

港口工程较为系统性在项目建设环节需要考虑到港口的吞吐能力，从而提升船舶的通行质量。就当前现状分析可知，浅窄航道由于自生环境问题，在进行清理淤泥的过程中通常存在设备调遣困难等特点。因此在浅窄航道淤泥处理的过程中，怎样有效利用自航耙吸式挖泥船是值得重视的一个问题。但是由于该类型设备本身的体积较大，且吃水非常深，不能全面的应用到浅窄航道区域，以至于工作难以有效开展。

1 工程施工因素分析

因为浅窄航道当前的水深比较浅，并不能满足当前的耙吸式挖泥船的运行标准要求，需要结合具体的潮位变化进行动态化分节段改善水深，根据水深变化来调整上线位置以及装舱量。 施工中，必须满足工程的安全性，了解潮位变化的概率，明确施工标准，确定吃水增减的关系，做好船底富余水深的控制。在施工环节，水域变化不断扩大背景下，要及时的做好施工方案的优化，即安排上线位置的延伸要求。调整挖槽的深度，促进产量的提升。并且保持全天候的正常施工，确保航道可以正常的运行，提升港口通航能力[1]。

1.1 航道断面底高程里程关系

浅窄航道的主要特点就是浚前部分的水深比较浅，从内到外的水深呈现出不断增加的趋势，航道断面底部高程还会随着高程增加而增加，其断面底高层与航道高程关系可见图1。

图1航道断面水深里程曲线

由于是区域深度不足，在施工时会受到环境因素影响，因此需要重点观察潮汐变化，带大潮时及时施工。

1.2 潮位历时对航道水深的影响

一般来说，掌握施工区域的潮汐规律，结合水位变化特征合理组好施工部署是浅窄航道疏浚项目开展的重要前提。以某工程项目为例，该工程日潮的周期主要是按照一个太阳日为周期，也就是在半个月之内，会出现一个高潮期与低潮期。潮位信息在一定的范围内与时间有密切的联系，两者的关系图见图2。

图2 潮位历时曲线

从这个方面出发，综合分析潮汐变化对施工的影响，根据潮高尺寸，了解施工节奏与潮位变化的趋势。在实践环节需要对溢流口的高度控制，并且按照需求船下富水深度一定要大于1m，同时合理的做好工艺部署，组好施工组织安排，这样才能切实的将工程效果提升。

1.3 吃水量与排水量分析

一般来说，耙吸挖泥船主要有两种形式，即是自动航行与自载航行，此类设备在包含传统船舶功能以外，还具备一定的自动化功能。并且还有底部的排泥浆的装备，从而满足巷道疏通的标准要求。自航耙吸式挖泥船在运行中，通过运抛、挖运吹等方法，即空载时进入到挖泥区，在定位之后开启穿上的离心式泥泵，将耙头挠松的泥土直接吸入到泥舱内，在吸满之后即可开始起耙，行驶到规定部位上之后卸载，或者吹填驻船位置上，开启泥舱底部泥门抛泥或者开启抽泥舱可以实现疏浚吹填处理，再次空载运行到挖泥区域，开始下一阶段的施工。耙吸式挖泥船在内部将原有的溢流部分转化为泥舱结构，提高容量，确保吃水尺寸符合要求，将内部的泥浆循环处理，确保内部沉积物能够疏浚处理。根据需要调节溢流装置的高度，在持续性装载到即将达到满载吃水时，需要降低溢流筒高度，将内部泥浆排出，符合装载要求的情况下，提升舱容物的密度，实现装载量的增加[2]。船舶吃水排水量关系可见图3。挖泥时间和吃水关系图见图4表示。

图4 关系图

2 推演分析

耙吸船浅窄航道施工中，确保船舶运行安全性合格，但是也要尽量的增大产量，施工范围有效的扩大，实现工作面的拓展。该方式的核心就是保证船舶富余水深控制，明确具体的船舶上线部位要符合船舶航行挖泥水深的要求，以实现船舶富余水深的标准。在这种情况下，主要是得到如下信息：选择上线时刻规定的边界条件，在某个时刻之下，船舶富余水深根据下式计算确定:

