汪洪祥，林朝霞，李博名

（1.中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027；2.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430060）

0 引言

國(guó)際工程承包多采用EPC 模式，合同總價(jià)固定，EPC 承包商在工程設(shè)計(jì)、進(jìn)度控制、質(zhì)量控制和成本方面承擔(dān)著較大的責(zé)任和風(fēng)險(xiǎn)，尤其是投標(biāo)階段獲取的勘察測(cè)量資料存在很大不確定性，一旦項(xiàng)目實(shí)施階段的勘察測(cè)量成果與投標(biāo)階段存在較大差異，由此帶來(lái)的成本增加須由EPC 承包商承擔(dān)。此外，目前中資企業(yè)的大部分海外市場(chǎng)集中在經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和技術(shù)力量相對(duì)薄弱的國(guó)家，專業(yè)的施工設(shè)備匱乏，調(diào)遣費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，更放大了勘察測(cè)量偏差導(dǎo)致的成本增加效應(yīng)。本文結(jié)合巴基斯坦某電廠配套碼頭項(xiàng)目巖礁疏浚始末，淺談海外總承包項(xiàng)目中勘察測(cè)量偏差的應(yīng)對(duì)措施，并為類似中長(zhǎng)周期波影響水域的小范圍硬質(zhì)巖礁疏浚提供借鑒。

1 項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目位于巴基斯坦Baluchistan 省Hub 河河口地區(qū)，為專用煤炭進(jìn)口碼頭，停靠10 000 t 駁船，碼頭的年煤炭進(jìn)口量440 萬(wàn)t。建設(shè)內(nèi)容主要包括引堤、引橋、碼頭、防波堤及配套的輸煤工藝設(shè)備和公用工程設(shè)施。其中碼頭平臺(tái)長(zhǎng)265 m，寬28 m；引橋長(zhǎng)507 m，寬12.5 m；引堤長(zhǎng)488 m，路面寬12.5 m；防波堤長(zhǎng)727 m?？偣て?7 個(gè)月。EPC 投標(biāo)階段，據(jù)業(yè)主提供的1:5 000 工可深度測(cè)圖，結(jié)合水文、波浪、地質(zhì)等條件，考慮在不進(jìn)行額外疏浚的前提下，將進(jìn)港航道、回旋水域及碼頭平臺(tái)布置于-6.8 m 等深線外，滿足10 000 t 駁船的航行及靠泊要求。據(jù)此平面布置方案，完成全部模型試驗(yàn)工作作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并已經(jīng)獲得業(yè)主工程師的批準(zhǔn)。

項(xiàng)目進(jìn)入實(shí)施階段后，立即開(kāi)展1:500 施工圖深度詳細(xì)測(cè)量。測(cè)量成果揭示進(jìn)港航道、回旋水域各存在一處較大的巖礁分布區(qū)，如圖1。航道處巖礁分布區(qū)長(zhǎng)約370 m，寬約80 m，最淺處海床標(biāo)高為-3.80 m，回旋水域處巖礁分布區(qū)長(zhǎng)約100 m，寬約80 m，最淺處海床標(biāo)高為-5.40 m。為確認(rèn)巖礁巖性，委托勘察測(cè)量單位對(duì)巖礁進(jìn)行鉆孔取樣工作，取樣結(jié)果揭示巖礁主要成分為中風(fēng)化砂泥巖。砂泥巖完整性好，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 達(dá)35%，強(qiáng)度高；其中，進(jìn)港航道口門(mén)巖礁分布區(qū)巖樣抗壓強(qiáng)度大于100 MPa，回旋水域巖礁分布區(qū)巖樣抗壓強(qiáng)度大于25 MPa。經(jīng)計(jì)算，巖礁總疏浚量約為9 000 m3，面積約40 000 m2。

圖1 巖礁分布范圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of reef distribution

