劉延濤

摘 要：本文基于大連船舶重工集團船務(wù)工程有限公司修船建設(shè)項目碼頭前沿水域及港池疏浚工程，著重討論了新海鷗輪在工程建設(shè)中的施工技術(shù)要點，且探討總結(jié)了施工管線和縮口布置、分條分層施工、邊坡質(zhì)量控制和工程經(jīng)驗措施等，從而為絞吸船在類似質(zhì)量工程中的施工提供一定的理論依據(jù)和實踐參考。

關(guān)鍵詞：“新海鷗”輪;絞吸挖泥船;疏浚;施工技術(shù);施工效率

中圖分類號：U616 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）08-0125-04

1工程概況

本工程的施工內(nèi)容包括內(nèi)灣南岸西中島東側(cè)標段的疏浚挖泥工程，以及疏浚吹填，將疏浚土方吹填至指定的納泥區(qū)，總面積約177萬m2，吹填頂標高+5m。

疏浚區(qū)的土質(zhì)是塑性粘土夾一定量碎石，天然土的平均密度約1.85g/cm3。疏浚區(qū)域為500m×200m和1000m×200m（長×寬），疏浚前平均水深約-6.0m，疏浚至設(shè)計水深-9.2m，疏浚區(qū)北側(cè)寬度28.4m區(qū)域，設(shè)計浚深至-4.0m。疏浚管線情況：總長2806～3518.54m，船上管60m，水上浮管560～800m，岸管126～1210m，沉江管1628～2840m，排泥管直徑850mm。排泥口直徑600～850mm，隨著管線的延長，排泥口直徑不斷擴大;區(qū)域北側(cè)、東側(cè)和南側(cè)按設(shè)計邊坡開挖，分別按1：2、1：2.5和1：5的坡比向外放坡，西邊線按垂直邊坡施工，不計超深。

2 施工技術(shù)難點

本工程是質(zhì)量工程[1]，對浚后水深和邊坡質(zhì)量要求較高，因此，“新海鷗”輪在實際施工中主要遇到了以下3個問題：

（1）如圖1所示，施工區(qū)上下土層土質(zhì)變化較大，且含石量較大，對管線磨損較嚴重。施工土質(zhì)多為塑性粘土，為五類土，3500方絞吸船挖掘和輸送該類土難度較大，泥土在輸送過程中易在管道內(nèi)粘結(jié)成團，且土中含有大量碎石，導(dǎo)致管道泥漿輸送流態(tài)不穩(wěn)定且無法預(yù)測。

（2）土質(zhì)較粘、水下石頭等垃圾雜物較多，導(dǎo)致開泵、清吸口時間較長。

（3）由于本工程對邊坡、水深要求較高，尤其是基槽北、南側(cè)邊坡，施工區(qū)原始水深多為零上水位，塌方現(xiàn)象嚴重，邊坡不易形成，因此需合理控制絞刀深度和放坡距離。

3 施工技術(shù)要點

絞吸挖泥船排泥管線和縮口大小的布置，對整個工程施工效率的有效發(fā)揮、機器設(shè)備的安全運行以及降本增效起著決定性的作用。

3.1合理鋪設(shè)管線防止堵管現(xiàn)象發(fā)生

浮管與灘地管、沉江管的連接應(yīng)根據(jù)地形和水位變化來選擇適當?shù)倪B接方式，管線鋪設(shè)應(yīng)避免出現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)彎，浮管與沉江管之間的端點站現(xiàn)固定牢固，防止因水流影響而出現(xiàn)移動，否則管路泥漿經(jīng)過彎折區(qū)段時會引起額外的阻力消耗。同時，當體積較大的固體物質(zhì)難以經(jīng)過時，即使平均施工泥漿濃度不高，也會直接造成管道堵塞。局部管徑的突然變小，會加劇泥漿在管路流動時與管壁相互作用而產(chǎn)生的漩渦程度和紊動強度，阻力損失因此而增加。此外，管路也不能出現(xiàn)泄漏，否則泄漏點前后的流量會發(fā)生改變，引起管路內(nèi)流速的局部改變，若沒有及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，在泄漏點之后的泥漿會因流速的減小而沉降，引起管路阻力的逐步增大，進一步發(fā)展會發(fā)生堵管現(xiàn)象。因此，在日常施工過程中，應(yīng)根據(jù)船舶施工參數(shù)變化情況，及時跟蹤和檢查排泥管線的密封性。