Hy=Hc(t)+Hc(xt)-Hs(t)

(1)

式中:Hy表示某时富水深度(m)；Hc(t)表示实际断面水深度(m)；Hs(t)代表吃水深度(m)。

而在时刻的船位按照下式表示:

x1=x0+v(t-t0)

(2)

式中:xt为当前船位；x0代表的是上线位置；v为速度；t为时间；x0为则表示时刻(上线)。

总之，通过使用上述的信息曲线图，可以快速的掌握船舶在某个时刻、某个位置上线后船舶富余水深的预测值，见图5，根据该参数可以完成现场指导和管控。

图5 信息曲线图

在项目开展的过程中，考虑到是现场条件，在作业面拓宽施工时，可以通过倒吹的方式或是采用旁排的方式进行施工。此外，倘若装舱条件符合的情况下，则可配合施工组织，做好施工部署，了解施工重点以保证作业效果满足工程需要。

3 施工应用

3.1 工程概况

某码头工程项目，整体疏浚工程量约为290万m3，该工程线路长度为4.00km，底部宽度为155。边坡比为1∶5。其中航仓中的总容积为1.7万m3，满载排水量与吃水深度分别为4.0万t与10m。因为整个施工现场的自然水深比较浅，并不能达到连续性施工的要求，因此，在施工中，需要采用空船进入、单趟向外挖的作业方式，结合潮位变化的情况组织开展施工，满足水深条件的要求。根据具体的潮高增减变化以实现起始段的控制，做好船下富余水深超过1m的部位为安全性合格，达到工程正常的疏浚标准要求。在前期选取水深符合要求的区域进行施工，且要应用最低为9000m3的舱容做好吃水量的控制。

3.2 施工操作要点

其一，检测航道测图。在疏浚开始前，对现场进行全面调查和分析，了解当前水深参数，并且结合不同的要求绘制航道里程与断面高程关系曲线。其二，随时预测潮位变化情况。查询历史资料，对于潮位变化情况有充分的了解。其三，绘制吃水或载重量变化曲线。通过了解相关变化曲线，结合土质、地质条件变化，随时进行调整处理。其四，模拟演算船底富余水深尺寸。通过上述曲线图可以快速的获得船舶某个部位的富余水深测图，做好现场施工管理和控制。其五，明确航道上线里程。根据具体的水深模拟计算分析，考虑到现场的情况，综合分析船底富余水深在1m以上，所以能够明确目前的船舶上线里程。其六，上线。在进行上线位置确定时，除了要综合分析潮位变化外，同时还应该考虑到船舶操控性能，分析现场条件变化，加强潮流控制，防止横流过大而产生影响。在完成边坡边线疏浚工作后，进行控制，消除风流、耙头横向力影响，确保其按照规定要求行驶[3]。

4 施工技术

4.1 施工准备

在准备环节，重点进行航道具体的水深尺寸测定，并且由技术人员绘制航道测图，结合水深以判断里程和高程，绘制变化曲线关系；结合现场掌握的历史潮位数据信息，预测潮位变化的趋势。在综合分析了解耙吸式挖泥船吃水、载重等情况下，必须结合现场地形、淤泥质等要素修正曲线，符合现场的情况。获取足够的信息后，即可快速的掌握耙吸式挖泥船在某个时刻、施工阶段的富余水深预测土，从而模拟分析真实施工情况，以做好现场施工指导和管理。根据具体的耙吸式挖泥船富余水深尺寸，分析预测施工的时间，保证船底富余水深超过1.0m，从而达到正常的航行和疏浚施工的要求。

