耙吸式挖泥船施工工藝研究論文
耙吸式挖泥船施工工藝研究論文
摘要：針對耙吸式挖泥船在通航航道疏浚施工作業過程中，特別是通航航道跨度較長且拋泥區運距較遠的航道疏浚工程，往往受施工方法、航運、工況等多種因素影響，本文作者結合自己多年的工作經驗以及所學知識，依託耙吸式挖泥船自身效能的優勢，透過比選耙吸式挖泥船施工方法，結合榕江航道整治工程工況條件，擬定最佳施工工藝，達到保質保量按期完成工程建設任務和為企業創造更高的經濟效益，同時希望為專案管理者提供一些可靠的建議。
關鍵詞：耙吸挖泥船；施工工藝；工程應用
一、前言
在日益激烈並且具有全球化趨勢的競爭中，耙吸式挖泥船憑藉其優異的效能與多種施工方法在當今激烈的競爭市場中脫穎而出。但耙吸式挖泥船也易受多方面因素影響，包括其施工工藝選擇以及對其的日常管理，這會直接影響到專案的建設目標以及經濟效益，而耙吸式挖泥船施工工藝選擇的好壞對於一個建設專案而言起著舉足輕重的作用。所以，在進行實際施工操作中，如何選用最適合的施工工藝成為專案管理者所面臨的一個很重要的問題。
二、工程概況
1．工程簡介。
榕江航道整治工程（北河梅東大橋~地都水利下河段）RJ3合同段主要以疏浚航槽為主，疏浚總長31.8km，疏浚總工程量約180萬方，疏浚土質主要為二類土淤泥；榕江北河梅東大橋~榕東大橋10km河段按單向通航1,000t級海輪標準進行建設，開挖水深為6.0m，航槽底寬為56.8m，挖槽設計邊坡為1：4；榕東大橋~雙溪咀4km河段按雙向通航3,000t級海輪標準進行建設，開挖水深為6.0m，航槽底寬為96.8m，挖槽設計邊坡為1：4；榕江干流雙溪咀~地都水利下17.8km河段按全潮雙向通航5,000t級海輪標準進行建設，開挖水深為8.1m，航槽底寬為140.2m，開挖設計邊坡為1：6。
2．工程工況條件。
（1）水文榕江的潮汐屬於不規則半日潮，日潮不等現象顯著，潮位在一天內兩次高潮和兩次低潮均不相等，月內有逆、望大潮和上弦、下弦小潮，平均週期約十五天，在一年中，一般夏潮高於冬潮，最高、最低潮位分別出現在秋分和春分前後，且潮差最大，夏至、冬至潮差最小。降雨量是榕江流域地表的唯一來源，屬雨水補給型，地表徑流的變化與降雨量基本一致。（
2）氣象本專案位於廣東省的東南部，緯度較低，北迴歸線攔腰穿過，瀕臨南海，受海洋氣象調節，季風影響明顯，屬南亞熱帶季風氣候，長夏無冬，日照充足，雨量充沛，氣候條件尚好。颱風為本工程主要災害性天氣，7~9月為颱風季節，颱風期間水域將出現大風天氣，最大風力在12級以上。
（3）航運榕江主要承擔跨省市、涉及國計民生的能源、原材料等大宗物資運輸和廣澳深水港的疏運，為重要物資運輸和城市發展提供有力保障，榕江航運在粵東地區綜合運輸中佔有十分重要的地位。隨著粵東經濟持續、快速發展，透過汕頭港進入榕江航道的大噸位江海船舶日益增多，航運日益繁忙。
3．拋泥區。
本工程拋泥區為汕頭表角疏浚物海洋傾倒區，其傾倒面積為5.54km2，位於榕江入海口達濠島表角以東。汕頭表角疏浚海洋傾倒區至本工程疏浚區平均運距約為30km。
綜上可知，本工程通航航道疏浚跨度長，拋泥區距疏浚區平均運距較遠，榕江航運較繁忙的特點，施工管理者如何選擇耙吸式挖泥船施工工藝成為本工程重中之重
三、耙吸式挖泥船的優劣
1．耙吸式挖泥船的自身優勢。
耙吸式挖泥船是邊航邊挖泥的自航縱挖式挖泥船，在施工作業中的最大特點是各道工序都可以由挖泥船本身獨自完成，不需要其他輔助船舶和裝置來配合行動。
（1）耙吸式挖泥船的航行效能好由於疏浚裝置的不斷改進，大多數耙吸式挖泥船都在船艏裝備橫向推進器，使船舶具有靈活的機動性，提高了船舶的操縱效能。同時耙吸式挖泥船尤其是大中型耙吸船憑藉其自身抗風能力強的特點，可以在風浪大而又無掩護的海港、錨地、進港航道等水域進行施工作業，施工效率受海況、天氣等自然因素影響較低。
