大型耙吸船与刮板式耙平器在淤泥底质航道的联合施工应用
来源:用户上传
作者:
摘 要：大型耙吸船在淤泥底质航道扫浅施工时，存在超挖方量多、上线精度低的现象，从而导致扫浅效率低。携带联合刮板式耙平器的整平船因其船型较小，可以有很高的上线精度，加之“削高补洼”的施工特点正好可以利用起耙吸船超挖产生的深槽，从而达到理想、高效的整平效果，最高可达1600m3/d。本文就巴西巴拉那瓜和安东尼娜港五年维护疏浚工程整平船联合耙吸船扫浅施工的应用进行阐述。
关键词：耙吸船 整平船 淤泥底质航道 扫浅 质量控制
大型耙吸挖泥船因其舱容量大的特点，广泛用于抛泥区或取沙区距施工地点较远的工程，考虑到装载效率，通常会配置与舱容相对应尺寸的吸泥管和耙头，以及在施工时使用较高功率的泥泵和高压水泵。这种特性在疏浚淤泥底质航道时有着很高的效率，一次过耙就可以到达非常可观的增深效果。
但是在疏浚过程中，由于复杂水流条件的影响、航道地形的限制、测量不及时以及船舶定位误差等因素，会导成大量分散浅点。扫浅施工阶段，耙吸船必须依靠精准走线才能使宽度很小的耙头挖到浅点，而且走线痕迹必须达到相当高的覆盖程度才能使浅点逐渐减少直至清除，这是一个投入产出比极低的作业过程。
同时耙吸船为了消除分散浅点会反复上线，导致局部超挖，产生废方。而利用刮板式耙平器整平船可以有效的进行削高补洼，船舶成本也大大低于耙吸船运行成本。
巴西巴拉那瓜和安东尼娜港五年维护疏浚工程在进行淤泥底质航道扫浅施工时，通过优化耙吸船和整平船的施工工艺，合理调配耙吸船与整平船的下耙深度，达到了很高的扫浅效率，节约了船舶成本。本文就大型耙吸船联合刮板式耙平器整平船在淤泥质航道的整平施工进行阐述说明。
1.工程概况
巴西巴拉那瓜和安东尼娜港五年维护疏浚工程位于巴西巴拉那瓜湾内，是巴西第二大港，本期施工区域为上游Delta航道，设计深度为8.8m，超深0.2m。施工区域受环保限制，不允许进行溢流作业，抛泥运距达33海里，且存在环保窗口期，年度施工工期短。验收要求为单波束10米间距，槽内0浅点，边坡95%合格，验收要求高，施工难度大浅效率，优化扫浅工艺，节约工期成本，探索采用了耙吸船联合整平船进行扫浅施工。
2.整平船结构及工作原理
整平船为拖轮悬吊刮板式耙平器改装而成，船长31m，船宽10m，主机功率2400Kw，抗风浪能力较强。耙平器为钢构构造，重量为1.9吨，宽度为12m，长度为1.9m，船上配置一台吊机和一组绞车，耙平器通过绞车伸出的两条钢缆悬吊于船尾的钢桩上。整平船构造如图1、图2所示：
整平船通过竖向钢缆控制下耙深度，通过横向钢缆限制耙位和角度，船头顶部安装GPS及潮位遥报仪，根据GPS安装位置与耙相对位置计算实际耙位，船内配置绞车操作平台及监控系统。施工时航速为2节，根据整平标高和潮位及时调整耙平器的钢缆长度，通过“削高补洼”压茬前进。整平船在垂直航道方向施工时，采用调头巡回施工的方式，在水域较窄不能调头的区域采用前进时下耙削高，后退时起耙。
3.施工步骤及技术要求
3.1耙吸船施工
由于整平船只能整平，不能长距离搬运，故在整平船扫浅施工之前需要耙吸船先將区域内大部分方量进行搬运。查询相关文献并结合现场试验得出：剩余浅点工程量要少于实际超挖工程量的70%，即确保航道已超挖区域理论上可以全部容纳浅点区域淤泥，整平船才能有很好的扫浅效果。对于浅区集中，或者浅点高度大于60cm的区域利用耙吸船进行开挖，确保将大体积的浅区割裂，耙吸船施工过程中尽量采用S形走线，确保浅区被打断。超挖量必须满足容纳体积需求，否则将造成厚度较薄的大面积浅区，反而增大扫浅工作量。
3.2整平船施工
待耙吸船把浅区开挖出若干条均匀的深槽后，整平船开始入场施工，施工步骤如下：
（1）GPS及潮位遥报仪的安装
经耙吸船施工后水下浅点变得细小并且分散，因此需要整平船的耙平器有很高的平面位置精度，通过架立GPS天线和量测的船型数据可以确定耙平器的位置。GPS安置于船舶高点，便于信号的接收，根据GPS安装位置、耙与船的相对平面位置修正耙平器实际位置。
施工区域潮汐为不规则半日潮，涨、落潮流速大，涨潮时、落潮时短，为了严格控制下耙深度，需安装潮位遥报仪，遥报仪天线架立于船顶，和GPS接收天线分开架立，遥报仪每隔5分钟接收一次潮位信息，整平船根据潮位信息计算放缆长度。
（2）控制下耙定深
拖轮上配置耙平器深度自动计算系统，通过采集潮位数据后自动计算出放缆长度。施工区域设计深度为8.8m，控制整平船整平深度为8.8m～9.0m，下耙时先根据潮位计算深度，通过绞车监控系统下放至计算高度，系统根据下耙深度和角度会将水平限位钢缆自动拉紧，并观察钢缆上的长度标记，校核下耙深度的准确性，确认无误后开始施工。下耙不可过深，过深会导致浅点附近区域土方隆起，起到反作用。
（3）整平施工