此時(shí)正值非季風(fēng)施工關(guān)鍵期，如調(diào)整總平面布置避開(kāi)巖礁，將導(dǎo)致作為設(shè)計(jì)輸入條件的模型試驗(yàn)成果及已接近完成的施工圖設(shè)計(jì)工作推倒重來(lái)，進(jìn)而造成6 個(gè)月以上的工期延誤及約4 000萬(wàn)美元的高額罰款，項(xiàng)目進(jìn)度目標(biāo)及盈利目標(biāo)無(wú)法完成。因此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決策維持原總平面布置方案不變，按原定計(jì)劃推進(jìn)主體工程的施工，同步開(kāi)展巖礁疏浚的前期準(zhǔn)備工作，并根據(jù)主體工程實(shí)施的進(jìn)度要求，反推巖礁疏浚進(jìn)度節(jié)點(diǎn)，避免工期延誤。

2 疏浚難點(diǎn)分析

2.1 水下爆破受限

本項(xiàng)目位于巴基斯坦Baluchistan 省，恐怖襲擊猖獗，安全形勢(shì)嚴(yán)峻，地方政府嚴(yán)禁使用炸藥，硬質(zhì)巖礁疏浚常采用的水下爆破法不可行。

2.2 季風(fēng)期海況惡劣

疏浚區(qū)域直面阿拉伯海，長(zhǎng)周期涌浪海況特征明顯，對(duì)施工船錨泊穩(wěn)定性要求高。外海波浪實(shí)測(cè)揭示有效波高（Hs）平均值為3.13 m，有效波高最大值為5.38 m，周期平均值為9.61 s，周期最大值為12.7 s。依據(jù)國(guó)家海洋局提供的該區(qū)域2006—2015 年波浪預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，對(duì)分級(jí)波高每月累積頻率和分級(jí)周期每月累積頻率進(jìn)行分析。受限于作業(yè)波高及波浪周期，疏浚船舶可作業(yè)時(shí)間僅為每年10 月至第二年4 月的非季風(fēng)期。

2.3 疏浚設(shè)備匱乏、依托條件差

巴基斯坦當(dāng)?shù)貛缀鯖](méi)有專業(yè)的疏浚設(shè)備和施工隊(duì)伍，巖礁疏浚所需的船機(jī)設(shè)備及人員需由國(guó)內(nèi)或鄰近國(guó)家調(diào)遣，周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。

2.4 巖礁分布差異性大

取樣結(jié)果揭示航道口門(mén)區(qū)域巖礁強(qiáng)度高達(dá)100 MPa，屬15 級(jí)稍強(qiáng)巖石類[1]，破碎難度大，且疏浚厚度超過(guò)4 m；回旋水域巖礁強(qiáng)度約30 MPa，屬14 級(jí)弱巖石類[1]，可挖性稍好，疏浚厚度約為0.1～1.5 m，零星分布于約30 000 m2的廣闊區(qū)域。疏?？偭啃?、巖礁強(qiáng)度高、分布廣，均不同程度限制了疏浚設(shè)備的選擇。

3 疏浚方案比選

結(jié)合可獲取資源，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度對(duì)采用絞吸船、抓斗船、鑿巖棒、反鏟挖泥船等設(shè)備的疏浚方案進(jìn)行比選[2-9]?？紤]疏浚量只有約9 000 m3，采用單一疏浚工藝，不考慮多種工藝結(jié)合的方案。

3.1 絞吸船疏浚方案

項(xiàng)目附近巴基斯坦Qasim 港某航道局屬絞吸船可供調(diào)遣，但該船的最大挖巖強(qiáng)度不超過(guò)30 MPa；進(jìn)一步研究國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例，應(yīng)用絞吸船可挖巖礁的最高單軸抗壓強(qiáng)度約為60～70 MPa，不能滿足航道區(qū)域100 MPa 硬質(zhì)巖礁的疏浚需求，采用絞吸船方案技術(shù)上不可行。

3.2 重型抓斗挖泥船疏浚方案

香港某公司一艘用于外海沉船打撈工作的500 t 抓斗挖泥船可供調(diào)遣，該挖泥船總噸位為8 246 t，抓斗尺寸為5 m×7 m，水下沖擊能力強(qiáng)，斗齒可穿透5 cm 厚的鋼板，每次抓深1 m，通過(guò)分層多次開(kāi)挖，可滿足航道區(qū)域厚4 m 且強(qiáng)度達(dá)100 MPa 硬質(zhì)巖礁的疏浚需求，且船體特征可滿足非季風(fēng)期在本工程海域完成疏浚作業(yè)的錨泊穩(wěn)定性要求，技術(shù)可行性較高。但對(duì)于疏浚厚度約0.1～1.5 m，零星分布于回旋水域的淺點(diǎn)，疏浚超深過(guò)大，經(jīng)濟(jì)性較差。

