绞吸式挖泥船采用分流管在工程实践中施工方法探究

杨洋 中交广州航道局有限公司

1.项目背景

本项目位于长江口北支河道中段，吹填区总面积合计超过20000亩，划分12个标段，其中B 标段由绞吸式挖泥船A 轮负责吹填施工(以下简称A轮)。该吹填区南北长约590m，东西长约1400n，吹填面积约82万m，吹填高程+2.5m（国家85高程，下同），吹填工程量约320万m。本工程所在区域属亚热带季风气候区，四季分明，雨量丰沛，台风雨和梅雨气候明显。所处河段洪潮灾害较频繁，受风暴潮和台风浪的影响较大，且最高潮位往往是在天文大潮、强热带气旋、台风和上游大洪水三者遭遇或其中两者遭遇时发生。

2.塑料管线与钢管对比分析

塑料管材与传统金属管道相比，具有自重轻、耐腐蚀、耐压强度高、卫生安全、水流阻力小、节约能源、节省金属、改善生活环境、使用寿命长、安装方便等特点，受到了管道工程界的青睐并占据了相当重要的位置，形成一种势不可当的发展趋势。

本工程所采用的聚乙烯管，特别适用于疏浚输泥沙行业，具体性能如下：

（1）高耐磨性。耐磨程度是钢管的4-8倍。抽沙用可用8-15年。重量轻，只有同规格钢管的八分之一，安装运输方便，节约工地搬运开工时间。

（2）浮力大，可配套塑料圆形浮体，长期使用综合造价低。

（3）强度高，柔韧性好，有弹性，在水中能弯曲，陆地凹凸面在30度以内的区域，可以通过管材自身的柔韧性自行调节，不用修铺路面，管与管之间可以直接连接，在水中不受风浪影响。

（4）接管方便，管两头带活动法兰，管口内衬钢圈，长久使用管口不会变形；用螺栓直接连接管头活动法兰即可。

（5）管道内壁光滑，摩擦系数极小，输送效率比钢管高15-30%。

（6）抗紫外线，抗老化，使用寿命长，根据含沙量的不同能使用8-12年。

3.管线铺设方案

本工程施工前，通过一系列的考察评估，充分考虑了自然条件、潮汐和水流的影响，进行周详的工前测量、现场勘测，组织各项材料，并积极地与业主单位沟通各个工程细节，最终管线铺设施工方案如下：

根据工程工况条件及现场实际情况，确定本工程吹填管线由浮管408m+沉江管476m+堤前水陆管架头+翻过大堤处管线60m+吹填区主管线组成。

3.1 水上管线布设

沉江管外地先组装成段，每段长约200m，通过水路拖运至现场拼接，高潮位时由锚艇顶滩拖至设计位置，待管线顺直后打开两头封门板灌水使沉江管沉至江底，同时在水陆管架处沿东西向两侧各抛设1只2T锚，以确保水陆管架不会因风浪等因素移位或弯曲。

水上浮管也是外地先组装成段，每段长约200m，通过水路拖运至现场拼接，再与沉江管端点站、绞吸式挖泥船相对接。

由于受水域涨、退潮流速影响，浮管可能会发生折弯，为防止涨落潮和风浪对浮管的影响，浮管上每隔100m抛设浮管锚一只加以固定，涨、落水锚间隔布设，浮管锚缆长度为100～150m。

3.2 陆上管线布设

陆上管线沿堤内边线向西布设。吹填时，控制吹填管口至现有大堤的距离，防止冲刷内坡砂袋，排水口留到最后吹填。根据现场实际情况及业主的要求，由于大堤正在进行护坡施工，无法采用钢管直接翻过大堤，因此，在围堤护坡施工完成前，吹填初期陆上吹填管线采用4组Φ320mm塑料管并行接进吹填区，其中每组塑料管大堤外坡接3根（每根10m长），过大堤堤顶铺埋1根，大堤内坡2根。由于塑料管线并不抗压且为不影响道路通行，需将管线至少埋下一层沙袋，且过大堤堤顶铺埋塑料管处铺设2块长2.0m、宽1.5m、厚10mm的钢板，以防过往车辆压坏塑料管。吹填过程中，塑料管法兰处易损坏。因此在管线连接时，每处法兰均应垫沙袋。必要时，塑料管悬空处也需加垫沙袋。水陆管架头处利用护底块石人工整理出上岸平台，用以安放水陆管架和分流管。分流管共有五个排出口，实际施工过程中可根据A轮船机状态进行动态调整排出口使用数量。由于现场施工人员成分复杂，为保障围堤管线安全，实时监测排出口情况，需派人在现场24小时值守。塑料管穿越围堤示意图与塑料管穿越围堤示意图见图1、图2。

图1 塑料管穿越围堤示意图

图2 分流管及塑料管平面布置示意图

4.施工设备安排

4.1 A轮性能特点

由于施工水域范围内土质以软弱场地土为主，比较有利于A轮施工，可以充分发挥其施工效率，有效提高工程产量。A轮主要性能特点如下：

1）挖掘能力强，生产效率高，适宜港池、码头前沿泊位区域开挖和吹填施工。

2）锚缆短，采用钢桩定位，占用施工水域小，船位控制方便。

3）具有挖、吸、排泥连续作业性能，单船可完成疏浚及吹填施工。

4.2 施工调试

在管线铺设完毕后A轮随即进场开始试挖作业，以确定最佳施工效率。根据其5天的施工情况统计，结合其自身船机设备能力，确定A轮排泥管内最佳流速为5m/s左右，最小流速3.8m/s，浓度控制在20%，排压维持在3.3bar左右，最大排压4.0bar，这样施工效率可以保持在1200m/h以上。具体数据分析如下：