耙深控制合格后，整平船开始对浅区进行整平施工，使用Hypack软件采集GPS定位数据，导入航道背景图和水深文件，实时显示浅点位置和船舶位置，指导施工。整平时船速控制在2节左右。航道拖平施工分为两种操作方式，一种是顺挖槽方向进行拖带，一种是垂直于挖槽拖带。原则上应该采取垂直于挖槽进行拖平的施工模式，因为纵向开挖会形成纵向的垄沟，为了更有效地消除这种高低差，应该垂直于挖槽轴线方向拖耙。施工航道的宽度仅为110m，拖轮拖带作业调头频繁。每次调头均需要吊起耙平器，无效的时间比较多，时间利用率较低，但全部沿航道的轴线方向拖耙的扫浅效果又不佳，所以综合考虑，施工的方向选择为斜向大角度拖平。这种做法节约了调头的时间，又能兼顾扫浅的效果。
在施工中遇到被水下有浮筒沉石等障碍物绊住的情况，要做好位置标记，在之后的施工中不可把土方揽到此处，防止产生土方聚集。 （4）测量检查
每日整平后及时进行测量检查，检查方法为多波束1m间隔扫测，对每日航迹线区域进行测量。测量后当天出数据，并标记好浅点，发送整平船对浅点继续进行整平，直到槽内无浅点为止。
4.施工质量控制
4.1耙吸船施工质量控制
在整平船进场前，耙吸船需在浅区内挖除若干条分布均匀的深槽，需满足剩余浅点工程量要少于实际超挖工程量的70%，用于容纳浅点土方量。
耙吸船在扫浅施工时需要将施工区域内大量土方搬运出去，满足剩余浅点工程量为设计工程量的3%～5%时才可以有很好的整平效果。
耙吸船在前期施工时需对边坡进行修整，严格按照设计坡度进行施工，不得产生坡度大、落差大的边坡，防止后期施工产生边坡土方塌陷。
4.2整平船施工质量控制
整平船在淤泥底质航道整平施工时有多处质量控制点，在施工中需加以控制，防止整平船产生反效果。
（1）不得在边坡下耙
整平船施工特点为“削高补洼”，不能带走土方。边坡土方由于重力作用受扰动后可能会发生塌陷，从而在槽内产生淤积。施工中需在电脑上标记好坡脚线，严格控制整平船下耙位置，防止勾刮到边坡的土方到槽内。
（2）每次停耙不能在同一位置
整平船施工的实质是区域内土方的平衡，类似于陆上的推土机。所以在下耙施工过程中不得每次都停耙在同一位置，防止方量聚集，产生浅点。
（3）注意放耙钢缆的垂直情况
需时刻注意放耙钢缆的垂直度，当耙齿碰到土质坚硬的区域时会产生垂直度偏移，施工中需保证垂直度偏差<5°，当偏角过大时立即停船检查横向限位钢缆是否发生断裂。
（4）下耙施工时严禁转急弯
整平船在下耙施工时，要保证走线笔直，严禁转急弯，下耙时转弯半径不得小于60m。遇到地形限制的，需提耙后才可进行转弯。
（5）严控搭接宽度和下耙深度
为保证整平效果，需严格控制搭接宽度和下耙深度，平行走线时搭接宽度宜为1/2耙宽，下耙耙深误差要满足不小于设计深度，不大于设计深度+20cm的要求。
5.应用效果
5.1施工效率
由于当地环保规定，Delta区段要求零溢流施工，在此条件下使用大型耙吸船扫浅势必会出现上线难度高、入舱浓度低、入舱方量少、抛泥频次多的现象，可以认为基本每一船次都是空跑，与之相比，使用整平船联合扫浅上线精度高，可24小时连续作业。以Delta1C区域为例，2.5天消除槽内分散的浅点约4000方，效率高达1600m3/d，远远超过耙吸船扫浅效率。
5.2经济效益
经测算，整平船在的Delta区域施工6天，成本总计27万人民币，而同样的下耙挖泥时间，新海虎9轮要11天才能完成该区域的扫浅，需要成本约350万人民币。以此计算，通过引入整平船联合施工，在Delta区域就节约工期5天、成本323人民币。该方法節约工期、节省成本，取得了良好的经济效益。
5.3质量效益
通过严格控制下耙深度，合理进行施工部署，使得工程区域内浅点率、平整度大幅降低，产生了意想不到的效果，在短短几日的施工时间内，就使该工程完全满足施工的质量要求。
6.结语
使用耙吸船和耙平器整平船联合施工技术可以有效地解决疏浚项目扫浅阶段设备投入多，产出率低，时间长、成本高的矛盾，有效地缩短扫浅时间，降低扫浅成本，保障项目稳健通过验收，使企业获得能够从容应对复杂的施工局面的技术能力，在技术层面上增强企业的竞争力。拖轮拖带耙平器施工无水动力挖泥设备，对水下泥土的干扰极小，更有利于环境保护，此外，拖轮的油耗低，从节能减排的意义上来讲，对企业乃至整个社会的贡献都是非常有用的。
参考文献：
[1]程志东.大型耙吸船的进倒车往复施工工艺的探究[J].中国水运（下半月），2016，16（11）：241-243.
[2]刘思.水下整平器施工关键技术在疏浚工程中的应用研究[D].天津大学，2003.
[3]纪国梁.底床耙平器在航道扫浅中的施工实践[J].中国水运（下半月），2015，15（06）：257-258.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-15105609.htm