由進(jìn)一步詢價(jià)得知，該挖泥船調(diào)遣費(fèi)用約為350 萬(wàn)美元，抓斗船、拖輪、自航泥駁的日租金約6 萬(wàn)美元，施工期總租金約720 萬(wàn)美元；總費(fèi)用約1 070 萬(wàn)美元，不具有經(jīng)濟(jì)可行性。

3.3 鑿巖棒水下碎巖疏浚方案

國(guó)內(nèi)有多家公司可提供鑿巖系統(tǒng)挖泥船供調(diào)遣，由挖泥船配泥駁進(jìn)行碎巖和清礁，配置簡(jiǎn)便。對(duì)于疏浚厚度約0.1～1.5 m，零星分布于回旋水域的淺點(diǎn)適應(yīng)性較好，但對(duì)于航道區(qū)域厚4 m 且強(qiáng)度達(dá)100 MPa 硬質(zhì)巖礁的疏浚，碎巖難度大、效率低。

鑿巖棒水下碎巖疏浚方案的調(diào)遣費(fèi)用約400萬(wàn)美元，抓斗船、拖輪、自航泥駁的日租金約5萬(wàn)美元，施工期總租金約600 萬(wàn)美元；總費(fèi)用達(dá)到1 000 萬(wàn)美元，不具有經(jīng)濟(jì)可行性。

3.4 反鏟式挖泥船疏浚方案

經(jīng)調(diào)研，提出一種采用簡(jiǎn)易自造反鏟式挖泥船配備高頻破碎錘的優(yōu)化方案，進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟(jì)可行性論證，最終選取該方案作為實(shí)施方案。

3.4.1 錨泊穩(wěn)定性

走訪多家具有反鏟式挖泥船設(shè)計(jì)、建造業(yè)績(jī)和經(jīng)驗(yàn)的造船廠了解到，適當(dāng)加大船體尺度、配備定位方樁及大抓力錨等措施可解決挖機(jī)船在水下碎巖作業(yè)條件下的錨泊穩(wěn)定性問(wèn)題。

3.4.2 疏浚能力

陸上碎巖，通常采用中小型挖掘機(jī)配備破碎錘形成破碎單元，能有效破解堅(jiān)硬的巖礁，多用于石料開(kāi)采、鋼筋混凝土構(gòu)筑物的拆除等；破碎錘的定制、挖掘機(jī)的改裝技術(shù)非常成熟，應(yīng)用非常廣泛。受此啟發(fā)，考慮挖機(jī)配置破碎錘，以滿足100 MPa 硬質(zhì)巖礁的疏浚需求。

3.4.3 經(jīng)濟(jì)可行性

廣東省某船廠水上工程施工經(jīng)驗(yàn)豐富，并且有拋泥船和輔助船舶在項(xiàng)目附近可隨時(shí)調(diào)遣進(jìn)場(chǎng)。方案計(jì)劃在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)制造一艘簡(jiǎn)易方駁，所需設(shè)備材料均由中國(guó)進(jìn)口海運(yùn)到場(chǎng)，船舶建造和設(shè)備配置費(fèi)用總計(jì)約150 萬(wàn)美元；錨艇、自航泥駁的日租金約0.3 萬(wàn)美元，施工期總租金約54 萬(wàn)美元；人員調(diào)遣、人工工資和燃料費(fèi)用總計(jì)約100萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)成本約304 萬(wàn)美元，此方案經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)突出。

4 疏浚方案實(shí)施及效果

4.1 疏浚方駁設(shè)計(jì)和制造

為滿足反鏟設(shè)備的施工需求，新建1 艘簡(jiǎn)易鋼質(zhì)方駁。方駁長(zhǎng)35 m，寬12 m，型深2.6 m。方駁上配備3 根邊長(zhǎng)1 m 的定位方樁、4 臺(tái)錨機(jī)及4 口3 t 的大抓力錨，可確保中長(zhǎng)周期波影響下碎巖作業(yè)時(shí)的錨泊穩(wěn)定性。方駁自2017 年8 月開(kāi)始建造，至2017 年11 月建造完成，總計(jì)歷時(shí)約100 d，建造消耗鋼材約700 t。

