| 标题 | 大型耙吸式挖泥船精挖施工工艺在航道工程中的应用研究 |
| 范文 | 龙真健 摘要：在对深水航道进行疏浚施工的过程中，挖泥船具有无法被替代的作用，如何使超挖废方的问题得到有效解决，自然成为人们关注的重点。文章由三部分内容构成，首先系统地介绍了广州港深水航道拓宽工程概况，其次分析了耙吸挖泥船的常用工艺，最后根据工程特点和需求，围绕动态控制系统的应用展开讨论，内容涉及施工布置、数据对比等方面，供有关人员参考。 Abstract： In the process of dredging the deep water channel， the dredger plays an irreplaceable role. How to effectively solve the problem of over-excavating waste has naturally become the focus of people's attention. The article is composed of three parts. First， it systematically introduces the general situation of the Guangzhou Port deepwater channel widening project. Second， it analyzes the common technology of the trailing suction dredger. Finally， it discusses the application of the dynamic control system according to the characteristics and needs of the project. The construction layout， data comparison and other aspects are discussed for the reference of relevant personnel. 关键词：精挖;定深开挖;自航耙吸挖泥船;航道工程 Key words： precision excavation;fixed depth excavation;self-propelled trailing suction dredger;waterway engineering 中图分类号：U616+.21? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）11-0171-02 0? 引言 大型耙吸挖泥船的施工過程，较易受到地质、潮位、工艺等因素的影响，从而出现为使竣工后水深与设计要求相符，增加开挖深度的情况，由此而引发的问题，主要表现在两个方面：其一，施工效能降低，其二，资源被大量浪费。事实证明，对动态控制系统加以应用可以使上述问题得到有效解决，应当引起高度重视，本文所研究内容的现实意义，自然不言而喻。 1? 工程概况 疏浚行业的服务对象，正由港口建设向其他领域进行拓展，这也给该行业带来了全新的挑战和机遇。本文所讨论工程是珠江口伶仃洋开展的广州港深水航道拓宽工程，施工内容是以现有航道为基础，对其进行拓宽，将航道宽度由243m变为385m，挖槽宽度也由235m～239m变为379.4m～381m，设计水深是-17m。其施工范围如下：南起位于珠江口隘洲岛西侧的水深区，北至位于广州港南沙港区的龙穴岛作业区[1]。伶仃航道、口门航道、大濠航道均在施工范围内。地理坐标是在21°59′N～22°38′N、113°40′～113°54′E之间。另外，在研究施工工艺的应用时，需要有关人员引起重视的部分，还包括工程Ⅳ标段的施工内容，即：广州港深水航道拓宽工程为伶仃航道24#浮以北，约8.2km长航段的航标工程、疏浚工程。 2? 