疏浚工程中抓斗挖泥船在不良工况条件下的工艺分析

来源:珠江水运
关键字:靠岸,水域受限,块石多
发布时间:2019-11-14 22:17

　　摘要：本文结合科特迪瓦阿比让港运河疏浚工程，就抓斗式挖泥船在靠岸、水流急、涌浪大、土质硬状态下的施工工艺进行初步探讨，为今后类似工程提供参考。

　　关键词：靠岸水流急水域受限块石多抛锚安全靠离工艺

　　1.前言

　　抓斗式挖泥船因其造价低、施工环境适应能力强的特点，在疏浚工程中受到广泛使用，但也有些工程由于其环境的特殊性，存在水流急、涌浪大、施工区域受限等不利于施工的条件。本文以科特迪瓦阿比让港运河疏浚工程为例，针对抓斗挖泥船在水流湍急、涌浪大、施工作业空间受限、块石多等不良工况条件下的工艺进行分析。

　　2.工程概况

　　2.1运河基本情况

　　科特迪瓦阿比让港扩建项目一期工程拟建拓宽和浚深长约4.8km的弗里迪运河航道，满足第五代集装箱船（载箱量6000TEU，满载吃水14.5m）全天候进港的需要，同时对航道口门的防波堤进行改建和加固。运河航道总长度 4.552Km，设计宽度 250m，设计挖深-16.5m～-19.0m，边坡比 1：3～1：5，运河航道原始水深-11～-21m。

　　2.2风

　　阿比让港区风向不规则、强度低，超过20-30节的突发阵风可以将谷粒掀起，不频繁、持续时间短。全年超过30节风速的累计时间为3天左右。

　　2.3波浪（设计）

　　运河口门处，外接大西洋，虽处在赤道无风带，但受梯度力影响，口门处涌浪较大，且波较长，极端天气情况下波高超过 1.0 米。

　　2.4海流

　　水流作用在连接泻湖与海的运河通道中的影响很重要，特别是口门处由于导流堤形成的瓶颈效应，会对运河航道形成冲刷作用。本地区进行过旱季和雨季的落潮最大流速计算，旱季时为2.7 m/s，雨季时为3.0 m/s，在10年一遇的洪水期为3.2 m/s。

　　3.工程特点、难点

　　3.1施工作业区域狭窄

　　航道靠边的施工区一侧紧邻防波堤，由于施工采取一半航道封航，另一侧抛锚需在航道中心线内20米，水上可抛锚区域宽度仅105米，锚不能抛远，所以在涨、退潮时段，船舶受水流冲击，很容易拨锚，难以准确定位施工。

　　3.2水流流速大

　　本项目对航道口门的防波堤进行改建和加固，改建前航道口门宽度为150米左右，最大流速3节左右；改建后航道口门拓宽为250米，经过实际检测，流速翻了1倍，尤其是农历初一至初三、十五至十八，最大流速大于6节。

　　3.3涌浪大

　　本工程主要在运河口门处，外接大西洋，施工区域靠近防波堤未端，防波堤无法对施工区域形成有效的掩护，虽处在赤道无风带，但受梯度力影响，口门处涌浪较大，且波较长，极端天气情况下波高超过 2.0米。

　　3.4块石多

　　航道口门段区域存在很多旧防波堤冲刷下来的块石、混凝土方块，而且体积很大，极大地增加了开挖施工的难度。

　　3.5运营商船进出频繁

　　运河航道为单向航道，港内有正在运营的集装箱码头、滚装码头和散货码头，航道内有正在运营的油码头以及工作船码头，航道施工需兼顾码头运营，大部分时间采取一半航道封航施工的模式，运营航道商船进出频繁，施工时需要主动避让运营商船。

　　4.挖泥船选型

　　考虑航道存在大小不一的石块，水流急、涌浪大，绞刀设备无法正常作业，另依靠下桩定位的抓斗船亦不适合施工，容易扭断桩，施工受到严重的限制，所以船舶选型时必须考虑挖泥船舶施工的操作性能。综合现场工况条件，选择锚泊定位的抓斗船配套泥驳的方式施工。