1）以水下泵640转基准，在分流管由四根改成三根管时水下泵电流从360降到320。流速从5.0米下降到4.5米。排压从3.2上升到3.6bar。效率大幅下降的同时堵管风险亦非常大。

2）由于流速下降，产量降低，为提高施工效率将分流管重新改为四根施工。调整后水下泵机转速640，排压稳定在3.3bar左右，流速5.0m/s。

3）A轮施工区域计划挖深-10米，实测水深9.3到8.5米。土层厚度约为6.5-7.0米，每层挖泥每次进关量0.6到0.8米，此时浓度比较容易保持在20%左右。按船报工程量和运转时间计算，A轮效率最高可达1350m/h。

4）试挖的最后两天正值大潮汛，每天停两个涨潮时间约9小时左右。小潮汛时预计工作时间会增加1-2个小时。流速较快时进关量0.5米，流速趋缓时或平稳时，进关量可达1米。由于落潮顶流施工，横移边线回摆压力较高，横移电流达到80-100安培。即在本项目实施过程中，自然条件亦会对施工效率造成重大影响，对此本文不做重点阐述。

5.施工过程中遇到的问题及解决方案

5.1 问题分析

5.1.1 管径骤减，泥沙易沉积

A轮海上管线管径均为850mm，岸上塑料管线管径则为320mm，由于管线在分流管出管径骤然缩小，泥沙容易在水陆管架头处沉积，造成堵管现象，另外体积较大的垃圾也容易在此堵管。

5.1.2 受潮汐影响，涨潮即停工

施工区域位于长江出海口附近，受潮汐影响巨大。施工水域快涨快落，尤其在大潮汛涨潮时，严重影响船舶施工。

5.1.3 首次采用分流管施工，经验不足导致效率降低

由于公司初到该水域施工，对本地区工况不是十分了解。又是首次采用单泵分流管作业，施工人员无相关经验。此地自然情况、地质条件情况复杂，具有一定的特殊性，增加了作业难度，导致施工进度较慢，效率降低。

5.2 应对方案

针对上面提到的主要问题，项目部根据实际情况及时调整施工方案，制定了相应的应对措施，提高了施工效率，保证了施工质量和工期。

5.2.1 防泥沙沉积而造成堵管的应对措施

由于海上管线到岸上管线管径的骤减，容易导致泥沙和垃圾的堆积。因此挖泥船施工前要对开挖区的地质报告进行分析,选择适宜开挖该土质的绞刀头。挖泥船在施工开始前要进行试生产,对船舶的流速、泥泵真空、主机负荷、排压等施工数据进行搜集整理,分析确定最小流速值和最大排压值,当排压超过最大值时就应立即提起绞刀开始打清水,直到排压正常后再进行施工。

在实际工程中,管线铺设应当尽量选择水平的路线,使管线避免上下起伏,若施工现场条件无法满足水平路线,在上下起伏大的地方应改为胶管拼接,这样即使出现了堵管现象,在胶管位置也容易拆开处理管线。

绞吸式挖泥船在正常施工时,若排泥管流动的泥浆中有泥块或垃圾的存在就容易发生堵管现象。因此可以在泥浆泵的叶轮上加焊一些钢片,这样泥泵在运转时加焊的钢片可以将泥泵中的泥块打碎,使泥浆充分拌合。没有了大颗粒固体,只要保证排泥管线的流速不小于挖泥船开工时设定的最小值，发生堵管事件的概率会大幅降低。

岸上派遣专门人员24小时值守，随时观测管线变化情况。

5.2.2 实时监测，收集资料为后续工作提供依据

为保证施工的持续健康进行，提高对未知事件的遇见能力，及时发现问题，提出应对措施。工程投标前，踏勘现场的工作很重要，工作要做到实处，要注意收集施工区域的气象、水文、人文、地质等资料。工程开工后应注意每日施工数据采集，包括船报方量、运转时间、船报效率，管内流速、浓度、排压，柴油机转速、横移压力、速度等，注意平时数据的变化，关注极端数据的出现，定期对数据进行必要的分析，反过来对施工情况进行考核评估，形成良性的反馈，为后续船舶进场提供可靠资料。

5.2.3 协调各个施工环节，提高生产效能

①机舱、甲板以及各工序之间，要相互配合衔接，以免耽误时间和造成不必要的消耗。

②在施工中，要做好维护保养工作，充分利用间隙停工时间，做好检查维修工作，以保证挖泥船常处于良好状态。

③严格按施工工艺安排施工，当按施工工艺与实际情况出入较大时，可予以调整，但一定要上报项目经理部。

④挖泥操作时，要使挖泥船挖泥浓度较高，较平稳，不要忽高忽低，并尽量减少吹清水时间。

6.结语

通过项目部全体人员的不懈努力，从实际施工结果上看，A轮吹填施工岸上管线由钢管改为分流管接塑料管组合形式并未对其效率造成明显影响。而且采用分流管后，实际上有多条管线同时对泥塘进行吹填，形成滩面速度跟以往的管线相比却有明显提高。另外，塑料管线较钢管重量轻的多，4、5个人便可轻易抬起，这样就可以根据泥塘得实际情况灵活变动管线铺设方向。在以后的实际施工过程中，还可以在塑料管出口处增加分流管，从而提高滩面平整度。同时，由于在接管时不需采用机械，管线布设可选范围就更广，还可有效降低生产成本。此外，这种施工形式还可应用于围堤施工中，由于采用分流管，管线出口压力大幅下降，直接用以充填沙袋或堤心砂，可加快围堤的施工进度。