唐 臣，季 嵐，賈雨少

（中交上海航道勘察設(shè)計研究院有限公司，上海 200120）

1 前言

上海地處長江出?？冢媾R東海，是我國沿海經(jīng)濟帶與沿江經(jīng)濟帶的交匯點，是國際、國內(nèi)的物流樞紐，水運條件有著得天獨厚的優(yōu)勢。上海港是我國沿海的第一大港，隨著經(jīng)濟全球化和中國現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，1996年中央關(guān)于建設(shè)上海國際航運中心的決定，以及長江口12.5m的深水航道的建設(shè)開通，使得上海港在國內(nèi)和國際航運市場上的地位不斷提高。

2009年國務(wù)院進一步提出了“到2020年將上?；窘ǔ膳c我國經(jīng)濟實力和人民幣國際地位相適應(yīng)的國際金融中心、具有全球航運資源配置能力的國際航運中心”的目標，上海的金融、貿(mào)易、港口以及長江黃金水道建設(shè)進入到了更加重要的戰(zhàn)略機遇期。為此，交通運輸部長江口航道管理局編制了《長江口航道發(fā)展規(guī)劃》，提出“一主兩輔一支”的航道發(fā)展規(guī)劃，“一主”為目前已建成的長江口12.5m深水航道，“兩輔”為北港航道和南槽航道，“一支”為北支航道[1]。長江口黃金水道的規(guī)劃建設(shè)將帶動長三角地區(qū)和沿江地區(qū)經(jīng)濟新飛躍，進而推動國家西部大開發(fā)、中部崛起、東部率先實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展等國家經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略。

本文著眼于上海國際航運中心建設(shè)和長江黃金水道的發(fā)展建設(shè)機遇，結(jié)合橫沙新港區(qū)的規(guī)劃構(gòu)想，從上海港口和航道資源的聯(lián)動建設(shè)角度出發(fā)，提出利用長江口航道疏浚土進行橫沙新港吹填成陸的實施方案的設(shè)想，并初步論證實施方案的技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性。

2 長江口航道現(xiàn)狀及規(guī)劃

2.1 長江口深水航道

長江口深水航道工程位于南港和北槽水域，全長約92.2 km，航道有效寬度350m（口外段為400m），通航水深12.5m（理論最低潮面下），可滿足第四代集裝箱船和5萬噸級船舶（實載吃水≤11.5m）全潮雙向通航，兼顧第五、六代大型遠洋集裝箱船和10萬噸級滿載散貨船及20萬噸級減載散貨船乘潮通航（見圖1）。長江口深水航道治理工程于1998年1月正式開工，2011年5月通過國家竣工驗收，通過一、二、三期工程的分期建設(shè)，實現(xiàn)了航道水深由7.0m逐步增深到8.5m、10.0m和12.5m的治理目標。長江口深水航道建設(shè)完成基建疏浚量約3.2×108m3其中吹填到橫沙東灘的土方不足6×107m3。

圖1 長江口12.5m深水航道平面布置示意圖Fig.1 Layoutof the Yangtzeestuary 12.5m deepwater channel

2.2 北港航道和南槽航道

北港航道位于長江口崇明島與長興、橫沙島之間，全長90余千米，水深5～10m，現(xiàn)為自然水深航道，通航船舶多為我國北方沿海進出長江口的小型船舶（見圖2）。根據(jù)《長江口航道發(fā)展規(guī)劃》，北港航道規(guī)劃尺度為10m×300m（水深×航寬），滿足3萬噸級集裝箱船（實載吃水11m）乘潮通航及5萬噸級散貨船減載乘潮通航要求。按照航道規(guī)劃尺度估算，疏浚工程量約為7×107m3，年維護量估算約為2×107m3。

南槽航道自圓圓沙燈船至南槽燈船，長約86 km，寬度900～2 300m，現(xiàn)為自然水深航道，中段攔門沙最淺水深約5m（見圖2）。南槽航道是小型船舶和吃水較淺的空載大中型船舶進出長江口的主要航道，水路繁忙，船舶通航密度大。根據(jù)《長江口航道發(fā)展規(guī)劃》，南槽航道規(guī)劃尺度為8m×250m（水深×航寬），滿足萬噸級船舶乘潮通航要求。按照航道規(guī)劃尺度估算其疏浚工程量約為5×107m3，年維護量估算約為2×107m3。

