浅析内河短航道复杂土质情况下扫浅工艺

浅析内河短航道复杂土质情况下扫浅工艺

赵福满

云南省公路工程监理咨询有限公司 云南泸水 650031

摘要：在内河航道疏浚工程施工后期，受航道土质特性、船型特点、人工操作等诸多因素的影响，易在施工区域内形成垄沟、浅埂、浅区、浅点等问题，由此使得扫浅施工环节必不可少。本文分析了浅点形成的原因，以及各种常见扫浅方法的原理及施工特点，就相关工程中内河短航道复杂土质情况下扫浅施工工艺的实施进行了探讨。

关键词：内河航道；疏浚工程；复杂土质；扫浅施工

当前，在内河航道疏浚工程中，扫浅施工的难度体现在浅点形成原因复杂，施工效率低下、成本投入较大等方面。尤其是在内河短航道复杂土质情况下，施工环境复杂，投入的时间、资金成本更高，因此需要针对相关工程中的浅点形成的原因，采取相应的扫浅工艺，保证相关施工的顺利开展，有效保障工期和成本控制。

一、浅点形成的原因

浅点的形成主要是在疏浚工程施工后期，受航道内土质特性、密度差异，以及船型施工特点、人工操作等因素的综合影响，导致施工区内出现垄沟、浅埂、浅区、浅点等问题。当前，船舶的定位设备已经相当先进，然而由于施工、测量时受水流、波浪的影响，船舶处于上下起伏或左右摇晃状态，导致相关设备的测量、施工依然存在大于设备说明书中注明范围更大的误差，同时受天气情况影响，测量信号在接收阶段也会形成高达数米的误差，最终导致船舶施工定位和测量定位的误差始终存在，由此施工过程中出现漏挖、形成浅点的问题。具体到影响因素，疏浚浅点的形成可分为以下几点：耙吸船施工粘土形成的垄沟和浅埂；施工过程中，对船舶的安排不合理；航道施工布线未能实现全面覆盖；施工过程中，针对施工质量的管控不到位；挖泥船驾驶员违规操作导致；上层防石造成质量层遗留堆积的块石；土质特性及土质密度的差异形成浅点；水下障碍物对施工的影响；受风、波浪、潮汐等自然现象的影响，造成施工工况条件不佳。

近年来，智能化技术被广泛应用于内河航道疏浚工程施工的监控、测量设备中，然而由于相关的通讯技术、设备精度、信号延迟等问题的存在，导致大量测量、施工工作仍然需要由人工操作完成。由于无法做到精确定位，在疏浚工程施工后期对河道进行地毯式扫浅时，往往会出现够水深的地方越挖越深，而浅点确没有挖到，导致扫浅完成后重新测量依然存在大量浅点，不得不进行反复扫浅施工，从而造成大量人力、物力、财力、时间的浪费。

二、扫浅工艺分析

针对内河航道疏浚工程施工中出现的浅点问题，专业技术人员研发出了多种扫浅施工工艺。

1、绞吸船扫浅方法

绞吸船扫浅方法适用于平行航道和垂直航道的施工。针对平行航道的施工，可以将钢桩驻位于航道底边线附近，在航道边线附近以绞吸船顺航道清扫底边线60m～80m范围内的浅区。施工过程中，如遇船只进出，可直接将施工船摆到边线位置，基本可以满足不影响航道通行状况下的扫浅施工。针对垂直航道的施工，如果浅点区域长度小于绞吸船摆宽，且达不到绞吸船摆宽的一半时，可采用绞吸船垂直航道方向施工。绞吸船扫浅的施工操作必须严格按照施工图纸，以制定好的移船线路，以要求的绞刀下放深度和转速，按序利用绞刀旋转绞松、绞吸施工；在远离港口的区域浅点，在绞吸船船艉接蛇形管，通过只开水下泵的方式，利用涨落潮流的作用，把施工区域内的泥浆带离，从而达到清除浅点的目的。

2、耙吸船扫浅方法

耙吸船扫浅方法可在长直航道内采用s型和Z型交替施工的方法连续定深往复扫浅施工，充分打断施工区垄沟和浅埂，如配备了主动耙头挖泥船，还可采用下压粑唇方法进行切削浅点施工。采用耙吸船扫浅施工操作，需要严格按照施工方案要求，确保船舶走线与施工图纸一致，施工航速应控制在3kn左右，“S”型航迹线切向与航道中心线角度保持在8°～28°范围内，清除浅点时，要做好波浪补偿器位置的控制工作，如耙头没到达浅点位置，需抬升波浪补偿器，否则当耙头到达浅点位置时，粑头会直接滑过浅点位置的侧面，无法完成扫浅施工。

