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长江南京以下12.5米深水航道一期工程疏浚工程中自航式耙吸挖泥船艏吹施工情况浅析
朱时茂
.（中港疏浚有限公司，上海200120)
摘 要：艏吹施工作为疏浚工程中处理疏浚土的一种方式，在各类航道疏浚、吹填造陆等工程中受到越来越多的应用。长江南京以下12.5米深水航道一期工程疏浚工程作为国家浚通长江黄金水道，打造长江经济带的重点工程。整个工程由自航耙吸式挖泥船新海马轮通过疏浚挖泥、艏吹施工完成，满足工程需要的同时，创造了较好的经济和社会效益。
关键词：自航耙吸式挖泥船；艏吹；工艺；效益
1 工程概况
图1 常熟工程施工区段平面图
长江南京以下12.5米深水航道一期工程疏浚工程（以下简称“本工程”）位于长江太仓至南通段的通州沙和白茆沙水道，航道全长57.2km，其中工程疏浚施工区长度约6km，共包括A、B、C三个施工区段，见图1-1。其中，通州沙河段航道北侧两处疏浚区域，一处在航道轴线H点下游附近水域，即A段施工区，长约2.0km；另一处在航道边线（G点至F点）附近，即B段施工区，长度为2.5km，；C区包括白茆沙南水道进口段航道北侧（B点下游1.5km范围内）和上段航道南侧（C点下游约3.1km处）两处局部疏浚区域，长度分别为0.8km和0.3km。整体上，航道挖槽底宽为500m，最小转弯半径为1500m，设计深度为12.5m（理论最低潮面下），航道边坡为1:1航道边坡为1:10，计算超宽取3m，计算超深取0.4m，基建期总工程量约为208.4万m3。
2 船舶情况
本工程施工中投入1艘舱容10000m3自航耙吸式挖泥船“新海马”轮，本船带球鼻艏，主机功率大，操纵性能优良，通过车（CPP）、舵（襟翼）、船首侧推配合可以原地回旋掉头，适应受限水域施工作业。作业时适应条件为最大风速13.8m/s、有义波高2.0m。其主要性能参数表见表1。
表1 耙吸挖泥船主要性能参数表
船舶
总长
（m）
型宽
（m）
型深
（m）
满载吃水
（m）
自由航速
（kn）
泥舱容量（m3）
新海马
134.4
25.32
10
8.5
15
10000
船舶
最大挖深
（m）
主机功率（kW）
全船总功率（kW）
泥泵机功率（kW）
制造年份
制造厂
新海马
32
8700×2
19161
1532×2
2010年
广州文冲船厂
3 艏吹站情况介绍
根据常熟市港区开发建设有限公司2013年12月18日《关于结合铁黄沙整治工程处理长江南京以下12.5米深水航道一期工程疏浚土实施方案的函》，本工程疏浚土可全部处理至铁黄沙整治工程吹填区IV围区（即2#艏吹站）和VI围区（即1#艏吹站）。吹填标高为+3.0m（85高程），IV围区面积约1.8km2、VI围区面积约1.5km2。两个艏吹站均布置在狼山沙西水道内。其中1#艏吹站布置在铁黄沙吹填区VI围区桩号7+800北侧约250m处，满足安全距离要求，距东侧常熟港过驳锚地约150m，满足规范1倍船长安全距离要求；2#艏吹站布置在IV围区桩号5+714北侧约500m处，满足安全距离要求。
根据相关规范及施工经验，1#艏吹站长度取600m，宽度取350m，设计深度按万吨级耙吸船施工所需水深考虑，取9.5m，艏吹站尺度满足“新海马”轮的进出、调头以及展布要求。2#艏吹站长度取600m，宽度取260m，大于1.5倍船长，水深取9.5m。具体如图2所示。
图2 艏吹站及管线平面布置示意图
3、艏吹施工方法和技术
3.1 管线布设
针对本工程吹填区距离较近的特点，吹泥管线由水上自浮管、沉江管、陆上管线三部分组成，两个艏吹站各铺设一条吹填管线，1#艏吹管线布设管线长度约570m，2#艏吹管线布设管线长度约1040m。
3.1.1 1#临时艏吹站吹填管线布设
（1）水上管线布设
1#艏吹站布置在铁黄沙吹填区VI围区桩号7+800北侧约250m，距东侧常熟港过驳锚地约150m处。艏吹水上管线布设Φ900mm直径规格的自浮橡胶管80m，联接直径规格的Φ850mm沉江管250m，然后联接过堤及围区内Φ850mm钢管60m，最后联接Φ900mm自浮橡胶管180m。水上自浮橡胶管外侧联接自由段70m，满足“新海马”轮船位的小幅调整自浮管端点站位置采用2个5吨海军锚固定，自浮管与自由段联接处也采用2个5吨海军锚固定。沉江管从吹填区VI围区桩号7+800上岸与陆上管线连接，连接处采用柔性橡胶管以降低张落水对管线的影响。