（2）耙吸式挖泥船適用性廣隨著疏浚技術的不斷進步，如新型耙頭、高壓沖水、潛水泵的運用和耙齒的改良，耙吸式挖泥船效能得到不斷提高，適用於絕大多數河床與海床的'土石方開挖。耙吸式挖泥船由於不需要在施工作業過程中進行拋錨以及纜索固定，也不需要拖輪、泥駁等輔助船舶配合，靠其自身效能可以完成自航、自挖、自載及自卸流程，可以將所挖掘出來的泥沙運往指定的拋泥點進行開艙卸泥，使耙吸式挖泥船的工作水域大大減小，對於來往船隻的影響較小，適用於各種有通航要求的運河以及港口施工，同時也可以憑藉其高效的航行效能適合在較為狹窄的水道中進行施工作業。
2．耙吸式挖泥船的自身劣勢。
耙吸式挖泥船對於較硬與顆粒較大的粘土與砂石難以進行挖掘，工作效率會有大幅度的下降，最適用於挖掘較為鬆軟、顆粒較小的淤泥和流沙（挖掘淤泥時工作效率最高）。
另外，耙吸式挖泥船對泥沙進行挖掘時，由於其是利用泥泵的真空吸力作用，會將施工水域中的水一起吸入耙吸式挖泥船上的泥艙，影響了其單次的挖泥量與工作產量。
四、耙吸式挖泥船的施工方法
1．裝艙（裝艙溢流）施工法。
裝艙（裝艙溢流）施工法是現今為止我國使用頻率較多的一種常規施工方法，也是最為基本的方法。裝艙（裝艙溢流）施工法是海床或河床要有足夠的深度、空間來滿足船舶裝載吃水、航行、調頭等要求，還要有適宜的拋泥區，當滿足了以上條件後方可選擇此施工法進行施工作業。耙吸式挖泥船先定位上線下放耙頭至規定的地點和深度，透過船上的推進裝置，使耙吸船在航行中拖曳耙頭進行擾松作業，靠離心泵抽吸作用將低濃度泥漿吸至耙吸式挖泥船自身設定的泥艙中，同時開啟溢流口邊挖泥裝艙邊溢流，當船舶裝艙量和船體吃水深度達到施工要求後，停止挖泥作業，提升耙臂和耙頭出水，再航行到指定的拋泥區將高濃度的泥漿卸下，然後空載返航到原挖泥作業區定位上線，繼續進行下一迴圈挖泥作業的一體化工業生產流程。
2．旁通（邊拋）施工。
旁通（邊拋）施工法是一種不需要經過泥艙，直接將泥漿輸送到另一側水中或透過一旁的輸泥管輸送到較遠水域的一種施工方法。由於其不透過泥艙，可以省掉在2.1中所敘述的裝艙施工法中收耙停泵去拋泥這一串繁瑣的工序，具有更高的工作效率。但由於這種施工方法自身侷限性較大，特別是人們環保理念越來越強的今天，這種方法在我國的使用受到很大的限制，一般僅僅用於緊急性的河口、海口和通航航道淺灘疏通，有時也用於水深極淺不能滿足挖泥船裝艙吃水要求的水域開槽。旁通（邊拋）施工法根據不同的作業要求可以分為以下兩種：
（1）旁通施工法旁通施工法是當耙頭對泥沙進行開挖作業時，透過離心泵，將泥漿直接吸出不進入泥艙，直接地排入旁通口外的水中。
（2）邊拋施工法邊拋施工法是當耙頭對泥沙進行開挖作業時，透過離心泵，將泥漿直接吸出不進入泥艙，而是透過離船舷有一定距離的輸泥管進行輸送後再排入水中。
3．吹填施工法。
吹填施工法是與前兩種施工方法截然不同的一種施工方法，其主要是將挖掘來的泥漿透過耙吸式挖泥船及其輔助裝置進行吹填。但是對於大多數耙吸式挖泥船來說，其泥泵功率無法滿足長距離吹填要求，往往採用增加助力泵的施工措施增加吹距。對於淤泥粉土來說，其可以有一定長度的吹填距離；而對於沙質土而言，其極限吹距則會大大減少。下面，本文介紹幾個吹填施工方法與其相關資訊：
（1）直接接岸管吹填耙吸式挖泥船先是要進行靠岸、拋錨固定，然後將耙吸式挖泥船上的輸泥管與碼頭上的岸管相連線，對指定吹填區域進行吹填。這種施工方法要求吹填所用時間要儘可能短，以避免水流、潮汐與風浪對工程質量、安全所產生的消極影響，同時也要保證在碼頭前沿水域要有足夠的水深。這極大地限制了這種施工方法的實用性。
（2）接岸浮管吹填這種施工方法與直接接岸管吹填差不多，但也有所不同。耙吸式挖泥船不必靠岸，也可以不拋錨（根據接浮管處水域的水流、風況等條件決定），直接將耙吸式挖泥船上的輸泥管透過水上浮管與碼頭上的岸管進行連線，使耙吸式挖泥船可以遠離岸邊水深較淺的水域，大大地增加了這種施工方法的實用性與可靠性。據不完全統計，這種吹填施工方法是我國使用頻率最高的一種吹填施工法。
