疏浚工程中抓斗挖泥船在不良工況條件下的工藝分析

林躍喜 吳建志

摘 要：本文結(jié)合科特迪瓦阿比讓港運(yùn)河疏浚工程，就抓斗式挖泥船在靠岸、水流急、涌浪大、土質(zhì)硬狀態(tài)下的施工工藝進(jìn)行初步探討，為今后類(lèi)似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：靠岸 水流急 水域受限 塊石多 拋錨 安全靠離 工藝

1.前言

抓斗式挖泥船因其造價(jià)低、施工環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在疏浚工程中受到廣泛使用，但也有些工程由于其環(huán)境的特殊性，存在水流急、涌浪大、施工區(qū)域受限等不利于施工的條件。本文以科特迪瓦阿比讓港運(yùn)河疏浚工程為例，針對(duì)抓斗挖泥船在水流湍急、涌浪大、施工作業(yè)空間受限、塊石多等不良工況條件下的工藝進(jìn)行分析。

2.工程概況

2.1運(yùn)河基本情況

科特迪瓦阿比讓港擴(kuò)建項(xiàng)目一期工程擬建拓寬和浚深長(zhǎng)約4.8km的弗里迪運(yùn)河航道，滿(mǎn)足第五代集裝箱船（載箱量6000TEU，滿(mǎn)載吃水14.5m）全天候進(jìn)港的需要，同時(shí)對(duì)航道口門(mén)的防波堤進(jìn)行改建和加固。運(yùn)河航道總長(zhǎng)度 4.552Km，設(shè)計(jì)寬度 250m，設(shè)計(jì)挖深-16.5m～-19.0m，邊坡比 1：3～1：5，運(yùn)河航道原始水深-11～-21m。

2.2風(fēng)

阿比讓港區(qū)風(fēng)向不規(guī)則、強(qiáng)度低，超過(guò)20-30節(jié)的突發(fā)陣風(fēng)可以將谷粒掀起，不頻繁、持續(xù)時(shí)間短。全年超過(guò)30節(jié)風(fēng)速的累計(jì)時(shí)間為3天左右。

2.3波浪（設(shè)計(jì)）

運(yùn)河口門(mén)處，外接大西洋，雖處在赤道無(wú)風(fēng)帶，但受梯度力影響，口門(mén)處涌浪較大，且波較長(zhǎng)，極端天氣情況下波高超過(guò) 1.0 米。

2.4海流

水流作用在連接瀉湖與海的運(yùn)河通道中的影響很重要，特別是口門(mén)處由于導(dǎo)流堤形成的瓶頸效應(yīng)，會(huì)對(duì)運(yùn)河航道形成沖刷作用。本地區(qū)進(jìn)行過(guò)旱季和雨季的落潮最大流速計(jì)算，旱季時(shí)為2.7 m/s，雨季時(shí)為3.0 m/s，在10年一遇的洪水期為3.2 m/s。

3.工程特點(diǎn)、難點(diǎn)

3.1施工作業(yè)區(qū)域狹窄

航道靠邊的施工區(qū)一側(cè)緊鄰防波堤，由于施工采取一半航道封航，另一側(cè)拋錨需在航道中心線(xiàn)內(nèi)20米，水上可拋錨區(qū)域?qū)挾葍H105米，錨不能拋遠(yuǎn)，所以在漲、退潮時(shí)段，船舶受水流沖擊，很容易撥錨，難以準(zhǔn)確定位施工。

3.2水流流速大

本項(xiàng)目對(duì)航道口門(mén)的防波堤進(jìn)行改建和加固，改建前航道口門(mén)寬度為150米左右，最大流速3節(jié)左右；改建后航道口門(mén)拓寬為250米，經(jīng)過(guò)實(shí)際檢測(cè)，流速翻了1倍，尤其是農(nóng)歷初一至初三、十五至十八，最大流速大于6節(jié)。

3.3涌浪大

本工程主要在運(yùn)河口門(mén)處，外接大西洋，施工區(qū)域靠近防波堤未端，防波堤無(wú)法對(duì)施工區(qū)域形成有效的掩護(hù)，雖處在赤道無(wú)風(fēng)帶，但受梯度力影響，口門(mén)處涌浪較大，且波較長(zhǎng)，極端天氣情況下波高超過(guò) 2.0米。

