摘 要:广州港出海航道北段属于需常年维护的项目,具有季节性回淤明显,年回淤量大的特点,有些航道段还由于人类活动频繁、环保卫生观念不强,导致生活垃圾较多而影响清淤。文章以实际工程为例,根据工程实际情况进行了方案比选,然后重点对耙吸船先拖后挖法的处理应用进行了分析讨论,有效解决航道垃圾过多影响清淤的难题,大大提高了施工效率。

关键词:航道淤浅 先拖后挖法 施工管理控制

1.工程概况

广州港出海航道北段2 0 1 7年维护工程南起广州港南沙港区南沙作业区(龙穴岛)东侧的G点(X=2503634.31,Y=468905.25),包括伶仃航道北段、川鼻航道、大虎航道、坭洲头航道、莲花山东航道、新沙航道、西基调头区、赤沙航道、大濠洲航道、莲花山西航道,全长73.15km,航道段维护底标高分别有-9m和-13m,疏浚土质基本为1级土,维护工程量132.69万m3。疏浚土装舱运至龙穴岛南部蓄泥坑抛卸后,再用绞吸式挖泥船二次吹填至龙穴岛南部吹填区。

2.项目背景

2.1航道淤浅

本项目为常年性维护工程,是广州港进出港的主要航道,进出口船舶和大型船舶较多,考虑到施工过程中不能影响正常通航且航道施工及周边水域水深较浅不利于大型施工船舶施工和避让工作。工程初期,结合小型耙吸船灵活机动、适应性强的特点,现场安排两艘小型耙吸船和一艘抓斗船进行航道维护施工,但由于进场时间晚、船舶施工效率不高、航道季节性回淤明显,以及附近区域存在其他项目交叉施工导致航道内回淤强度增大等原因,莲花山东航道(维护底标高为-13m)出现大面积淤浅情况。根据2017年7月11日的航道测量水深图,结果显示莲花山东航道淤浅范围主要集中在7#~13#浮鼓之间的航槽,淤浅的航段长度约3km,淤浅面积约20万m2,淤浅航槽平均水深约-12.60m,最浅水深为-11.0m,位置靠近西侧航槽底边线。回淤方量大约为8万m3。在9#浮鼓上下约500m范围,存在全航槽浅淤的情况,对通航安全影响较大。

2.2航道疏浚遇到生活垃圾,施工效率低下

鉴于应急抢险时间紧迫,距离业主要求的节点仅剩6d时间,项目部迅速调遣大型耙吸船进场,前期施工过程中,耙吸船直接采用常规的挖运抛施工工艺,但下耙后发现耙头很快出现严重堵耙现象,即管内泥浆流速接近于0,泥泵真空度异常升高,>-0.9bra,水下基本处于不可挖状态,不能满足施工要求,通过对高压冲水压力、波浪补偿器压力、水深测量数据以及现场工况等方面进行原因分析,得出结论为大型耙吸船泥泵功率较大,对泥浆的抽吸作用较强,施工过程中会吸附大量的生活垃圾导致耙头堵塞,而堵塞的主要物质为航道内淤泥表层堆积的特殊生活垃圾。莲花山东航道表层垃圾基本以编织物和塑料袋为主,由于水下生活垃圾在耙头耙松挖掘的过程中以及泥泵的抽吸作用经吸泥管道进入泥泵,导致此类生活垃圾极易堵塞住耙头和吸泥管,使船舶无法有效施工,需经常起耙清理耙头然而且清理耙头垃圾时间较长,严重影响施工效率和施工进度。

3.方案比选

根据以往在广州港出海航道的施工经验,一般先采用抓斗船清理表层垃圾,然后再用耙吸船开挖底层淤泥,但由于抓斗船施工程序为非连续性挖泥,速度慢效率低,且在进出港主航道内抛锚势必影响通航安全,因此此种方法仅适用在航槽底边线附近施工;另一种方法则是采用小型耙吸船直接开挖,但同样面临需经常清理耙头垃圾导致时间耗费多的问题。考虑到应急抢险的现场实际,项目部迅速从附近工地调遣大型耙吸式挖泥船进场,并在施工实践中摸索出先拖后挖的施工工艺对航道进行疏浚清淤。