3.2合理計算沉江管長度

由于沉江管線修理麻煩，出現(xiàn)泄漏時也較難發(fā)現(xiàn)，且存在上下兩個爬坡產(chǎn)生較大水流磨損阻力，一般盡量減少使用，所以合理準確計算沉江管長度以減少多余管線阻力，也是日后施工過程中提高施工效率和時間利用率的關(guān)鍵。如圖2所示，為簡化計算，管線視為圓弧，且一般取值60°（α=60°），假設(shè)沉江管AB的設(shè)計圓弧長度為L1，在平面上的投影長度，即沉江管的長度，為AB的直線長度（即主、副端點垂直距離）L。沉江管長度S的計算公式如下：

“新海鷗”輪在大船重工碼頭前沿水域及港池疏浚工程的施工中，需跨越最大水域?qū)挾葹?340m，由此可計算得S≈2830m，即所需管線長度為2830m。而實際施工根據(jù)水下地形情況，鋼質(zhì)管線（每節(jié)12m）及橡膠軟管（每節(jié)2m）布設(shè)的長度約為2840m。

3.3合理確定排泥管線縮口大小

本工程施工排距在2806～3518.54m，上層表面有一定量的淤泥，對粘土管道輸送起到潤滑作用，施工流速較高，泥泵機組柴油機負荷也較大;下層是純粹的塑性粘土，施工流速隨濃度的提高下降很大。如果在施工中不加以合理控制，很容易造成堵管現(xiàn)象發(fā)生。合理確定排泥管線縮口大小并通過合理調(diào)整泥泵機組轉(zhuǎn)速，既能適合上層施工又能滿足下層施工要求，并達到較高的施工效率。

排泥管線縮口大小應(yīng)滿足以下條件：

（1）在管徑、排距一定范圍下，排泥管線出口所安裝的縮口必須滿足泥泵機組柴油機最低轉(zhuǎn)速安全運行要求;

（2）針對施工區(qū)上下泥層土質(zhì)變化，所安裝的縮口必須滿足上下泥層施工時，土質(zhì)在泥管中能得到合理有效輸送，即滿足在高濃度狀態(tài)下，上層較松軟土質(zhì)在輸送過程中泥泵機組不超負荷，在下層硬塑性粘土輸送時又要確保不堵管;

（3）在滿足設(shè)備安全運行條件下，施工效率能達到最大化，萬方油耗指標達到最低，真正達到節(jié)能降耗的目的。如表1所示，根據(jù)《新海燕 新海鷗輪施工工藝》[2]，“新海鷗”輪管徑850mm的排泥管縮口直徑折算成同管徑直管的長度。

3.4合理分條、分層是提高船舶施工效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

為了確保工程優(yōu)質(zhì)完成，在船舶施工期間，減少換樁、泵送清水、移船等無效施工時間，以最大程度上提高船舶施工效率。在絞刀挖掘能力的容許范圍下，通過不斷優(yōu)化分層厚度，并利用表層所含的淤泥起到管道輸送“潤滑”的作用，上層施工效率得到最大發(fā)揮。合理確定施工分條寬度，有效發(fā)揮整體施工效率。