3.4塊石多

航道口門(mén)段區(qū)域存在很多舊防波堤沖刷下來(lái)的塊石、混凝土方塊，而且體積很大，極大地增加了開(kāi)挖施工的難度。

3.5運(yùn)營(yíng)商船進(jìn)出頻繁

運(yùn)河航道為單向航道，港內(nèi)有正在運(yùn)營(yíng)的集裝箱碼頭、滾裝碼頭和散貨碼頭，航道內(nèi)有正在運(yùn)營(yíng)的油碼頭以及工作船碼頭，航道施工需兼顧碼頭運(yùn)營(yíng)，大部分時(shí)間采取一半航道封航施工的模式，運(yùn)營(yíng)航道商船進(jìn)出頻繁，施工時(shí)需要主動(dòng)避讓運(yùn)營(yíng)商船。

4.挖泥船選型

考慮航道存在大小不一的石塊，水流急、涌浪大，絞刀設(shè)備無(wú)法正常作業(yè)，另依靠下樁定位的抓斗船亦不適合施工，容易扭斷樁，施工受到嚴(yán)重的限制，所以船舶選型時(shí)必須考慮挖泥船舶施工的操作性能。綜合現(xiàn)場(chǎng)工況條件，選擇錨泊定位的抓斗船配套泥駁的方式施工。

5.施工區(qū)域狹窄 、水流急、涌浪大狀態(tài)下施工措施探討

5.1施工區(qū)域狹窄狀態(tài)下施工措施探討

拓寬后運(yùn)河的寬度是250米，為兼顧港內(nèi)頻繁運(yùn)營(yíng)的碼頭，航道分為東西側(cè)施工區(qū)（各75米寬）和中間施工區(qū)（100米寬），西側(cè)施工區(qū)施工時(shí)，需封航東側(cè)一半航道，留東側(cè)一半航道通航；東側(cè)施工區(qū)施工則反之；且航道東、西側(cè)施工邊線(xiàn)緊鄰防波堤。所以在東、西兩側(cè)靠岸施工時(shí)，疏浚船舶僅能使用105米寬的拋錨區(qū)域，施工區(qū)域狹窄。結(jié)合抓斗船舶性能，針對(duì)靠岸施工作出如下應(yīng)對(duì)措施：

（1）地錨埋設(shè)

因涉及靠岸施工，必須在岸上埋設(shè)地錨。根據(jù)施工范圍的大小、船舶定位的需要，同時(shí)避開(kāi)無(wú)法埋設(shè)地錨的位置，在岸上每隔150米左右埋設(shè)一個(gè)地錨。地錨埋設(shè)好后留下一根鋼絲頭于地面上便于抓斗船的定位鋼絲繩系和解。抓斗船靠西岸施工船艏向南時(shí)左前錨和右后錨正常拋錨，右前錨和左后錨根據(jù)定位的需要在岸上預(yù)埋好的地錨中選擇合適的錨點(diǎn)連接。

（2）單側(cè)靠駁

抓斗船組在施工時(shí)，由于施工區(qū)域狹窄，尤其是退潮時(shí)段水流十分湍急，為減小由于水流沖擊泥駁船對(duì)抓斗船造成的拖拽力度，確保抓斗船能準(zhǔn)確定位，只能單側(cè)靠駁作業(yè)。施工時(shí)需安排靠駁與離駁緊密錯(cuò)開(kāi)以提高船機(jī)利用率。

5.2水流湍急狀態(tài)下施工措施探討

航道口門(mén)的防波堤經(jīng)過(guò)改建和加固，使航道口得以拓寬，航道變得順直，也使航道水流速度大幅提高，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，即使在旱季（10月～次年4月），每月大潮時(shí)期最大流速大于6節(jié)。針對(duì)水流湍急的施工條件作出如下應(yīng)對(duì)措施：

（1）改造定位錨

加寬錨板、在錨柄上增加配重，將原定位系統(tǒng)的前后4個(gè)錨由3.0t增加到3.5t，加長(zhǎng)錨與鋼絲繩間錨鏈的長(zhǎng)度，通過(guò)配重增加抓斗船定位錨重量及抓地受力面積，以提高錨的抓力。

