港口航道疏浚工程施工技术研究

白录

（中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇岛 066000）

0 引言

疏浚一直以来都是港口航道改建的重点内容，疏浚效果直接影响后续改建能否取得成功。要想使航道疏浚顺利完成，并达到理想的效果，有必要结合项目实际情况，做好船机组合与施工安排，确定正确的施工工艺流程，并在施工中加以严格执行。

1 工程概况

疏浚是指充分利用水力或借助机械设备为拓宽或增加水域深度而对水下土石方实施开挖。疏浚需要用到的船舶设备包括耙吸式挖泥船、绞吸式挖泥船与抓斗式挖泥船，具体需要根据工程的施工环境、地质条件、工期和工艺要求选择。在疏浚的同时还需要进行吹填，吹填指的是采用排泥管管线将开挖的泥沙输送至指定地点完成填筑。某港口航道改建项目完成改建后的总体规模：东西方向走向总长约为1478m，底部设计高程为-4.5m，通航宽度为60m；所连水域的总长约为1400m，底部设计高程为-4.5m，通航宽度为170m。通过初步计算，此次改建的疏浚量可以达到34 万m2，土方量约198.87 万m3，部分可吹填至陆域，总工期约6个月。根据该项目现场环境与结构特点，其施工主要存在以下特点与难点：第一，疏浚土方量相对较大且工期紧张，为防止对新建码头施工造成太大影响，必须做好船机组合，确保按时完成任务；第二，疏浚区域较为繁忙，有很多来往船舶，方案编制必须充分考虑场地条件与工程地质条件，现场作业必须按照方案要求实施，确保工程质量满足相关规范要求。

2 船机组合

2.1 吹填土选择

综合考虑项目地质勘查报告与施工设计图纸，通过分析计算可知疏浚土质主要包含砂土、淤泥土与黏性土，具体分布数量见表1。按照相关设计规范的要求，如使用淤泥进行吹填，则完成吹填后较软，且排水速度慢，需要很长的时间才能达到固结，还需要额外加固；如使用中、细砂进行吹填，则能改善渗透性，固结速度快；而使用黏性土进行吹填时，与吹填淤泥相同，都需要很长的时间才能达到固结[1]。

表1 疏浚土质具体分布情况 单位：m3

从土质角度讲，建议使用东西方向航道的疏浚土进行吹填，因为这样能为地基处理奠定良好基础，并缩短工期；而如果从经济角度来讲，可将吹填区域确定在东西方向航道的西北侧，以此缩短吹填路径。

2.2 船机选择

采用绞吸式挖泥船可以一次性完成开挖、运输和排除过程，并支持连续作业，十分适合吹填造陆施工。此外，还能开挖砂土与黏性土，考虑到距离在2km 左右，故能实现管路输送吹填，直接进行挖吹，不再需要其他船只。基于此，采用该船进行挖吹不仅工艺简单可行，而且经济性好[2]。然而，#0+2600 处的地面标高超出±0.000m，比施工水位标高略高，为不影响船只吃水深度，同时加快实际的施工进度，需要在绞吸船基础上配备挖掘机进行平行作业，对于+1.0m 上部砂土，将其推填到施工区域以北的陆域，通过初步计算，按照以上方法采用挖掘机开挖25.30 万m3左右的土方；除用于吹填的部分，剩余疏浚土应全部回填到淤泥区当中。通过反复计算可知，#0+000～#0+1695 段疏浚土需要进行外抛。

参考相关规范，斗式挖泥船与耙吸挖泥船都能挖掘砂土类、淤泥土类与黏性土类，外抛段的作业环境也能满足挖泥船作业基本要求。根据现场调查结果，周围可调遣的船型与距离1 艘4500m3耙吸挖泥船，距离在300nmile 左右；1 艘8m3抓斗船，距离在100nmile左右。按照预算定额测算可知，两者相比，采用抓斗式挖泥船的造价更低，单方可减少约3.48 元。基于此，外抛段建议采用该船施工。疏浚施工造价对比情况见表2。