3、耙平器扫浅方法

耙平器扫浅方法针对浅点较多、较少，以及分布呈直线、分散或集中等情况，都可有效处理。当浅点较多且呈直线分布分布时，可采用顺着浅埂方向直线扫浅的施工操作；当浅点较少且分布较分散时，则采取串线施工操作；当浅点较为集中且分布范围较小时，可采用循环往复方式进行施工操作。耙平器扫浅方法的施工操作需要保证在进行垂直控制时，根据潮水情况确定耙平器下放的深度，并严格控制下放耙平器的刻度，在采用水平控制时，需要让耙平器吊缆向后倾斜一定角度，保持耙平器与水底接触时处于水平状态，对于零星浅点的小面积浅点施工，需分层施工。在船舶实操时，采用串点连线的走线方式，可保证较高的扫浅效率，要求船舶驾驶员有较高的操作水平，确保扫浅效果。耙平器转向控制是耙平器扫浅方法的施工要点，为避免吊缆、拖缆与船体在水底产生摩擦，必须采用起吊的方式进行转向，转向地点不可选择在边坡附近，以免耙平器铲嵌入泥里，导致起吊困难或拖拽耙平器时引发船体打转。采用耙平器扫浅方法施工时，应将耙平器航速控制在3.5kn～4.0kn左右，在浅区施工时，航速还要下降至2.0kn～3.0kn左右。遇到较宽的浅埂时，如发生零航速现象，则尽可能在不起耙的情况下采用瞬间加车方法通过该区域，如无法通过，则可将耙平器提高至薄切泥面的高度，经过该区域后再下耙施工。

４、抓斗船扫浅方法

抓斗船扫浅方法是通过安装于抓斗船上的GPS定位系统对浅点位置进行确定后，结合抓斗宽度将每一船宽需要排抓的次数进行确定，同时为避免出现漏点，还需根据抓斗张开的宽度和抓斗船的进尺距离，确保相邻两抓的重叠长度，并针对施工要求的挖深，对抓斗下放的深度进行严格控制，以此保证有效清除浅点的同时避免过度超挖。

三、扫浅工艺在内河短航道复杂土质情况下的应用

当前，扫浅工艺在内河短航道复杂土质情况下的应用，主要是采用抓斗船扫浅法进行施工。为了解决复质的地质结构对施工造成的诸多困难，通过对相关工艺进行相应改造后，形成了抓斗挂横杆扫浅法工艺。

1、抓斗挂横杆扫浅法的原理

基于抓斗船扫浅方法，结合内河短航道的地质结构和设备性能等情况的综合分析后改造的抓斗挂横杆扫浅法，其工作原理是在打开的抓斗下方焊接两端各有一套环的工字钢，利用工字钢两端的套环，采用钢缆将抓斗船牵引固定，由此产生的钢缆的牵引力和抓斗自重在垂直方向的力相结合，使抓斗对河床进行切削，扫除浅点，受力分析如下图所示：

由此可知，为保证浅点清除的效果，需要确保横向切削力达到最大，这就必须保证θ始终保持到较小的范围内。为此，实际操作时应尽量使牵引钢缆向船体后方固定。

2、工程实例

（1）工程概况

本文以某内河航道整治工程为例，就该工程施工全长7.1 km的航道扫浅施工操作，对扫浅工艺在内河短航道复杂土质情况下的应用进行分析。该标段按内河Ⅳ级航道标准进行建设，设计航道宽度、水深分别为60 m、4.1m，超宽2.0m、超深0. 3m、边坡1: 3，航道土质以淤泥、粗砂及粉质粘土为主。