耙吸挖泥船的施工工艺 耙吸挖泥船是备用吸泥装置、挖掘机具的自航挖泥船，在进行挖泥作业时，将耙吸管置于河底，借助真空作用对泥浆进行吸入，待吸泥仓满，在航行到抛泥区，将泥浆卸下、排出。部分挖泥船还具备吸出、吹填吸泥仓泥浆的功能。其优势体现在以下方面：第一，航行性能良好，满足自航、自载以及自卸的要求;第二，在航行的状态下工作，定位需求低。在开挖或维护狭长、无掩护航道的过程中，使用频率和开挖效率普遍较高。 正常情况下，可供自航耙吸挖泥船使用的工艺有三种，分别是吹填施工、装舱施工和边抛施工。其中，使用频率较高的工艺为装舱施工，该施工工艺的特点如下：进入开挖区域后，挖泥船将耙管及耙头置于水下，当耙臂与弯管吸口对接完毕，将泥泵机启动，耙头深度以疏浚系统参数及传感器参数深度，当时潮位作为综合依据，将耙头下降至挖掘泥面深度，保证耙管内泥浆、清水，均能向舷外直接排出。泥浆浓度达到正常水平后，将舱闸阀打开，进行装舱，随着泥浆被大量吸入，低浓度泥浆通过溢流口溢出。对该施工工艺加以使用的重点是控制溢流时间，尽量增加泥舱的装载量，再停泵起耙，完成运送、抛卸泥沙的作业[2]。在对本文所讨论工程进行施工的过程中，有关人员以挖泥航速、施工区段的长度为依据，对溢流时间加以确定，在保证船舶装舱量最大的前提下，将挖泥船次增加，提高施工效率。 3? 大型耙吸挖船精挖施工工艺的应用 耙吸挖泥船的工作方式是边航行、边疏浚，疏浚装置是船体尾部、两舷处安装的耙头。船的大小用舱容积表示。在实际施工的过程中，为保证开挖精度，有关人员提出了对动态控制系统加以应用的设想，所取得效果也十分显著。 3.1 所需机具 在拓宽航道开始前，有关人员应以工况为依据，对施工所需机具加以确定。珠江口伶仃洋的水文特征，可以归纳为以下几个方面：首先，径流。若以年为单位展开调查，所获数据表明珠江径流的变化较小，较易受季节影响，出现分配不均的情况，前滩的单宽流量、平均流速，均明显小于深槽。其次，余流。下泄河川径流是余流的主要构成，余流方向、大小和泥沙运移的关系十分密切，表层余流的流向，往往呈现出偏南的特点，表层流速最大，逐渐递减。再次，潮汐与潮流。作为不正规的半日潮代表，伶仃洋的特点，主要是无潮涌、潮差小。流向近似南北向，流速差异明显。最后，泥沙。以年为单位进行统计，伶仃洋所进入悬沙约为3064万吨/年，较大的海域面积、复杂的动力条件，均加剧了泥沙淤积的情况。本文所讨论工程的标段疏浚土以淤泥、细砂混贝壳为主。 以上文所讨论水文特征为依据，确定施工所用耙头——冲刷型耙头，具有高压冲水的功能。利用冲刷型耙头对细砂、淤泥进行开挖，可以使破土能力得到显著提升。不同阶段所适用耙齿的形状，往往存在显著差异，现有耙齿的形状以尖齿、平齿为主，交替使用往往可以获得事半功倍的效果。工程进入收尾阶段，有关人员应用平齿对尖齿进行替代，增加耙齿密度，调整耙齿的排列方法，由平行排列变为交错排列[3]。事实证明，这样做既可以避免出现垄沟现象，还能够强化基槽表面的平整度，使浅点得到更好扫除。另外，疏浚区的泥层，应开挖1m～2m厚，开挖厚度的平均值以1.5m为最佳，泥層相对较薄。将下耙精度提高，可以使工程废方开挖得到显著减少，在保证施工质量的基础上，缩短工期，提高效益。 3.2 动态控制系统 3.2.1 原理 作为常用测量方法，动态控制系统的优势，主要是其更加适应野外的环境，所获得测量结果的精度也更高，通常可以达到厘米级。动态控制系统以载波相位的动态查分技术为核心，作业效率因此而得到提高。近几年，趋于成熟的水深测量技术被应用在诸多领域，其中，最具代表性的领域就是实时潮位控制，基本原理如下：根据已知控制点提供的信息，将基站设置在岸上，再将移动站设置在船舶上，结合已知参数、高程数据，对实地高程和实时高程进行计算，确定设计高程和水面高程的差距，为下耙深度的计算提供参考。 3.2.2 施工布置 定位控制网和水深测量保持同步，二者共用基站。利用控制点，对施工控制网进行覆盖，将基站架设在与施工区距离较近的区域，作为施工定位基站，这样做可以使设备兼容的问题得到有效解决。