圖2 北港航道和南槽航道平面位置示意圖Fig.2 Schematic diagram of north harbor and south channelwaterways

3 橫沙成陸實施方案研究

3.1 成陸工程規(guī)模

橫沙島以東的灘地包括橫沙東灘和橫沙淺灘兩部分，目前通常以N23護灘潛堤為界，其以西為橫沙東灘，以東為橫沙淺灘（見圖3）。橫沙東灘面積約110 km2，現(xiàn)主要作為上海市耕地占補平衡用地，按農(nóng)用地標準，其吹填標高為+3.0m。橫沙淺灘面積約370 km2，現(xiàn)處于自然狀態(tài)。

圖3 橫沙灘地地理位置示意圖Fig.3 Schematic diagram of Hengsha shoal location

按照上海市灘涂資源開發(fā)利用規(guī)劃的總體布署，自2003年起先后實施完成了橫沙東灘一、二、四期促淤工程和三期圈圍工程，五期工程（橫沙大道工程）和三期圍內(nèi)吹填工程，并于2011年開展橫沙六期促淤圈圍工程及圍內(nèi)吹填工程（見圖4）。2010年實施的橫沙東灘三期圍內(nèi)吹填工程中約1.1×107m3吹填土來自長江口深水航道疏浚土，占總吹填量約45%；橫沙東灘六期圍內(nèi)吹填工程的實施時間為2011—2015年，總吹填量約7×107m3，擬100%利用長江口深水航道疏浚土[2]。這兩個工程均采用較成熟的施工工藝，成功實現(xiàn)了疏浚土的有益利用，有效地降低了造陸成本，加快了造陸周期。橫沙七期促淤圈圍工程也計劃全部利用長江口深水航道疏浚土成陸。

圖4 橫沙東灘近期促淤圈圍工程示意圖Fig.4 Schem atic diagram of Hengsha east shoal reclam ation projects

橫沙海洋新城規(guī)劃總面積為480 km2，其中陸域面積為387 km2，水域面積為93 km2。結(jié)合橫沙東灘促淤圈圍區(qū)工程現(xiàn)狀及規(guī)劃設(shè)想，可初步將橫沙海洋新城劃分為13個區(qū)塊，其中1#～12#區(qū)塊計劃利用疏浚土吹填成陸，13#區(qū)塊為挖入式港池水域（見圖5，其中1#區(qū)塊為+3.0m標高的農(nóng)用地已成陸）。

經(jīng)初步測算，海洋新城陸域若按城鎮(zhèn)及工業(yè)用地標準+5.5m吹填成陸，1#～12#區(qū)塊吹填面積為387km2，吹填容積方近2.7×109m3，平均吹填厚度為7m。根據(jù)總體規(guī)劃設(shè)想，13#區(qū)塊將開挖建設(shè)為大型深水港池，按20m水深計算其疏浚開挖量達1.4×109m3，這些疏浚土可就近吹泥上灘形成部分海洋新城陸域，但距離整體成陸仍舊有1.3×109m3的泥沙缺口。橫沙東灘整體成陸泥沙缺口如何解決，一是可以從海域采砂區(qū)取沙；二是利用臨近的航道疏浚泥沙資源。在長江黃金水道的重要建設(shè)發(fā)展時期，從實現(xiàn)上海港口和航道聯(lián)動建設(shè)的角度出發(fā)，利用長江口航道疏浚土進行橫沙造陸是合理且必然的選擇。

3.2 疏浚土吹填造陸實施方案

在確定橫沙成陸利用航道疏浚泥沙后，需進一步分析研究如何實現(xiàn)疏浚土吹泥上灘的具體實施方案，這涉及到航道疏浚和橫沙成陸的建設(shè)條件、疏浚施工船機及施工工藝等。