（2）串錨

在西側(cè)施工時(shí)，由于左前錨拋錨區(qū)域受限，不能拋遠(yuǎn)，錨纜與抓斗船的夾角較大，橫向拉力較小，加上靠駁、水流、風(fēng)力和施工中吊臂的擺動(dòng)等作用力的影響，左前錨常出現(xiàn)走錨現(xiàn)象，為了提高船舶施工定位的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，在左前錨采用兩個(gè)錨串錨處理，同時(shí)抓地受力，增加抓力；或可以增加多一臺(tái)錨機(jī)，采用雙錨，因條件限制，我部采用了串錨處理。

（3）順流移船

抓斗船后方拋交叉錨，錨繩作用的力矩比前方八字錨長(zhǎng)，水流湍急時(shí)倒退施工，在平潮或水流緩慢時(shí)向前施工，可以有效避免受力過(guò)大出現(xiàn)走錨的現(xiàn)象。

（4）制定有針對(duì)性的靠船方案

漲潮時(shí)水流向北，靠船是頂流靠駁相對(duì)簡(jiǎn)單，先在船艉帶纜，加上錨艇頂推船艏輔助；退潮時(shí)水流向南，水流較緊急，靠船是順流靠駁相對(duì)較難，利用船艏帶纜，加上錨艇協(xié)助頂泥駁船艉（圖1）。

（5）增設(shè)應(yīng)急錨

在退潮時(shí)，抓斗船后錨受力集中，加上涌浪、泥駁和抓斗擺動(dòng)等力的作用，常出現(xiàn)鋼絲受力過(guò)大而斷裂現(xiàn)象，所以在艉部增設(shè)一個(gè)錨機(jī)和應(yīng)急錨，提高后錨鋼絲的受力。

5.3涌浪大狀態(tài)下施工措施探討

針對(duì)涌浪大施工作出如下應(yīng)對(duì)措施：

（1）對(duì)鋼絲易磨損部位進(jìn)行加固

泥駁船艏底部與鋼絲的拖磨，容易出現(xiàn)破損：在泥駁船艏內(nèi)艙對(duì)拖磨部位焊接新的鋼板進(jìn)行加固，施工過(guò)程中加強(qiáng)檢查，出現(xiàn)破損及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

（2）更換尼龍纜和加固纜樁

受涌浪影響，泥駁靠駁過(guò)程和裝載過(guò)程中尼龍纜容易斷裂，纜樁也容易被拉壞，進(jìn)入航道施工前，將所有的尼龍纜換新，纜繩直徑由80mm增加到120mm；同時(shí)對(duì)泥駁船和抓斗船的纜樁逐一進(jìn)行焊接加固，然后在鋼纜樁上采用土工布包扎，減少與纜樁直接摩擦發(fā)熱熔斷。

5.4塊石開(kāi)挖施工措施探討

針對(duì)施工區(qū)塊石多且大，施工中采取以下措施：

（1）更換重斗

施工前將開(kāi)挖的斗更換為重斗，重斗較綜合斗雖然體積小，但重量更重，斗身更為結(jié)實(shí)，提高了破土能力和降低了開(kāi)挖塊石對(duì)斗的損壞，從而提高了施工效率和減少了船機(jī)的維修時(shí)間。

（2）加固泥艙

由于需要開(kāi)挖大量的塊石，且石塊體積很大，在塊石放入泥艙的過(guò)程中，很容易對(duì)泥艙造成損壞，施工前使用厚度15-20mm的鐵板對(duì)泥駁船泥艙承受落土沖擊的部位進(jìn)行焊接加固。

（3）跳步施工

由于塊石開(kāi)挖后不容易坍塌，在開(kāi)挖面會(huì)形成一個(gè)很陡峭的坡，抓斗船施工時(shí)采取間跳步開(kāi)挖，可以有效避免在開(kāi)挖時(shí)斗發(fā)生傾斜，減少對(duì)抓斗和鋼絲繩的損傷。第一次開(kāi)挖后會(huì)存在齒型施工軌跡，然后返回進(jìn)行第二次開(kāi)挖。

6.結(jié)語(yǔ)

在科特迪瓦阿比讓港運(yùn)河疏浚工程口門(mén)段西側(cè)的施工中，通過(guò)采取合理的施工措施與施工方法，克服了石頭多、水流急、涌浪大、施工區(qū)域狹窄等種種不利工況，安全、順利地完成了施工任務(wù)，也為以后類(lèi)似項(xiàng)目的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范，JTJ203-2001.

[2]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).港口工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，JTJ221-98.