4.先拖后挖法的处理应用

4.1施工工艺

先拖后挖法是指耙吸船不开启泥泵,先用耙头对航道底部垃圾进行覆盖式拖带并在过程中开启高压冲水,当施工布线对航槽浅区全覆盖一遍后,对缠绕堵塞在耙头表面的以编织物、塑料袋为主的垃圾进行清理,清理完毕后下耙并开启泥泵按照常规装舱溢流的施工方法进行挖运抛处理。如若堵耙现象仍然严重,则重复对航道底部垃圾进行二次拖带,其施工工艺流程如下:施工准备→覆盖式拖带→清理垃圾→施工上线→挖泥装舱→调整溢流档→确定装舱平衡点→重载航行→至淤泥区→抛泥→轻载航行→施工上线。

4.2施工方法

(1)施工准备。根据最新的多波束测量水深数据以及设计水深要求制作耙吸船的CAD背景文件和施工文件,施工文件由专门的软件制作,分别有测量矩阵、理论矩阵、挖掘矩阵,以此为耙吸船提供作业依据。此外,施工前对耙吸船平面精度和下耙深度的校核也是必不可少的准备工作。

(2)针对施工区水深情况以及耙头宽度对航道进行布线,确保船舶开挖轨迹布满航道施工浅区,根据本次维护要求,不开启泥泵将耙下至-13m水深,开启高压冲水泵,将压力调至13bra,调整耙头对地角度,确保耙齿受力均匀,接着在施工区段以2.5kn左右的速度进行覆盖式拖带施工。

(3)待拖耙轨迹全面覆盖航道浅区后,启动泥泵,下耙至-13m,启动高压冲水2台,压力13bar,查看挖泥情况,如有大幅度改善,就保持泥泵开启状态挖泥装舱;若效果仍不理想,则关闭泥泵,重复第一个步骤继续来回拖耙布线,根据现场实际施工情况再定时机启泵挖泥。

(4)当确定航道底部垃圾对挖泥基本不构成影响后,采用常规的装舱溢流法施工,耙吸船在浅区范围内下耙至开挖深度,使耙头与水下原泥面接触,通过耙吸船的推进装置使船舶在航行状态下拖动耙头前移,对水下土层的泥沙进行耙松和挖掘,利用泥泵的抽吸作用将耙头吸入口挖掘的泥浆吸入,最后经泥泵的排出端将泥浆装入挖泥船自身的泥舱中。当泥舱装满疏浚泥沙后,停止挖泥,起耙航行至指定的抛泥区抛卸,再轻载返航至原施工区,如此自挖、自航、自卸循环作业。

4.3施工管理控制要点

(1)在施挖过程中,挖泥长需仔细观察泥泵真空度、泥浆浓度和流速等参数,一般当泥泵真空度出现异常升高,>-0.9bra,流速降低(2)由于本施工段土质均为淤泥,其泥浆浓度不均匀且不易在泥舱内沉淀,因此需要提高泥舱内的泥浆浓度以达到增加装舱量的目的。首先应在挖泥装舱之前抽干泥舱中的残余水,并在开始和结束挖泥时将耙头所挖吸的清水和较稀的泥浆排出泥舱外,其次应采用长时间溢流满舱满载装舱法进行施工。

(3)在保C安全的前提下,应做到施工与通航相协调,合理避让,把后握好让出航道的时机,当大船过后,尽快恢复施工,并尽量利用让出航道的时间清理耙头垃圾。

5.实施效果

将采用先拖后挖法施工后的施工参数与之前的记录做对比,发现进舱管内泥浆密度及流速明显提高,泥泵真空度降低,达到预期效果,且堵耙现象明显减少,施工效率大幅度提高。前后施工工艺参数对比见表1。

6.结束语

综上所述,本次应急抢险施工区域位于来往船舶密集的进出港主航道,监理、业主及外部单位监管力度大,项目部耙吸船摸索出先拖后挖的施工工艺,不仅避免了使用抓斗船开挖影响通航安全,同时也有效提高了挖泥效率,在后续施工节点中,项目部耙吸船对西基调头区、新沙航道段的清淤疏浚都采用了此项工艺,均取得理想的效果,按时通过第三方验收测量。

参考文献:

[1]JTS 207-2012.疏浚与吹填工程施工规范[S].北京:人民交通出版社,2013.

[2]王钧杨.航道疏浚工程中的关键施工技术[J].珠江水运,2017(02):70-71.