在驾驶台外部的中间区域对移动站进行布置，能够将船舶摆动所带来的影响降到最低，数据采集准确性，自然会得到提升。 3.2.3 数据对比 出于对计算所得高程差精确性加以验证的考虑，对船上移动站、潮位观察站进行设立，比对收集所得数据，得出最终结论。在开展此项工作时，有关人员应对现场条件、疏浚区的离岸距离进行综合考虑，确定能够为移动站数据提供对比的观测站具体位置。 3.2.4 精挖动态管理 以疏浚水深的测量图纸为依据，开展精挖动态管理工作，参考施工区宽度、泥层厚度，完成分条、分层施工的任务，对于起伏大、泥层厚度不均的区域，相关人员可以选择对下耙深度进行动态控制，保证挖深效果符合预期。在此基础上，综合考虑设计断面要求、船舶性能，对分层开挖的方案加以确定，加大对浚后平整度进行控制的力度。另外，在控制耙吸式挖泥船时，有关人员应重点提升控制的精细水平，保证工程与验收标准符合，通过减少废方开挖的方式，避免超宽、超深现象的出现。 3.3 多波速测量 多波速测量系统现已在水深测量、水底地形勘测领域得到了广泛应用，其优点主要体现在三个方面，首先，具有良好的密度和精度，其次，覆盖面积大，最后，可以对所测水底地形进行客观反映。传统的单波速测量，不仅方式固定，而且仅能对换能器下方水深进行测量，如果所测水底的地形较为特殊，测量精度也难以得到保证[4]。覆盖面更宽的多波速测量，可以使测量效率得到显著提高。本文所探究工程的特点，主要是风浪天气多，施工区域大，质量要求严格。对测量效率进行提高，可以使疏浚开挖的质量得到保证。对传统方法加以应用，虽然可以反复调整方案，却仍然无法使施工需要得到最大程度的满足，因此，应用可以对船舶精挖控制提供精准指导的多波速测量，具有突出的现实意义。 3.4 施工质量保障措施 3.4.1 准备阶段 首先，全面了解现有工艺，结合珠江口伶仃洋的特点，比选所制定方案，在保证施工质量的基础上，缩短工期;其次，前往施工现场展开调研，调整所制定方案，对图纸会审、技术交底等工作引起重视;再次，由于精挖施工对挖泥船等设备的依赖性较强，因此，在施工正式开始前，有关人员应对设备进行检查，避免由于设备存在问题，导致工期延长;最后，校准测量设备与系统，增强可靠性。 3.4.2 施工阶段 其一，以行业、项目规程为依据，按部就班完成施工;其二，综合自检、专检、互检等检测方式，在条件允许的范围内，尽量增加检测频率;其三，对于重点工序，应将施工方案的制定，交由总工程师完成，在专项交底的基础上，通过全程监控的方式，将出现问题的几率降到最低;其四，选派专人对施工文件进行管理，保证文件内容规范、真实且有效。 3.4.3 竣工阶段 首先，制定验收计划，通过预验收的方式，为遗留问题预留出充足的整改时间，使其所带来影响被降到最低;其次，按照有关规定，整理并归档竣工资料;最后，履行所作出质量承诺，保证项目能够带来应有的经济效益与社会效益。 4? 结论 综上所述，耙吸挖泥船的作业效果若需达到精挖，关键是对动态控制系统加以应用，事实证明，合理使用该系统不仅可以提高作业的自动化水平与精度，还能够提高作业的质量及效率，疏浚超标、深度不足等问题自然也会得到有效解决。希望文中讨论的内容可以在某些方面给人以启发，为相关作业的开展奠定基础。 参考文献： [1]蔺永学，尹纪富，洪国军，等.喷嘴结构对耙吸挖泥船高压冲水性能影响的试验研究[J].中国港湾建设，2019，39（12）：37-40. [2]沈志平，曹洪建，陈国建，等.耙吸挖泥船带水下泵耙管阻力的数值水池预报研究[J].船舶，2019（06）：13-26. [3]逯新星，魏建峰，陈少军.大型耙吸式挖泥船泥舱格栅设计与装舱溢流损失探讨[J].中国港湾建设，2018，38（10）：65-69. [4]吕玉棋.港口航道疏浚工程中耙吸挖泥船驾驶技术对施工影响分析[J].航海，2020（01）：31-34. |
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