表2 疏浚施工造价对比情况

2.3 船机数量

2.3.1 抓斗式挖泥船

按照设计规范提出的参数，对于拟采用的8m3抓斗船，其单位时间生产率为400m3，若连续作业，此次疏浚量共需1351h 左右的时间。考虑到该工程的工况级别为四级，客观影响较大，挖泥船的实际时间利用率较小，只有45%，据此计算后确定需要3002h 的工期，即125d，但可满足工期要求。

2.3.2 绞吸式挖泥船

通过调查可知，周围可调遣的该挖泥船泥泵设计流量为1500m3/h，根据实际生产率可采用以下公式计算得出挖掘生产率：

式（1）～式（2）中：W为泥泵管路吸输生产率，m3/h；Q为泥浆管路工作流量，m3/h；ρ为泥浆质量分数；γm为泥浆密度，t/m3；γs为土体天然密度，t/m3；γw为泥浆密度，t/m3。疏浚土体中，泥浆密度取1.2t/m3，海水密度取1.025t/m3，土体平均天然密度取1.85t/m3，挖泥船的时间利用率取45%，则代入数值后计算可得泥浆质量分数等于21%，泥泵管路吸输生产率等于315m3/h，基于此次疏浚量，共需要352d 的时间。可见，为满足工期要求，需配备2 艘挖泥船[3]。

2.3.3 挖掘机

土方开挖总量为25.30 万m3，在避免对绞吸船正常施工造成影响的基础上，配备6 辆挖掘机。

通过以上分析可知，完成此次疏浚施工需要很多资源配置，具体见表3。

表3 船机设备配置

3 施工工艺

3.1 疏浚外抛

航道连接水域与东西方向航道部分疏浚土借助8m3抓斗船与1200m3泥驳进行疏浚，这一部分土体直接外抛到抛泥区，距离为7km 左右。采用抓斗船在连接水域及东西方向航道局部进行开挖作业时，开挖方向为从#0+000 到#0+1695，以此防止和绞吸船作业产生相互干扰，保证施工顺利完成，其施工工艺流程为设立水尺—船只定位—泥驳就位—开挖装驳—卸泥区卸泥—返航—装驳—断面测量—补挖或清淤—验收合格。采用抓斗船进行施工时，需按照施工图指示的航道位置，先将挖泥船推到开挖施工的起始点，然后结合船舶自身工作性能以及锚缆长度进行抛锚，借助抓斗船自带吊杆与钢索将抓泥斗吊挂，此时挖泥机可进行旋转，抓取有效作业半径中的疏浚土，同时将其转送至泥驳当中，最后由泥驳将疏浚土运输到指定抛泥区进行卸泥。实际的挖泥深度由专门的测量人员采用水池测定实际潮位，再采用水坨进行打水，以此实现对开挖底部标高的有效控制[4]。在挖泥船施工过程中，应通过对土质类型、泥层厚度、波浪水流、遗撒与回淤等因素的综合考虑适当超挖：但要注意实际超挖量不能超出设计要求的范围。

3.2 绞吸船开挖与吹填

采用2 艘绞吸船相向施工，其中1 艘绞吸船从连接水域及东西方向航道局部端头开始开挖，在疏浚点处采用吹填管线对海上浮管和沉管段进行连接，从潮汐通道上横向跨越，并和陆域回填区的岸上砂管相连[5]。另外，1 艘绞吸船则从相反的方向开始开挖，同样在疏浚点处采用吹填管线对海上浮管和沉管段进行连接，从潮汐通道上横向跨越，开挖出来的疏浚土直接吹填到回填区中，其施工流程：吹填管线布置与对接—挖泥船抛锚定位—下放绞头—吸泥吹填到回填区—疏浚与回填区验收—进入下一个工作面—断面测量—补挖或清淤—验收合格。按照工程的实际需要，第1 艘挖泥船需要配备长度为2500m 的管线，而第2 艘挖泥船需要配备长度为2000m 的管线，所有管线在组装完成后及时推入到水中。对于陆地吹填管线，其平面布置需要以挖泥船的扬程及围堰面积等为依据进行，并充分考虑吹填高程与潮位发生的变化。将水上路上的所有管线均连接完成后，开始对挖泥船进行抛锚定位，随即下绞头准备开始挖掘，同时在管道内输送泥浆[6]。采用挖泥船挖泥时，一般采用横挖法，在分行的基础上做好分段与分层，按照所用挖泥船的技术性能，每行30～40m，每段100～150m，每层2m。在挖泥过程中需要借助GPS 系统实现自动定位，以此提高实际的定位精度。施工中还应随时做好打水，严格控制实际的挖泥厚度，尤其是边坡和斗位之间的连接部位，以此有效避免超欠挖现象的发生[7]。

