絞吸式挖泥船采用分流管在工程實踐中施工方法探究

楊洋 中交廣州航道局有限公司

1.項目背景

本項目位于長江口北支河道中段，吹填區(qū)總面積合計超過20000畝，劃分12個標(biāo)段，其中B 標(biāo)段由絞吸式挖泥船A 輪負(fù)責(zé)吹填施工(以下簡稱A輪)。該吹填區(qū)南北長約590m，東西長約1400n，吹填面積約82萬m，吹填高程+2.5m（國家85高程，下同），吹填工程量約320萬m。本工程所在區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨量豐沛，臺風(fēng)雨和梅雨氣候明顯。所處河段洪潮災(zāi)害較頻繁，受風(fēng)暴潮和臺風(fēng)浪的影響較大，且最高潮位往往是在天文大潮、強(qiáng)熱帶氣旋、臺風(fēng)和上游大洪水三者遭遇或其中兩者遭遇時發(fā)生。

2.塑料管線與鋼管對比分析

塑料管材與傳統(tǒng)金屬管道相比，具有自重輕、耐腐蝕、耐壓強(qiáng)度高、衛(wèi)生安全、水流阻力小、節(jié)約能源、節(jié)省金屬、改善生活環(huán)境、使用壽命長、安裝方便等特點，受到了管道工程界的青睞并占據(jù)了相當(dāng)重要的位置，形成一種勢不可當(dāng)?shù)陌l(fā)展趨勢。

本工程所采用的聚乙烯管，特別適用于疏浚輸泥沙行業(yè)，具體性能如下：

（1）高耐磨性。耐磨程度是鋼管的4-8倍。抽沙用可用8-15年。重量輕，只有同規(guī)格鋼管的八分之一，安裝運輸方便，節(jié)約工地搬運開工時間。

（2）浮力大，可配套塑料圓形浮體，長期使用綜合造價低。

（3）強(qiáng)度高，柔韌性好，有彈性，在水中能彎曲，陸地凹凸面在30度以內(nèi)的區(qū)域，可以通過管材自身的柔韌性自行調(diào)節(jié)，不用修鋪路面，管與管之間可以直接連接，在水中不受風(fēng)浪影響。

（4）接管方便，管兩頭帶活動法蘭，管口內(nèi)襯鋼圈，長久使用管口不會變形；用螺栓直接連接管頭活動法蘭即可。

（5）管道內(nèi)壁光滑，摩擦系數(shù)極小，輸送效率比鋼管高15-30%。

（6）抗紫外線，抗老化，使用壽命長，根據(jù)含沙量的不同能使用8-12年。

3.管線鋪設(shè)方案

本工程施工前，通過一系列的考察評估，充分考慮了自然條件、潮汐和水流的影響，進(jìn)行周詳?shù)墓で皽y量、現(xiàn)場勘測，組織各項材料，并積極地與業(yè)主單位溝通各個工程細(xì)節(jié)，最終管線鋪設(shè)施工方案如下：

根據(jù)工程工況條件及現(xiàn)場實際情況，確定本工程吹填管線由浮管408m+沉江管476m+堤前水陸管架頭+翻過大堤處管線60m+吹填區(qū)主管線組成。

3.1 水上管線布設(shè)

沉江管外地先組裝成段，每段長約200m，通過水路拖運至現(xiàn)場拼接，高潮位時由錨艇頂灘拖至設(shè)計位置，待管線順直后打開兩頭封門板灌水使沉江管沉至江底，同時在水陸管架處沿東西向兩側(cè)各拋設(shè)1只2T錨，以確保水陸管架不會因風(fēng)浪等因素移位或彎曲。

水上浮管也是外地先組裝成段，每段長約200m，通過水路拖運至現(xiàn)場拼接，再與沉江管端點站、絞吸式挖泥船相對接。

由于受水域漲、退潮流速影響，浮管可能會發(fā)生折彎，為防止?jié)q落潮和風(fēng)浪對浮管的影響，浮管上每隔100m拋設(shè)浮管錨一只加以固定，漲、落水錨間隔布設(shè)，浮管錨纜長度為100～150m。

3.2 陸上管線布設(shè)