3.2.1 吹泥上灘工藝

目前，國內(nèi)外較為常用的疏浚吹填施工船舶及其吹泥上灘工藝有以下幾種：a.絞吸船絞吹工藝；b.耙吸船艏吹工藝；c.挖泥船+泥駁+吹泥船駁吹工藝；d.耙吸船+絞吸船拋吹工藝。各施工工藝優(yōu)缺點比較如表1所示。

圖5 橫沙灘地吹填成陸總平面布置圖Fig.5 Layoutof Hengsha shoal reclamation project

表1 吹泥上灘工藝施工優(yōu)缺點匯總表Table 1 Advantagesand disadvantagesof dredge filling technology

從表1中可以看出，各吹泥上灘工藝都兼?zhèn)淦渥陨硎┕ぬ攸c和優(yōu)缺點：絞吸船和耙吸船可獨立完成航道疏浚土的吹泥上灘施工；吹泥船需匹配挖泥船和運輸泥駁方能完成吹泥上灘施工，該工藝中挖泥船可根據(jù)工程特點選擇抓斗船、鏈斗船或是耙吸船形成不同的船機組合，由此產(chǎn)生多種工藝變化；耙吸船和絞吸船拋吹工藝將各船機疏浚性能長處相結(jié)合，通過二次搬運方式將疏浚土吹泥上灘（見圖6），在我國沿海各地吹填造陸建設(shè)中也取得了良好的工程效果。

圖6 耙吸船和絞吸船拋吹工藝示意圖Fig.6 Dredge filling technology of trailing suction hopper dredger and cutter suction dredger

3.2.2 航道疏浚土吹泥上灘方案

1）深水航道吹泥上灘方案。目前長江口12.5m深水航道處于常年維護狀態(tài)，疏浚船機均為艙容4 500m3以上中大型自航耙吸船，疏浚土處理采用兩種方式：一為外拋長江口1#～3#傾倒區(qū)：二為吹泥上灘入橫沙東灘。長江口北槽內(nèi)現(xiàn)有吹泥上灘工程建設(shè)的4個吹泥站，每站各設(shè)置1個貯泥坑用于耙吸船臨時傾倒疏浚土，并設(shè)置2座端點站和2組吹泥管線用于絞吸船吹泥[3]。長江口深水航道吹泥站平面現(xiàn)狀圖如圖7所示，設(shè)施設(shè)備現(xiàn)狀具體參數(shù)見表2。

圖7 長江口深水航道吹泥站平面現(xiàn)狀圖Fig.7 Layoutof Yangtze estuary deepwater channeldredge filling stations

表2 吹泥站設(shè)施設(shè)備現(xiàn)狀Table2 Facilitiesand equipmentsstatusof dredge filling stations

現(xiàn)長江口12.5m深水航道每年維護疏浚量約8×107m3，通過吹泥站吹填上灘利用率僅有約20%（1.6×107m3），每年有近6.5×107m3疏浚土作拋棄處理，是泥沙資源的巨大浪費。從加快推進橫沙成陸、減少泥沙資源浪費和環(huán)境污染的角度出發(fā)，均應(yīng)提高深水航道疏浚土的吹填上灘利用率。故提出利用疏浚土吹泥上灘方案如下。

a.吹泥站位置調(diào)整優(yōu)化。目前北槽內(nèi)4個吹泥站吹填范圍均位于橫沙東灘N23護灘潛堤以西23 km區(qū)域，待該片區(qū)域吹填成陸后，應(yīng)及時調(diào)整吹泥站位置至N23護灘潛堤以東至北導(dǎo)堤頭部26 km區(qū)域，符合橫沙東灘“由西向東、先南后北”的總體成陸順序?？蓪F(xiàn)1#～3#吹泥站位置依次調(diào)整至4#吹泥站下游壩田區(qū)，吹泥站貯泥坑位置選擇壩田區(qū)5m水深區(qū)域并兼顧吹泥排距的需求。新1#～3#吹泥站平面調(diào)整位置見圖8。