4.2 疏浚設(shè)備采購(gòu)、安裝及調(diào)試

巖礁破碎及清礁作業(yè)設(shè)備采用日立870 反鏟式挖掘機(jī)，配備18 m 加長(zhǎng)臂，見(jiàn)圖2。額定鏟斗挖掘力為472 kN，斗桿挖掘力為394 kN，鏟斗容量4 m3，定制液壓抓斗容量2 m3，最大設(shè)計(jì)挖深8 m。為增強(qiáng)適應(yīng)性，破碎系統(tǒng)采用2 套設(shè)備，互為備用：1） 定制 WS-D10 型高頻破碎錘；2）DKO-165 破碎錘配備2 m3/min 空壓機(jī)，可進(jìn)行水下破碎作業(yè)。

圖2 簡(jiǎn)易疏浚方駁Fig.2 Simple dredging barge

泥駁租用當(dāng)?shù)? 艘倉(cāng)容120 m3的開(kāi)體泥駁，并配備1 艘錨艇。

4.3 施工方案及實(shí)施效果

對(duì)巖礁厚度大于1 m 的區(qū)域，采用分層破碎、逐層清除的施工方案。液壓振動(dòng)破碎錘破碎點(diǎn)間距控制在0.3 m 以內(nèi)，根據(jù)破碎錘錘頭尺度，每次破碎深度約0.6 m。為了避免出現(xiàn)遺漏的淺點(diǎn)，超挖深度按照0.4 m 控制。完成指定區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)巖礁的破碎工作后，換裝鏟斗，進(jìn)行清礁作業(yè)。疏浚鏟斗作業(yè)點(diǎn)間距控制在1 m 以內(nèi)。巖礁碎屑卸至緊靠在方駁側(cè)舷的拋泥船內(nèi)，待所有破碎區(qū)疏浚完成后，進(jìn)行海床地形復(fù)測(cè)。如復(fù)測(cè)結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)，進(jìn)行二次破碎及清礁[10]。

依據(jù)地質(zhì)情況及施工進(jìn)度需求，劃分為航道區(qū)、碼頭前沿區(qū)和回旋水域區(qū)等3 個(gè)區(qū)域，施工工效等見(jiàn)表1。

表1 疏浚方案及工效一覽表Table 1 List of dredging scheme and work efficiency

本疏浚作業(yè)自 2017 年 12 月 10 日起，至2018 年5 月4 日完成，扣除設(shè)備故障、天氣影響等非作業(yè)工況42 d，總有效作業(yè)天數(shù)為103 d，綜合疏浚效率為150 m3/d?？：鬁y(cè)量揭示反鏟式挖泥船平均疏浚超深0.4 m，超寬1 m，疏浚區(qū)域未發(fā)現(xiàn)淺點(diǎn)。2018 年 5 月 8 日，30 000 DWT 級(jí)卸船機(jī)運(yùn)輸專用船乘潮進(jìn)港靠泊，5 月12 日完成卸船機(jī)滾裝上岸作業(yè)并安全離港，證明疏浚方案實(shí)施效果良好，滿足工程進(jìn)度和質(zhì)量要求[11]。實(shí)際綜合疏浚費(fèi)用僅310 萬(wàn)美元。

5 結(jié)語(yǔ)

加裝了定位樁的反鏟式挖泥船船體小巧，可在相對(duì)受限的水域內(nèi)靈活作業(yè)，配置的大功率破碎錘及挖斗能有效清除強(qiáng)度高達(dá)100 MPa 的巖礁，可為類似中長(zhǎng)周期波影響水域的小范圍硬質(zhì)巖礁疏浚提供參考和借鑒。該設(shè)備的應(yīng)用不僅規(guī)避了海外工程專業(yè)施工設(shè)備匱乏，調(diào)遣費(fèi)用高、周期長(zhǎng)的問(wèn)題，有效控制了勘察測(cè)量偏差導(dǎo)致的成本增加，而且保證了整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度目標(biāo)和盈利目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。