反铲挖泥船结合机载液压砂浆泵开挖河道施工工艺分析

中交上海航道局有限公司，上海 200002

1 工程概况

舟山市岱山县大小鱼山一期陆域河道区布置于大小鱼山南防波堤堤轴线以北60m宽度范围内，全长约2800m，河道设计面宽为34～38m，底宽10m；主要建设内容包括河道范围内清砂、吹填固化土、地基加固、河道开挖以及生态护坡建设。河道主要施工工序：河道区分段清砂→南堤内坡倒滤结构→河道范围固化土吹填（+0.0m）→河道区地基加固（插板+堆载）→河道范围二次固化土吹填（+2.5m）→堆载至设计标高→满足堆载预压卸载标准后开挖河道、施工护坡。河道施工第一道工序为清除设计清砂断面内的泥沙和块石，工程量约33万m3，清砂顶高程约0m，底高程为-6～-3m，清砂断面底宽10～14m。作为该工程的第一道工序，清砂的施工质量将会对南堤闭气及河道防渗产生较大的影响。面对复杂的施工环境，为了确保清砂质量，施工机具和施工工艺的选择就显得尤为重要。

2 施工条件

2.1 潮位

根据邻近岱山长期验潮站实测潮位资料统计分析成果，该区域属半日潮海区，潮位特征值如表1所示。

表1 潮位特征值

2.2 地质条件

（1）吹填土层。该层在拟建河道广泛分布，仅河道东西两端缺失，呈松散状，发育厚度一般为2.6～6.6m，该层属于强透水层，为拟建河道的不良地基土层。（2）Ⅲ1-1灰色淤泥质粉质黏土（淤泥包）层。根据此次勘探揭露，受南防波堤爆破挤淤施工影响，在拟建河道浅部普遍形成厚度为1.2～5.8m的淤泥包层，该层含水量高，土性极差，为拟建场地不良地基土层。（3）抛填石层。根据收集到的资料，该层考虑为南侧防波堤回填石料时散落而成，在拟建河道区局部分布。

2.3 施工工况

清砂施工位于南防波堤内侧，不受外海风浪影响，但南堤为爆破挤淤抛石堤，堤身透水，清砂范围内的水位随潮水涨落，河道施工受潮水涨落影响。

根据设计文件，部分清砂断面下层存在南堤爆破过程中产生的成片块石区域，石块粒径大小不一，水下地质情况较为复杂，尤其在桩号SK1+000～SK1+400段高层-1m以下位置存在大量石块。

3 施工船机的选择及参数

3.1 清砂施工机具选择

根据现场实际工况，施工时不仅要清除上层泥沙，还要挖除下层块石，这样才能满足设计要求。在工艺的选择及设备选型上，常规小型绞吸船、斗轮式清砂船、冲水砂浆泵船能清除表层泥沙；链斗式清砂船能清除泥沙和直径较小的块石，但该船尺寸大，吃水较深，需配套驳船来辅助完成清砂工作；抓斗式挖泥船可以挖除泥沙和块石，但该船尺寸过大，吃水较深，不适合开挖边坡，是否需要辅助驳船待定。面对此施工工况，项目部选择采用反铲式挖泥船配合机载液压砂浆泵相组合的施工工艺。

3.2 设备参数

（1）反铲式挖泥船。反铲式挖泥船长24m、宽10m，船体吃水深度为0.6m，船首做下嵌设计处理，设计尺寸为长5m、宽3.5m、高0.7m，用于停放中大型挖掘机。（2）反铲挖掘机。配置1台日立ZX250H-3反铲挖掘机，整机工作重量为24700kg，铲斗容量为1.0m3，铲斗挖掘力为180kN，额定功率为132kW/（r/min），排量为5.2L，最大挖掘深度为6950mm。挖机头上可装载1个机载液压砂浆泵，可抽吸表层泥砂混合物，经管线输送至指定区域；当清到下层石块区时，挖机头换装反铲挖斗，对石块区域进行有序开挖。（3）机载液压砂浆泵。使用HY 85 A液压泵，排量为200～240m3/h，抽吸高度为22～30m，重量为700kg；通道截面为φ60mm；电机速度为980～1180r/min，电机功率为44～62kW。HY 85 A液压砂浆泵如图1所示，HY 85 A液压泵性能曲线如图2所示。

图1 HY 85 A液压砂浆泵示意图

图2 HY 85 A液压泵性能曲线

3.3 船舶定位方法

反铲式挖泥船船身设3根锚拉式定位桩，桩采用直径为18cm的实心圆钢，长度为9.5m，自重约2t，可以保证贯入块石层，起到定位作用，起桩设备为承载拉力为5t的卷扬机。在桩的位置设置船中左右舷各1根，施工时同时起落，用于承受挖掘机在挖除块石时的各向载力，保证船体稳定不发生位移。船尾设1根舷，在局部断面施工达到设计指标后，以该桩为圆心，左右两侧以扇形位移船定位，有效工作断面长度为16m。

4 清砂施工工艺

4.1 施工准备

（1）开工前对清砂作业班组做好技术交底，交底内容包括施工方法、施工要点及质量标准等。（2）施工前对河道底坡边线测量放样，每隔10m插1根定位竹竿。（3）反铲式挖泥船吊装就位后，做好维修试车和管线布置工作。

4.2 施工流程

（1）反铲式挖泥船定位好后，将挖机头换上HY 85 A液压砂浆泵，接好吹砂管线，并在泵上加装一层泵罩，以达到过滤格挡石块的目的，防止石块破坏绞刀片。准备就绪后进行扇形清砂作业，泥沙通过管线吹至泥库，完成可挖断面后按照清砂顺序更换船位，施工中以100m为一个清砂周期。（2）当一个周期表层砂清完后，将机载液压砂浆泵卸下，装上反铲挖斗，浮船依靠反铲挖斗的作用力倒退至同周期内清砂开始处，挖除下层石块，挖出块石堆放在河道边坡，由陆上挖机装车外运。在水下石块挖除过程中，挖机最大挖深为6950mm，考虑涨落潮影响，高潮时清理上层石块,低潮时清理下层石块。（3）开挖完成后，由测量队用测深杆或水砣进行现场检测，检测清砂断面是否满足设计要求，若满足要求则移船至下个清砂工作面，若不满足设计要求则退回重新开挖。上述三道工序即为一个清砂（清石）周期，一个周期结束后，合格即进行下一周期清砂（清石）。（4）考虑涨落潮造成的回淤，在吹填固化土前需要再次抽吸验收合格的回淤泥沙，确保固化土闭气质量。

5 工艺特点

（1）施工效率。经现场测算，清砂施工效率约为150～180m3/h，清石施工效率约为60～90m3/h。（2）施工成本。考虑挖机、船舶机械台班费、人工费、材料费和机载液压泵合理折旧费，估算清砂施工成本为11元/m3，清石施工成本为25元/m3。（3）适应工况。反铲挖泥船船体较小，吊装方便，灵活性高，适应在狭长河道进行水下清砂（清石）作业，特别适宜在开挖断面既有泥沙又有块石的河道施工。

6 结束语

反铲式挖泥船与机载液压砂浆泵相组合的施工工艺对该河道区施工工况有较强的适用性，液压砂浆泵和挖机抓斗的灵活转换能有效清除上层泥沙混合物及下层块石。反铲挖泥船结合机载液压砂浆泵施工工艺既能清除表层泥沙也能开挖下层块石，适宜在狭长河道进行开挖作业，避免了清砂、清石施工设备的更换，降低了施工成本，且施工效率较高，能满足施工进度要求。