b.采用耙吸船艏吹工藝。長江口深水航道全長92 km，限制于疏浚船機及吹泥站拋吹能力，中部約50 km航段疏浚土可采用耙吸船+絞吸船二次拋吹方式吹泥上灘，兩端航段可采用耙吸船艏吹工藝實現(xiàn)吹泥上灘。該工藝施工船機采用具備艏吹功能的艙容10 000m3耙吸船，并需要建設(shè)相應(yīng)艏吹站，配備端點站和吹泥管線，以及相應(yīng)的水深條件。艏吹站位置選擇應(yīng)兼顧吹泥排距和水深條件，或開挖艏吹坑及進出通道滿足船機施工要求。深水航道新建艏吹站平面位置見圖8。

圖8 深水航道吹泥站和艏吹站位置調(diào)整布置示意圖Fig.8 Layoutadjustmentof Yangtzeestuary deepwater channeldredge filling stations

2）北港航道吹泥上灘方案。北港航道全長90余千米，規(guī)劃尺度為10m×300m（水深×航寬），疏浚航段主要位于北港口外的攔門沙段，距離橫沙規(guī)劃成陸區(qū)域僅有2～5 km，其疏浚工程量約7×107m3，年維護量約2×107m3。從吹填施工條件及經(jīng)濟性方面考慮，采用絞吸船開挖航道并實施吹泥上灘較為合適，但在航道建成通航運營后維護期間，絞吸船施工對船舶通航影響較大。

因此，北港航道吹泥上灘方案為：航道基建疏浚施工采用絞吸船開挖航道并吹填橫沙東灘；待基建疏浚完成航道開通運營后，采用耙吸船和絞吸船二次拋吹工藝進行航道維護并吹泥上灘，既可減少維護疏浚對航道運營影響，又可利用疏浚泥沙進行吹填造陸。在橫沙成陸區(qū)域北側(cè)設(shè)置4個吹泥站，每站設(shè)置貯泥坑尺度800m×300m×5m（長×寬×挖深），貯泥量約1.2×106m3，可滿足耙吸船和絞吸船二次拋吹工藝需求。北港航道新建吹泥站平面位置見圖9。

圖9 北港航道吹泥站平面位置布置示意圖Fig.9 Layoutof north harbor waterway dredge filling stations

3）南槽航道吹泥上灘方案。南槽航道規(guī)劃尺度為8 m×250 m（水深×航寬），其疏浚工程量約5×107m3，年維護量估算約2×107m3。南槽航道通航水域?qū)掗?，航道斷面為?fù)式形態(tài)；中間8m深水航道通航萬噸級以上船舶，兩側(cè)5m淺水航道通航萬噸級以下船舶，船舶通航密度大，水運繁忙。

針對南槽航道工程條件和特點，提出疏浚土吹泥上灘方案為：采用耙吸船進行航道開挖及維護疏浚，吹泥上灘施工可利用北槽深水航道設(shè)置的吹泥站和艏吹站，采用二次拋吹工藝和耙吸船艏吹工藝進行吹泥。

4 實施方案技術(shù)分析

4.1 技術(shù)可行性分析

長江口深水航道、北港航道和南槽航道疏浚土吹泥上灘實施方案共采用絞吸船絞吹、耙吸船艏吹、耙吸船和絞吸船二次拋吹三種施工工藝。

絞吸船絞吹工藝用于北港航道基建疏浚工程，航道疏浚段距離橫沙成陸區(qū)域多在5 km以內(nèi)，絞吸船吹泥作業(yè)在標準排距內(nèi)；且經(jīng)過北港航道初步地質(zhì)勘察，基建疏浚土質(zhì)多為硬度較大的粉砂，絞吸船開挖較為容易。因此，采用絞吸船施工可有效發(fā)揮船機的疏浚性能，保證施工進度和效率。

耙吸船艏吹工藝用于深水航道和南槽航道基建維護疏浚，該工藝可實現(xiàn)疏浚土長距離運輸作業(yè)，且由耙吸船獨立完成挖運吹作業(yè)；更為重要的是可以實現(xiàn)泥沙不落地，疏浚土上灘率達到100%。耙吸船艏吹工藝在橫沙東灘三期圍內(nèi)吹填工程中已有應(yīng)用，取得了良好的工程效果，并積累了一定的施工經(jīng)驗。