3.3 陆上开挖与运输

先为挖掘机的进场修筑临时通道，在陆上进行开挖施工时，按照从#0+2450 到#0+2700 的方向持续推进，即从南侧持续开挖到北侧，开挖产生的土料及时运输到指定堆场进行堆存处理。在土料堆存区的两侧都要布置临时通道，并以现场开挖情况与堆存要求为依据进行必要的调整，临时道路的长度为987m，宽度要达到12m。道路结构层次为原地基+0.30m 厚二片石层+0.15m 厚碎石层，为车辆正常行驶创造良好条件[8]。分层开挖、土料装车等环节都要严格按照设计要求的底部标高及航道边线实施。该航道疏浚工程应严格按照规范提出的施工顺序及各项工艺要求实施，按照相关质量验收标准，在疏浚施工结束后进行扫海测量，设计底部边线范围内的水域，其开挖面积必须与设计要求完全相符，且开挖断面应比设计开挖断面略大，在整个边缘水域范围内不能有浅点存在，边坡实际开挖范围与坡度也要与设计要求相符，整个工程的施工质量满足检验标准提出的要求。另外，实际施工时间不能超过最大工期要求，即在6 个月之内完成疏浚施工。

4 安全保证

施工开始前按照要求办理航行通告，并严格执行相关避碰规定，根据规定在适当的位置挂设施工信号。在挖泥船的船舷处设置好缓冲轮胎，并将救生设备配置齐全。采用绞吸式挖泥船进行施工的过程中，通航侧锚缆会对吃水深度较大的行船造成不利影响。针对这一现象，建议在深水区中进行横移抛锚，也可以在不会对通航造成影响的水域上抛锚，并在锚上设置醒目浮标，为过往的船只提供警示。除此之外，挖泥船上需要安排专门的望员，当观察发现船只超载时，立即通知相关人员谨慎操作，并鸣笛示警，在必要的情况下可以将横移钢缆绳适当放松，保证行船安全；在施工过程中优先使用陆上管，尽可能减少对水上浮管的使用，以此减少对航道的占用；在夜间进行挖泥作业时，应注意避免灯光远射。在照明符合施工要求的基础上，尽量减弱亮度，以免对其他船只造成影响，另外，可以在排泥浮管上增设信号灯，保证夜间施工时过往船只安全；按照港航部门提出的要求在潜管两端增设航行标志与信号灯；所有施工船只都需要按照要求配备齐全的消防设施，同时确保其始终处在良好的工作状态；通过在现场开展培训、演习和加强检查帮助全体施工人员牢固树立安全意识，熟悉各项防火防滑措施与应急措施；船只的甲板与人行道应始终保持清洁，当沾有油污或其他滑物时，应立即清理，也可采取有效的防滑措施[9]。

5 结语

综上所述，合理的船机组合能确保港口航道疏浚施工顺利完成，要求针对实际问题开展具体分析，从包含地质、环境、工期与工艺等在内的方面入手，以此合理且正确地安排整个施工过程，制定合理可行的工艺方法，为现场施工提供正确指导，解决疏浚这一航道改建的重点、难点问题。以上对港口航道疏浚施工船机组合与施工安排进行了分析与总结，旨在为其他类似港口航道的疏浚施工提供技术参考。