（3）噴射吹填這種施工方法完不需要接岸管或水上浮管，僅需要在輸送管上接一段漸縮管，將泥漿從耙吸式挖泥船前端的斜上方噴出，吹距大約為30-50m（主要取決於不同種類的吹填材料以及海底海水流動方向）。這種施工方法主要用於吹填區的前端水深較深且最好有洋流可以將吹填物推到所要進行吹填的區域內。
五、耙吸式挖泥船施工工藝的應用
結合榕江航道整治工程（RJ3合同段）實際工作環境與工程特點，依託耙吸式挖泥船自身的優勢，透過比選耙吸式挖泥船施工方法，擬定榕江航道整治工程的最佳施工工藝。
1．施工方法選擇。
榕江航道整治工程（RJ3合同段）有指定的汕頭表角卸區，滿足有適宜的拋泥區要求；榕江原有航槽水深滿足設計代表船型安全通航的要求，滿足耙吸式挖泥船裝載吃水、足夠的空間來進行航行、掉頭等施工作業條件；疏浚區至汕頭表角拋泥區平均運距約30km，榕江航運較繁忙，來往船舶及工程船隻較多，耙吸式挖泥船自航、自挖、自載、自卸的效能和其良好的航行效能滿足拋泥區運距較遠和榕江航運繁忙的工程特點；透過比選耙吸式挖泥船裝艙（裝艙溢流）施工法、旁通（邊拋）施工法、吹填施工法後，榕江航道整治工程（RJ3合同段）施工方法最適合採用裝艙（裝艙溢流）施工法。
2．分段施工。
榕江航道整治工程（RJ3合同段）按照通航等級劃分3個單位工程，分別為單位工程一榕江北河K0+000~K10+320河段、單位工程二榕江北河K10+320~K14+293河段、單位工程三榕江干流K0+000~K17+800河段。本工程河段的河床土質基本為淤泥，在施工過程中易受水流、潮汐作用，所以在施工過程中可能會有小部分泥沙會向下遊輸移，可能會造成下游航槽淤積，故在保證施工船舶安全通航的情況下，施工應從上游往下游疏浚，即先疏浚單位工程一最後疏浚單位工程三，以降低上游施工對下游回淤的影響，從而節約工程成本。
3．分割槽分塊施工。
本文以單位工程二榕江北河K10+320~K14+293河段為例，該段疏浚施工總長為3.973km，佔線較長，根據設計開挖底標高及現場水深測量結果，劃分為三個疏浚區域，分別為：
疏浚區域（1）：K10+320~K12+060，佔線1.74km；
疏浚區域（2）：K12+060~K13+660，佔線1.60km；
疏浚區域（3）：K13+660~K14+293，佔線0.633km。
施工期間利用設計航槽中心線為界分為左右區域交替進行分割槽域分塊施工，施工時優先疏浚區域水深較淺的一側，然後利用水深較深的一側作為臨時通航水域，確保施工期間通航順暢及施工安全。考慮到單位工程二中K13+760~K14+160河段屬於狹窄彎曲河段，施工平面示意圖詳見圖1。圖1所示區域①中竣前水深較淺，區域②中竣前水深較深，箭頭表示疏浚方向，由上游向下遊進行疏浚，施工順序為：區域①→區域②。在航道中心線附近疏浚期間及狹窄彎曲河段K13+760~K14+160疏浚時，須安排警戒船進行警戒，並根據現場水深分佈情況，在區域②側增加平均寬度約為40m的水域配合區域②作為臨時通航區域，並在沿線設定通航警示標誌，保障通航安全。
六、結語
透過耙吸式挖泥船施工工藝在榕江航道整治工程中的應用，我們不難得知：不同的耙吸式挖泥船的施工方法具有不同的優缺點、限制條件以及不同的流程，在工程實際施工中，需根據工程實際的工作環境與工程特點來決定。只有對不同種類的耙吸式挖泥船的施工方法進行一個系統性的對比，結合工程工況條件，選擇出最適合的一種或多種施工工藝，才能提高其工作效率，更好的完成工程建設任務，創造出更大的經濟效益，提高企業在疏浚行業中的競爭力。
參考文獻
[1]王望金.耙吸式挖泥船施工工藝及管理[J].中國水運，2007，（09）：24-25.
[2]程志東.淺談耙吸挖泥船施工工藝[J].中國水運（下半月），2012，（07）：142-143.