陸上管線沿堤內(nèi)邊線向西布設(shè)。吹填時，控制吹填管口至現(xiàn)有大堤的距離，防止沖刷內(nèi)坡砂袋，排水口留到最后吹填。根據(jù)現(xiàn)場實際情況及業(yè)主的要求，由于大堤正在進(jìn)行護(hù)坡施工，無法采用鋼管直接翻過大堤，因此，在圍堤護(hù)坡施工完成前，吹填初期陸上吹填管線采用4組Φ320mm塑料管并行接進(jìn)吹填區(qū)，其中每組塑料管大堤外坡接3根（每根10m長），過大堤堤頂鋪埋1根，大堤內(nèi)坡2根。由于塑料管線并不抗壓且為不影響道路通行，需將管線至少埋下一層沙袋，且過大堤堤頂鋪埋塑料管處鋪設(shè)2塊長2.0m、寬1.5m、厚10mm的鋼板，以防過往車輛壓壞塑料管。吹填過程中，塑料管法蘭處易損壞。因此在管線連接時，每處法蘭均應(yīng)墊沙袋。必要時，塑料管懸空處也需加墊沙袋。水陸管架頭處利用護(hù)底塊石人工整理出上岸平臺，用以安放水陸管架和分流管。分流管共有五個排出口，實際施工過程中可根據(jù)A輪船機(jī)狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整排出口使用數(shù)量。由于現(xiàn)場施工人員成分復(fù)雜，為保障圍堤管線安全，實時監(jiān)測排出口情況，需派人在現(xiàn)場24小時值守。塑料管穿越圍堤示意圖與塑料管穿越圍堤示意圖見圖1、圖2。

圖1 塑料管穿越圍堤示意圖

圖2 分流管及塑料管平面布置示意圖

4.施工設(shè)備安排

4.1 A輪性能特點

由于施工水域范圍內(nèi)土質(zhì)以軟弱場地土為主，比較有利于A輪施工，可以充分發(fā)揮其施工效率，有效提高工程產(chǎn)量。A輪主要性能特點如下：

1）挖掘能力強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，適宜港池、碼頭前沿泊位區(qū)域開挖和吹填施工。

2）錨纜短，采用鋼樁定位，占用施工水域小，船位控制方便。

3）具有挖、吸、排泥連續(xù)作業(yè)性能，單船可完成疏浚及吹填施工。

4.2 施工調(diào)試

在管線鋪設(shè)完畢后A輪隨即進(jìn)場開始試挖作業(yè)，以確定最佳施工效率。根據(jù)其5天的施工情況統(tǒng)計，結(jié)合其自身船機(jī)設(shè)備能力，確定A輪排泥管內(nèi)最佳流速為5m/s左右，最小流速3.8m/s，濃度控制在20%，排壓維持在3.3bar左右，最大排壓4.0bar，這樣施工效率可以保持在1200m/h以上。具體數(shù)據(jù)分析如下：

1）以水下泵640轉(zhuǎn)基準(zhǔn)，在分流管由四根改成三根管時水下泵電流從360降到320。流速從5.0米下降到4.5米。排壓從3.2上升到3.6bar。效率大幅下降的同時堵管風(fēng)險亦非常大。

2）由于流速下降，產(chǎn)量降低，為提高施工效率將分流管重新改為四根施工。調(diào)整后水下泵機(jī)轉(zhuǎn)速640，排壓穩(wěn)定在3.3bar左右，流速5.0m/s。

3）A輪施工區(qū)域計劃挖深-10米，實測水深9.3到8.5米。土層厚度約為6.5-7.0米，每層挖泥每次進(jìn)關(guān)量0.6到0.8米，此時濃度比較容易保持在20%左右。按船報工程量和運轉(zhuǎn)時間計算，A輪效率最高可達(dá)1350m/h。

4）試挖的最后兩天正值大潮汛，每天停兩個漲潮時間約9小時左右。小潮汛時預(yù)計工作時間會增加1-2個小時。流速較快時進(jìn)關(guān)量0.5米，流速趨緩時或平穩(wěn)時，進(jìn)關(guān)量可達(dá)1米。由于落潮頂流施工，橫移邊線回擺壓力較高，橫移電流達(dá)到80-100安培。即在本項目實施過程中，自然條件亦會對施工效率造成重大影響，對此本文不做重點闡述。

5.施工過程中遇到的問題及解決方案

5.1 問題分析

5.1.1 管徑驟減，泥沙易沉積

A輪海上管線管徑均為850mm，岸上塑料管線管徑則為320mm，由于管線在分流管出管徑驟然縮小，泥沙容易在水陸管架頭處沉積，造成堵管現(xiàn)象，另外體積較大的垃圾也容易在此堵管。

5.1.2 受潮汐影響，漲潮即停工

施工區(qū)域位于長江出海口附近，受潮汐影響巨大。施工水域快漲快落，尤其在大潮汛漲潮時，嚴(yán)重影響船舶施工。

5.1.3 首次采用分流管施工，經(jīng)驗不足導(dǎo)致效率降低

由于公司初到該水域施工，對本地區(qū)工況不是十分了解。又是首次采用單泵分流管作業(yè)，施工人員無相關(guān)經(jīng)驗。此地自然情況、地質(zhì)條件情況復(fù)雜，具有一定的特殊性，增加了作業(yè)難度，導(dǎo)致施工進(jìn)度較慢，效率降低。