（2）施工方案

根据抓斗挂横杆扫浅法的施工工艺要求，为有效控制水流影响扫浅效果，采用顺水流倒退扫床。抓斗船完成了区域内的开挖施工后，运用电脑做好扫床计划，并将工字钢扫床焊接在抓斗下方，采用GPS定位校正好抓斗位置，并结合潮水位、绘图水位、设计水深三个数据，确定好抓斗下放深度后，开始扫床。由于潮水位处于不断变化的状态，因此需要实时关注抓斗的入水深度，同时可适当放松抓斗的钢缆，以免钢缆拉力抵消抓斗自重压力。通过读取抓斗钢丝吊缆上的刻度标尺，可以了解扫床架的入水深度。

进行扫床施工时，利用锚机绞锚操控抓斗船，按照施工方案中的计划路线顺水倒退航行，当扫床底架碰到浅点时，采用工字钢将浅点位置的疏浚弃土切削刮去，并在附近较深处将弃土进行填埋，实现清除浅点的目的。

技术人员在扫床施工过程中，密切关注船头抓斗上方的标尺水位变化，以此判断是否抓斗是否到达浅点。如遇到浅点未能按照设计水深位置通过的情况时，抓斗会产生一定的上浮、震动现象，此时应及时通知操作人员对该位置进行记录，并进行第二次扫床施工。扫床施工时，应保证行与行、段与段之间保持重叠，以免出现扫床遗漏的问题。采用抓斗船进行扫床施工，可以利用船上自带的设备，以及抓斗船本身易于装缷等优势，可以通过循环扫床施工，快速将施工区域内的浅点全部清除。

四、抓斗挂横杆扫浅法的优点分析

精确定位始终是抓斗船扫浅方法的一大难点，而抓斗挂横杆扫浅法则是通过扫床扫浅的方式在浅点附近进行大面积扫床，将扫床架行进过程中覆盖的所有区域进行浅点处理，无需精准定位浅点位置，大大弥补了施工定位的不足问题。与此同时，由于抓斗挂横杆扫浅法采用的是大面积扫床的方式，因此即使是在测量浅点时出现了遗漏，也能在实际施工中将漏掉的浅点全部清除，更能保证工程施工的整体质量。另外，由于抓斗挂横杆扫浅法的应用仅需采用锚机绞锚拉动，不用完全依靠抓斗船主机的运动来控制，因此能有效减少船舶的燃油消耗，也能很好地减少因地毯式扫浅产生的废方，由此不仅能节省成本，还能提高施工效率，有效缩短工期。

五、抓斗挂横杆扫浅法的适用性分析

针对航道浅点的扫浅施工方法比较多样，通过案例分析证明，基于抓斗船扫浅方法改造而成的抓斗挂横杆扫浅法在内河短航道浅点施工中的表现较好，但并不表示该施工工艺适用于所有疏浚扫浅施工工程。浅点的分布形式较多，有成片连续出现的成片型浅点，还有孤立存在的独立型浅点，以及由成片型浅点和独立型浅点结合出现的间隔型浅点。其中，独立型浅点很难被找到，也很难施工；间隔型浅点则呈现不均匀分布的特点，最常见，也最难扫浅。经过实践证明，抓斗挂横杆扫浅法的主要优势在于可以准确找出并进行有效的扫浅处理，同时避免反复开挖和超挖，并能及时做好多余弃土的处理工作，达到节约成本的目的，更适用于独立型浅点和间隔型浅点的扫浅施工，成片型浅点的出现比较集中，没能精准定位浅点的需求，只需要直接定位进行地毯式扫浅就能达快速扫浅的目的。

六、结语

在航道疏浚工程中，工况条件复杂、工期紧、任务重，扫浅施工是必不可少的环节，扫浅施工的质量好坏直接关系着整个工程的质量，因此必须根据工程的具体情况科学选择扫浅施工工艺，投入多种船型联合施工，才能确保工程顺利完工。一般情况下，扫床式扫浅方法主要是用于对工程质量要求较高的工程，但是针对内河短航道复杂土质情况下的扫浅施工，采用基于抓斗船扫浅方法的抓斗挂横杆扫浅法工艺，可以在保证工程质量的同时，节省成本、提高效率，具备地毯式扫浅不可比拟的优势。通过案例分析证明，只有掌握了浅点形成的原因，充分研究各种扫浅方法的优势，并不断优化相关工艺，同时结合工程的实际情况，选择合理的施工工艺，可以最大化发挥相关施工工艺的作用，大幅提高扫浅效率，降低施工成本，提前、优质高效完成工程施工任务，由此带来的经济和社会效益显著，具有广阔的推广应用前景。

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