“新海鷗”輪由港池南側(cè)進點施工臨時通道，待通道施工完畢，調(diào)整排泥管線后進點指定區(qū)域，從邊線進點，首先開挖北側(cè)第一絲，從西向東施工，然后再施工南側(cè)第二絲，每絲寬度100m。如表2所示， 如果不進行分層開挖，按驗收標高-9.2m進行測算，“新海鷗”輪的平均施工效率約在916.8 m3 h-1左右，施工效率較低。這一方面是因為泥質(zhì)粘性較大且含有大量的碎石，難輸送、易成團、流動性較差;另一方面是因為施工工藝不合理，未分層、進關(guān)量2.0m，使得泥層切得太多太厚。施工區(qū)域泥層平均厚度為3m，如果“新海鷗”輪每條分兩層開挖，即上層為-7.5m+水位，下層為-9.3+水位，再適當減小進關(guān)量在1.2～1.5m，使浚后水深達到-9.2m。對比發(fā)現(xiàn)，分層開挖使得施工效率明顯有所提高。

3.5邊坡施工質(zhì)量控制

絞吸船在開挖邊坡時，一般采用階梯形開挖法和矩形開挖法。當進行泥層較薄、臺階少的邊坡施工時，采用矩形開挖法;當進行泥層較厚、臺階多的邊坡施工時，采用階梯形開挖法。其原則是：上欠下超，超欠平衡，開挖后的邊坡臺階土體在自重和動水的作用下，自然坍塌后形成的邊坡可滿足設(shè)計要求。根據(jù)本工程開挖邊坡施工質(zhì)量要求，不宜一次開挖形成邊坡，因此“新海鷗”輪在施工過程中采取階梯形開挖法。同時，本工程在開挖邊坡時，由于離碼頭較近，采用與碼頭平行開挖，從而有效避免因垂直碼頭開挖形成開挖死角，提高時間利用率。

如表3所示，必須根據(jù)土質(zhì)情況，選取適宜的設(shè)計邊坡比，以確保邊坡的穩(wěn)定性。邊坡比是邊坡的主要參數(shù)，其定義是邊坡高度與寬度的比值。由于受土質(zhì)特性和水利條件影響，不同土質(zhì)的邊坡穩(wěn)定性各不相同。

實際施工中，臺階深度確定后，需合理分層進行開挖，如果分層厚度過大，易導(dǎo)致邊坡大規(guī)模塌方，致使邊坡無法滿足設(shè)計要求;如果分層厚度過小，邊坡坡度無法形成，施工效率也較低。在采用階梯形開挖法開挖臺階時，臺階分層厚度一般選取為1.0m～2.5m之間進行選擇。臺階寬度即不同臺階絞刀深度下的放坡距離，其值可根據(jù)上下臺階深度差值與邊坡比求得，同時結(jié)合絞刀實際切泥深度值，從而可得不同絞刀深度應(yīng)做至邊線何處。

如圖3所示，本工程邊坡主要以基槽北、南側(cè)邊坡為施工難點，基槽底設(shè)計深度為-9.2m，基槽邊線深度即邊坡底設(shè)計深度為-6.2m，上下層的高度差為1.5m，邊坡各臺階設(shè)計深度分別為-6.2m、-7.7m和-9.2m，北側(cè)基槽底以上的土質(zhì)主要是塑性粘土，且整個工程離碼頭較近，坡度需較緩，因此邊坡比選取為1：2，基槽底至基槽邊線距離為6m，放坡距離為3m;南側(cè)基槽底以上的土質(zhì)主要是軟粘土和淤泥，施工區(qū)泥層較厚，極易坍塌，因此邊坡比選取為1：5，基槽底至基槽邊線距離為15m，放坡距離為7.5m。

如圖4所示，絞刀頭與橋架并不完全成一直線，存在約15°的角度，但通過換算發(fā)現(xiàn)這15°的角度對不同絞刀深度下所對應(yīng)的理論最佳挖寬值基本不會產(chǎn)生誤差，因此在絞刀實際切泥深度值的計算公式中忽略不計。此外，由于在計算絞刀深度時，以施工基準面至吸口假定線的垂直距離，并未將吸口前絞刀的垂直投影距離計算在內(nèi)，但是真正接觸并切削泥面的是絞刀，因此在實際施工中，為保證邊坡質(zhì)量，絞刀深度不能直接采用臺階設(shè)計深度值進行開挖，必須根據(jù)絞刀實際切泥深度值（h+s）進行計算。