5.2 應(yīng)對方案

針對上面提到的主要問題，項目部根據(jù)實際情況及時調(diào)整施工方案，制定了相應(yīng)的應(yīng)對措施，提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量和工期。

5.2.1 防泥沙沉積而造成堵管的應(yīng)對措施

由于海上管線到岸上管線管徑的驟減，容易導(dǎo)致泥沙和垃圾的堆積。因此挖泥船施工前要對開挖區(qū)的地質(zhì)報告進(jìn)行分析,選擇適宜開挖該土質(zhì)的絞刀頭。挖泥船在施工開始前要進(jìn)行試生產(chǎn),對船舶的流速、泥泵真空、主機(jī)負(fù)荷、排壓等施工數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集整理,分析確定最小流速值和最大排壓值,當(dāng)排壓超過最大值時就應(yīng)立即提起絞刀開始打清水,直到排壓正常后再進(jìn)行施工。

在實際工程中,管線鋪設(shè)應(yīng)當(dāng)盡量選擇水平的路線,使管線避免上下起伏,若施工現(xiàn)場條件無法滿足水平路線,在上下起伏大的地方應(yīng)改為膠管拼接,這樣即使出現(xiàn)了堵管現(xiàn)象,在膠管位置也容易拆開處理管線。

絞吸式挖泥船在正常施工時,若排泥管流動的泥漿中有泥塊或垃圾的存在就容易發(fā)生堵管現(xiàn)象。因此可以在泥漿泵的葉輪上加焊一些鋼片,這樣泥泵在運轉(zhuǎn)時加焊的鋼片可以將泥泵中的泥塊打碎,使泥漿充分拌合。沒有了大顆粒固體,只要保證排泥管線的流速不小于挖泥船開工時設(shè)定的最小值，發(fā)生堵管事件的概率會大幅降低。

岸上派遣專門人員24小時值守，隨時觀測管線變化情況。

5.2.2 實時監(jiān)測，收集資料為后續(xù)工作提供依據(jù)

為保證施工的持續(xù)健康進(jìn)行，提高對未知事件的遇見能力，及時發(fā)現(xiàn)問題，提出應(yīng)對措施。工程投標(biāo)前，踏勘現(xiàn)場的工作很重要，工作要做到實處，要注意收集施工區(qū)域的氣象、水文、人文、地質(zhì)等資料。工程開工后應(yīng)注意每日施工數(shù)據(jù)采集，包括船報方量、運轉(zhuǎn)時間、船報效率，管內(nèi)流速、濃度、排壓，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、橫移壓力、速度等，注意平時數(shù)據(jù)的變化，關(guān)注極端數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析，反過來對施工情況進(jìn)行考核評估，形成良性的反饋，為后續(xù)船舶進(jìn)場提供可靠資料。

5.2.3 協(xié)調(diào)各個施工環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效能

①機(jī)艙、甲板以及各工序之間，要相互配合銜接，以免耽誤時間和造成不必要的消耗。

②在施工中，要做好維護(hù)保養(yǎng)工作，充分利用間隙停工時間，做好檢查維修工作，以保證挖泥船常處于良好狀態(tài)。

③嚴(yán)格按施工工藝安排施工，當(dāng)按施工工藝與實際情況出入較大時，可予以調(diào)整，但一定要上報項目經(jīng)理部。

④挖泥操作時，要使挖泥船挖泥濃度較高，較平穩(wěn)，不要忽高忽低，并盡量減少吹清水時間。

6.結(jié)語

通過項目部全體人員的不懈努力，從實際施工結(jié)果上看，A輪吹填施工岸上管線由鋼管改為分流管接塑料管組合形式并未對其效率造成明顯影響。而且采用分流管后，實際上有多條管線同時對泥塘進(jìn)行吹填，形成灘面速度跟以往的管線相比卻有明顯提高。另外，塑料管線較鋼管重量輕的多，4、5個人便可輕易抬起，這樣就可以根據(jù)泥塘得實際情況靈活變動管線鋪設(shè)方向。在以后的實際施工過程中，還可以在塑料管出口處增加分流管，從而提高灘面平整度。同時，由于在接管時不需采用機(jī)械，管線布設(shè)可選范圍就更廣，還可有效降低生產(chǎn)成本。此外，這種施工形式還可應(yīng)用于圍堤施工中，由于采用分流管，管線出口壓力大幅下降，直接用以充填沙袋或堤心砂，可加快圍堤的施工進(jìn)度。