　　5.施工区域狭窄、水流急、涌浪大状态下施工措施探讨

　　5.1施工区域狭窄状态下施工措施探讨

　　拓宽后运河的宽度是250米，为兼顾港内频繁运营的码头，航道分为东西侧施工区（各75米宽）和中间施工区（100米宽），西侧施工区施工时，需封航东侧一半航道，留东侧一半航道通航；东侧施工区施工则反之；且航道东、西侧施工边线紧邻防波堤。所以在东、西两侧靠岸施工时，疏浚船舶仅能使用105米宽的抛锚区域，施工区域狭窄。结合抓斗船舶性能，针对靠岸施工作出如下应对措施：

　　（1）地锚埋设

　　因涉及靠岸施工，必须在岸上埋设地锚。根据施工范围的大小、船舶定位的需要，同时避开无法埋设地锚的位置，在岸上每隔150米左右埋设一个地锚。地锚埋设好后留下一根钢丝头于地面上便于抓斗船的定位钢丝绳系和解。抓斗船靠西岸施工船艏向南时左前锚和右后锚正常抛锚，右前锚和左后锚根据定位的需要在岸上预埋好的地锚中选择合适的锚点连接。

　　（2）单侧靠驳

　　抓斗船组在施工时，由于施工区域狭窄，尤其是退潮时段水流十分湍急，为减小由于水流冲击泥驳船对抓斗船造成的拖拽力度，确保抓斗船能准确定位，只能单侧靠驳作业。施工时需安排靠驳与离驳紧密错开以提高船机利用率。

　　5.2水流湍急状态下施工措施探讨

　　航道口门的防波堤经过改建和加固，使航道口得以拓宽，航道变得顺直，也使航道水流速度大幅提高，经过检测，即使在旱季（10月～次年4月），每月大潮時期最大流速大于6节。针对水流湍急的施工条件作出如下应对措施：

　　（1）改造定位锚

　　加宽锚板、在锚柄上增加配重，将原定位系统的前后4个锚由3.0t增加到3.5t，加长锚与钢丝绳间锚链的长度，通过配重增加抓斗船定位锚重量及抓地受力面积，以提高锚的抓力。

　　（2）串锚

　　在西侧施工时，由于左前锚抛锚区域受限，不能抛远，锚缆与抓斗船的夹角较大，横向拉力较小，加上靠驳、水流、风力和施工中吊臂的摆动等作用力的影响，左前锚常出现走锚现象，为了提高船舶施工定位的准确性和稳定性，在左前锚采用两个锚串锚处理，同时抓地受力，增加抓力；或可以增加多一台锚机，采用双锚，因条件限制，我部采用了串锚处理。

　　（3）顺流移船

　　抓斗船后方抛交叉锚，锚绳作用的力矩比前方八字锚长，水流湍急时倒退施工，在平潮或水流缓慢时向前施工，可以有效避免受力过大出现走锚的现象。

　　（4）制定有针对性的靠船方案

　　涨潮时水流向北，靠船是顶流靠驳相对简单，先在船艉带缆，加上锚艇顶推船艏辅助；退潮时水流向南，水流较紧急，靠船是顺流靠驳相对较难，利用船艏带缆，加上锚艇协助顶泥驳船艉（图1）。

　　（5）增设应急锚

　　在退潮时，抓斗船后锚受力集中，加上涌浪、泥驳和抓斗摆动等力的作用，常出现钢丝受力过大而断裂现象，所以在艉部增设一个锚机和应急锚，提高后锚钢丝的受力。

　　5.3涌浪大状态下施工措施探讨

　　针对涌浪大施工作出如下应对措施：

　　（1）对钢丝易磨损部位进行加固

　　泥驳船艏底部与钢丝的拖磨，容易出现破损：在泥驳船艏内舱对拖磨部位焊接新的钢板进行加固，施工过程中加强检查，出现破损及时进行修补。

　　（2）更换尼龙缆和加固缆桩

　　受涌浪影响，泥驳靠驳过程和装载过程中尼龙缆容易断裂，缆桩也容易被拉坏，进入航道施工前，将所有的尼龙缆换新，缆绳直径由80mm增加到120mm；同时对泥驳船和抓斗船的缆桩逐一进行焊接加固，然后在钢缆桩上采用土工布包扎，减少与缆桩直接摩擦发热熔断。