在水上管线布设过程中，在端点站处安装一段1.5m带自动排气阀短管，以保证在艏吹作业开始阶段管线内的空气排尽，防止自浮管大幅度摆动。水上浮管布设如图3所示。

图3 水上浮管布设情况
（2）跨堤管线布设
跨堤吹泥管线采用Φ850mm直径规格的钢管，使用约25m钢管在VI围区桩号7+800处直接进入吹泥区。
（3）围区内管线布设
1#管线跨越大堤后直接进入吹泥区，连接布设Φ850mm直径规格的钢管约40m，联接Φ900mm自浮橡胶管180m，满足艏吹管线出口与铁黄沙整治工程大堤、隔堤的距离不小于200m的施工要求。吹填区内自浮管出口端加装5m过渡短管与Φ850mm规格的喷头，短管固定在5m×5m的浮箱上，浮箱采用2个3吨海军锚固定，其余位置每隔100m采用1个2吨海军锚固定，防止浮管在吹沙过程中大幅度移位。围区内管线布设情况如图4所示。
图4 围区内管线布设情况
3.1.2 2#临时艏吹站吹填管线布设
2#艏吹站吹填管线布设与1#艏吹站吹填管线布设相类似，在此不再赘述。
3.2 艏吹船位控制方式
艏吹施工时，船位控制方式主要有两种：一是采用DT/DP自动定位自动跟踪系统二是采用抛锚方式。其中，采用DT/DP自动定位自动跟踪系统指的是耙吸船自航至指定区域后，根据现场的流向和风向，确定船位（宜采用顶流），驾驶人员按下控制按扭，船位由电脑控制系统自动进行控制，驾驶人员加强对风、流的观测，若风力变大或潮流转向及时采取相应措施，抛锚或结束艏吹作业。而抛锚方式指的是根据现场流向及风向情况，在艏吹站附近预先选好锚位抛锚。抛锚定位采用抛“倒背锚”的方式，抛锚过程中用双车配艏侧推配合调整船位，将船位调整至最佳接管位置。
根据相关施工经验，艏吹船位在5级风及以下基本可使用DT/DP自动定位自动跟踪系统定位，5级风以上采用抛锚定位施工方式。但是由于艏吹点所在航道船只来往频繁，为了保证船舶和艏吹管线的安全，本工程艏吹施工一律采用抛锚定位方式。
3.3 艏吹施工工艺
本工程中，自航耙吸挖泥船采用“挖运吹”的施工流程，主要围绕取砂、运砂、拆接管和吹砂进行，其中艏吹施工流程如图5所示。

图5 艏吹施工流程示意图
3.3.1 艏吹接管
艏吹接管的设备包括浮管接头、船艏接头及其他联接部件等。艏吹管线的联接步骤为：耙吸船由取土区顶流驶入临时艏吹站后，驾驶员控制好船位后，通知锚艇做好接管准备。锚艇通过海面上的浮球，找到艏吹钢丝绳上的连接钢丝，做好准备工作。首先，船舶在船艏放下卷筒上牵引钢丝绳交于锚艇，锚艇将其与连接钢丝绳相连后，放开；随后耙吸船上操作人员在艏吹平台上通过遥控手柄操纵艏吹绞车绞动钢丝绳，将艏吹雄头、浮体及浮管逐步吊起直至雌雄头相联，待雄头与雌头紧密贴合为止，然后停止绞车；按抱箍“锁紧”按钮直至完全固紧，再按安全锁销“进”按钮直至两根销子完全插入。至此，艏吹管线联接完成，然后报告驾驶台，方可开始作业。
3.3.2 艏吹施工
耙吸船在锚艇的辅助下完成接管后，进入艏吹作业。首先，通过高频通知岸上管线出口处人员即将进行艏吹作业，做好相应巡查准备。同时，船上艏吹操作人员调整主机、泥泵、高压冲水等设备参数，进行清水试吹。最后，确认船上各项设备及整条吹填管线正常后逐步提高泥浆浓度达到最优状态，正式进入艏吹作业。在整个吹填过程中，船上和现场巡查人员保持密切联系，一旦发现有异常情况发生，立即通知对方处理或停止艏吹作业。
3.3.3 艏吹拆管
艏吹拆管的步骤为：吹填结束后拆除管线时，一定要确认泥泵停止、管系内无压力；稍微绷紧绞车钢丝，打开液压锁销；向下绞绞车，将雄头放入水中，锚艇赶来捞起浮球固定在船上。拆管人员报告驾驶员。
4 结束语
长江南京以下12.5米深水航道一期工程疏浚工程基建工程部分自2014年3月15日开工至2014年6月18日顺利圆满竣工。本文结合该工程实际情况，从管线布设、艏吹船位控制、艏吹施工主要流程等角度简单介绍和总结了自航耙吸式挖泥船的艏吹施工工艺，对于艏吹作业过程的工艺优化还有待进一步探讨和研究。
参考文献：
[1] 长江南京以下12.5米深水航道一期工程疏浚工程施工方案，中交上海航道局有限公司中港疏浚有限公司常熟项目部．
[2] 长江南京以下12.5米深水航道一期工程疏浚工程施工组织设计，中交上海航道局有限公司中港疏浚有限公司常熟项目部．
[3] 李国江，王会禹．自航耙吸式挖泥船艏吹施工工艺及效益分析[J]．中国港湾建设，2009（5）．
[4] 疏浚与吹填工程施工规范，JTS207-2012．