根據(jù)求得的邊坡底設(shè)計深度（-9.2m）和絞刀實際切泥深度計算方法，同時考慮到泥質(zhì)為粘土，塌方、流動性較大，可適當抬升橋架，則實際施工中絞刀深度可確定為-8.8m;臺階分層厚度為1.5m，則各斷面施工絞刀深度分別為-8.8m和-7.3m，由此可確保邊坡各臺階斷面標高滿足設(shè)計標高，形成邊坡。根據(jù)本工程工后水深測量情況，邊坡坡度、臺階斷面標高等參數(shù)完全符合設(shè)計要求。

4 工程經(jīng)驗措施

在實際質(zhì)量工程施工中，對水深要求較為嚴格，為避免出現(xiàn)淺點、漏挖、超深等不利影響而造成經(jīng)濟損失和確保工程質(zhì)量，應(yīng)做好以下幾點：

（1）制定并及時調(diào)整施工方案。施工前，應(yīng)根據(jù)工程概況，尤其是施工區(qū)域的浚前水深、土質(zhì)及管線的布置，制定好工程初期的施工方案;在施工中，對所發(fā)現(xiàn)的問題及時分析處理，調(diào)整施工方案。

（2）勤測水深。施工中，調(diào)整施工方案后，及時測量水深，并根據(jù)水深測量結(jié)果再次調(diào)整施工方案，從而避免水深測量不及時而造成淺點或超深。

（3）核對潮位及水砣繩。施工中潮位經(jīng)常處于漲潮或落潮狀態(tài)，尤其是在潮位變化較大的地區(qū)施工，潮位每幾分鐘就會變化一次，應(yīng)根據(jù)潮位的變化，及時調(diào)整絞刀下放深度，當潮位變化異常時，根據(jù)潮汐表進行判斷解決。此外，水砣繩由于長時間使用，可能會因膨脹收縮而使測量精度產(chǎn)生偏差，應(yīng)每隔一段時間對水砣繩進行校核，使精度偏差在可控范圍之內(nèi)，確保工程質(zhì)量。同時，水砣繩可以選擇細鋼絲、電線等材質(zhì)來代替棉麻繩，因為這些材質(zhì)即使在使用一段時間之后也不容易縮水，對水深測量誤差影響較小，從而保證測量精度。

（4）校對絞刀深度。在實際施工中，絞刀深度對水深的影響較大，不能忽略了絞刀深度的校對。絞刀深度是由船舶疏浚輔助系統(tǒng)（SCADA），根據(jù)上下起點位置（即上下零點）之差，上起點位置為工程施工基準面，下起點位置一般采用假定位置，以絞刀的吸口中心為假定線及潮位變化計算得出。但絞刀深度值會受船舶前傾后仰、耳軸偏向、系統(tǒng)誤差累計等因素影響，造成誤差。當發(fā)現(xiàn)誤差時必須及時校對，消除誤差，防止水深不夠再進行掃淺施工，耗費人力物力，從而達到降本增效的目的。

5結(jié)語

“新海鷗”輪在大連船舶重工集團船務(wù)工程有限公司修船建設(shè)項目碼頭前沿水域及港池疏浚工程施工中，通過及時采取措施調(diào)整施工方案，克服了排距較長施工效率低、水下石頭多對管線磨損嚴重、土質(zhì)較粘難輸送、塌方嚴重邊坡不易形成等諸多不利影響，不斷提高船舶的時間利用率、施工效率，逐步降低萬方油耗。

參考文獻：

[1]中交上海航道局有限公司.疏浚技術(shù)培訓(xùn)教材[Z].

[2]中交上海航道局有限公司東方疏浚工程分公司.“新海燕”“新海鷗”輪施工工藝[Z].