4.2 选择上线位置

上线位置在确定时，必须综合分析潮位变化的情况，还要和耙吸式挖泥船功能、施工现场情况、水深条件、潮流影响等展开分析，从而消除不利影响，提高运行的要求。在操控耙吸式挖泥船进行边线边坡疏浚环节，必须做好相互配合与控制，需要抵消耙头横向力，才能使得疏浚航线行驶更加顺利的进行，确保施工可以有效的落实。

4.3 航行挖泥

针对于一些狭窄航道的区域来说，耙吸式挖泥船在行驶时掉头难度较高，需要根据退定深度与分层施工方法进行，同时还要考虑到淤泥质的要求分层开挖，单层深度为0.3～0.5m之间，逐一开挖不断的加深施工尺寸。潮位升高变化时，在浅段部位进行施工；潮位下降时，则在深段进行施工，且开挖后的淤泥应该排放到指定位置，不会影响总体施工效果。在具体施工环节考虑到作业区域的施工要求，可以合理做好闸门与装舱口调节，保证施工水平处于平衡状态。

5 质量控制

5.1 前期控制

1)选取符合疏浚作业要求的船只；2)船舶运行功能良好，各项仪器数据精度合格；3)全面落实施工阶段管控;4)平面控制。平面位置控制：在规定范围内施工。挖泥船挖泥作业中，根据要求使用船载GPS测量，水深参数应用全站仪准确掌握。为了避免出现漏挖的问题，相邻条之间重叠 1～2m。准备符合要求的测量系统与仪器设备，因为船舶上安装有GPS导航系统与成图软件，通过便携式计算机详细记录和确定，了解各项测量数据信息，并且通过软件自动成图，快速获得测量结论，为挖泥船施工提供帮助;5)挖深控制：清挖环节，严格落实下耙深度控制，同时还要做好下述工作;6)在现场设置水尺进行水位测量；7)挖泥作业时，根据耙头深度控制，辅助水深测量控制；8)施工环节根据潮位做出调整，保证挖深符合要求；9)全面落实检测工作，避免发生漏挖的问题。

5.2 中期控制

1)对边坡的开挖进行有效控制。在应用耙松挖泥船施工中，管理和控制极为重要，如果疏浚区泥层厚度较大，工作人员结合要求开展项目施工。在分层挖泥施工中，组织工作人员对现场的土质条件、挖泥船铰刀性能分析，确定合理的参数，如果在该环节中，遇到硬度较高的泥层，工作人员将分层挖泥厚度设定为铰刀直径的0.5倍左右；如果施工位置土质比较松软，工作人员可以将挖泥单层厚度设定为铰刀直径的2.5倍左右。

2)对挖深进行有效控制。在疏浚作业施工阶段，每个施工船舶都要结合现场的情况，考虑到施工图设计零点，保证固定水尺的设定满足要求，从而满足现场施工的要求。同时，工作人员需要在船舶前方不会发生碰撞、读数方便，保证临时水尺符合要求。

3)对挖宽进行有效控制。全面落实开挖宽度的控制，通过视线标定的方式达到准确性要求，这是极为重要的步骤。在具体的施工环节，如果铰刀开挖到规定边线部位上，工作人员还要考虑到具体情况，在船舶驾驶台中部位置通过观看视线标志以确定挖槽宽度，达到施工精度的要求。

6 结语

1)在本次工程施工中，通过使用耙吸式挖泥船浅窄航道疏浚作业，通过非满舱作业方式，每次开挖的过程中，必须做好吃水深度控制。而这种情况下，必须加强潮位变化规律的控制，了解影响因素，才可以选择使用渐进式施工的方式；2)分析常规的往返挖掘作业的方法，根据现场施工要求采用进退挖泥作业方式，保证水深条件满足要求；3)根据需要将常规的最大舱量施工，结合水深做出改进，提高船舶作业安全性，还要做好装舱量控制；4)按照船底富水深度，在延伸上线处做好管理，保证工作能够有效开展，从而提升疏浚工程质量。