耙吸船和絞吸船二次拋吹在深水航道、北港航道和南槽航道疏浚土吹泥上灘方案中均有采用，該工藝將耙吸船疏浚效率高、通航影響小的優(yōu)點與絞吸船吹泥排距遠、效率高的優(yōu)點相結(jié)合，在保證航道運營和船舶通航的條件下，最大化地使得航道疏浚土實現(xiàn)吹泥上灘。該工藝自深水航道二期工程以來不斷地實施改進，共完成吹泥上灘量達2×108m3，對橫沙東灘成陸起到了巨大的作用。

4.2 經(jīng)濟合理性分析

長江口水域各航道的疏浚工況、土質(zhì)，各吹泥上灘工藝的疏浚船機運距、吹泥均有所不同，現(xiàn)將疏浚土吹泥上灘施工主要技術(shù)參數(shù)及費用估算列于表3。

表3 長江口航道疏浚土吹泥上灘主要技術(shù)參數(shù)及費用估算Table 3 Technicalparam etersand costof Yangtze estuary waterways dredge filling technology

從表3中可以看出，北港航道疏浚土吹泥上灘的工程費用最低，深水航道吹泥上灘費用居中，南槽航道因距離橫沙東灘較遠，疏浚土需經(jīng)過長距離運輸方能吹泥上灘，因此工程費用最高。從各吹泥上灘工藝來看，采用絞吸船絞吹工藝其疏浚單價最低；耙吸船和絞吸船二次拋吹因增加了耙吸船挖運拋施工環(huán)節(jié)，其疏浚單價較高；耙吸船艏吹工藝因其吹泥性能較絞吸船差，因此其疏浚單價最高。

從長江口各航道疏浚量、施工條件、施工工藝和工程費用等進行綜合考慮，橫沙東灘成陸應(yīng)首先充分利用深水航道和北港航道的疏浚土源，可有效降低工程造價，加快工程進度；在吹填泥沙需求迫切或是疏浚土吹泥上灘工程費用合理分攤的情況下，可考慮采用南槽航道疏浚土吹填造陸，以實現(xiàn)泥沙資源利用最大化、航道疏浚和吹填造陸工程的雙贏。

5 結(jié)語

本文從航道疏浚和吹填成陸聯(lián)動建設(shè)出發(fā)，提出利用長江口航道疏浚土進行橫沙成陸的實施方案設(shè)想，并開展技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性分析，得到以下結(jié)論。

1）長江口深水航道可采用耙吸船和絞吹船二次拋吹工藝為主，耙吸船艏吹為輔的吹泥上灘工藝，通過調(diào)整優(yōu)化吹泥站位置及設(shè)置艏吹站提升疏浚土上灘利用率，并提升施工效率，降低工程費用。

2）北港航道基建疏?？刹捎冒椅g吹工藝實現(xiàn)疏浚土上灘，可顯著降低工程費用，在通航運營期則采用耙吸船和絞吹船二次拋吹工藝，可減少船舶通航影響，充分發(fā)揮航道的運營效益。

3）南槽航道可利用深水航道吹泥站和艏吹站進行疏浚土吹泥上灘，但因其距離橫沙東灘較遠，疏浚土吹泥上灘工程費用較高。因此建議對吹泥上灘工程費用實施合理分攤，以實現(xiàn)降低造陸成本、充分利用疏浚泥沙資源、減少海洋環(huán)境污染的目標。

[1] 交通運輸部長江口航道管理局.長江口航道發(fā)展規(guī)劃[R].上海：長江口航道管理局，2010.

[2] 季 嵐，唐 臣，張建峰，等.長江口疏浚土在橫沙東灘吹填工程中的應(yīng)用[J].水運工程，2011，36（7）：163-167.

[3] 季 嵐，唐 臣.長江口深水航道配套吹泥站吹泥管線建造方案[R].上海：中交上海航道勘察設(shè)計研究院有限公司，2012.