陳 亮

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110003）

挖泥船在輸水工程中的應(yīng)用

陳 亮

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110003）

輸水工程穿越大型河流傳統(tǒng)的溝槽開(kāi)挖方式是大型反鏟挖掘機(jī)、推土機(jī)聯(lián)合作業(yè)開(kāi)挖。某輸水工程嘗試將反鏟挖掘機(jī)等傳統(tǒng)開(kāi)挖設(shè)備與挖泥船相結(jié)合，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)工程實(shí)踐，做了有意義的嘗試并取得了很好的效果。是一種經(jīng)濟(jì)高效的開(kāi)槽穿越河流施工方式。

輸水工程；穿越河流；挖泥船；土方開(kāi)挖

1 基本情況

1.1工程概況

某輸水工程設(shè)計(jì)穿越遼河、柳河。遼河和柳河是遼寧西北部地區(qū)的主要河流。

遼河穿越工程位于遼寧省法庫(kù)縣境內(nèi)，屬于遼河中游地區(qū)，工程從東至西穿越遼河，設(shè)計(jì)穿越管線長(zhǎng)度2.5km，采用4根直徑3.2m的鋼管同槽鋪設(shè)，鋼管外包混凝土。主河床寬170m，其余為灘地施工。設(shè)計(jì)開(kāi)挖量112萬(wàn)m3、混凝土9.7萬(wàn)m3。鋼管單節(jié)長(zhǎng)12m，重約24t。

柳河穿越工程位于遼寧省阜新市彰武縣境內(nèi)，屬于柳河中下游地區(qū)，工程由東至西穿越柳河，設(shè)計(jì)穿越管線長(zhǎng)度1.4km，采用3根直徑3.4m的P C C P管道同槽鋪設(shè)。設(shè)計(jì)開(kāi)挖量101萬(wàn)m3。P C C P管道單節(jié)長(zhǎng)5m，重約50t。

1.2工程地質(zhì)條件

管道斜穿遼河河道，地貌單元為河漫灘地貌，主要由第四紀(jì)全新統(tǒng)沖洪積組成，地勢(shì)開(kāi)闊，地形起伏較大，地面高程67.0～72.5m，在穿越段附近，河流成S形流向下游側(cè)，分別于左岸穿越段的下游側(cè)及右岸穿越段的上游有河道變化形成大型河灣水域與主河道相連；河道兩側(cè)建有防洪堤壩。

遼河、柳河的地質(zhì)經(jīng)勘測(cè)分為四層，主要為粉細(xì)砂，介紹如下∶

第0層∶耕植土，灰褐色，含植物根系，厚度0～0.5m，分布在部分河道兩旁。

第1層∶素填土，雜色，主要由碎石、粘性土等組成，做為河道的堤壩。

第2層∶粉質(zhì)粘土，黃色，可塑狀態(tài)，中等壓縮性，最大揭露厚度2.0m，層底埋深1.2～2.5m。

第3層∶粉細(xì)砂，灰白色，中密～密實(shí)狀態(tài)，飽和，最大揭露厚度25.0m，層底埋深25.0m。

2 挖泥船選型

2.1挖泥船類(lèi)型分析

挖泥船是一種有效的疏浚設(shè)備，它的基本功能是挖掘土壤，通過(guò)不同方式將土壤運(yùn)到指定地點(diǎn)。目前常見(jiàn)的挖泥船有絞吸式、耙吸式、斗輪式、反鏟式等，各有其工作特點(diǎn)及適用條件，具體如下。

（1）絞吸式挖泥船

絞吸式挖泥船是利用鉸刀的旋轉(zhuǎn)切削土壤，通過(guò)吸泥泵將泥漿吸入排泥管，再泵送到指定地點(diǎn)。它是較常見(jiàn)的、使用最廣泛的一種挖泥船。優(yōu)點(diǎn)是∶能將挖掘、輸送、排出和處理泥漿等工序一次性完成，能連續(xù)作業(yè)、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)性好；對(duì)土壤的適應(yīng)范圍較大，可挖掘較硬的土壤、軟巖。缺點(diǎn)是∶一般不具備自航能力，機(jī)動(dòng)性差；挖掘深度較淺，輸泥距離較短；拋錨作業(yè)對(duì)水上運(yùn)輸有影響，輔助作業(yè)費(fèi)工；需要有一定面積的排泥場(chǎng)；不適合挖掘粘土等。

（2）耙吸式挖泥船

耙吸式挖泥船是有一根可運(yùn)動(dòng)的耙管，端部裝有耙頭，能伸到河底，通過(guò)耙頭有力地?cái)_動(dòng)使泥漿通過(guò)耙吸管將泥漿吸入泥倉(cāng)，再運(yùn)輸至指定地點(diǎn)。這種船型的優(yōu)點(diǎn)是∶一般具有自航能力，適合長(zhǎng)距離運(yùn)泥；挖深較大；機(jī)動(dòng)性好，調(diào)遣費(fèi)用低；對(duì)水上運(yùn)輸不干擾，生產(chǎn)效率高，挖泥成本低。缺點(diǎn)是∶造價(jià)高，一次性投入大；吃水較深，不適合淺水工況；對(duì)土壤敏感性較強(qiáng)，一般只適用于軟質(zhì)土壤。

（3）斗輪式挖泥船

斗輪式挖泥船是采用斗輪切削土壤。其優(yōu)點(diǎn)∶挖掘功率大，切削能力強(qiáng)；土質(zhì)適應(yīng)范圍較大，尤其適合挖掘硬質(zhì)粘性土壤；可產(chǎn)生高濃度泥漿，生產(chǎn)效率較高；挖掘面比較平整。其缺點(diǎn)類(lèi)似與絞吸式挖泥船∶機(jī)動(dòng)性差，影響水上交通；挖深有限制，功率消耗大；輸泥距離短、輔助作業(yè)費(fèi)時(shí)等。

（4）反鏟式挖泥船

反鏟式挖泥船實(shí)際上是一臺(tái)反鏟挖掘機(jī)安裝在一個(gè)大浮箱上，用反鏟直接挖掘土壤。其優(yōu)點(diǎn)是∶挖掘力大，能有效挖掘各類(lèi)硬土、砂石和樹(shù)根等；對(duì)環(huán)境影響??；能配置打樁錘、鉆頭等多種輔助裝置，承擔(dān)不同工作。缺點(diǎn)是∶生產(chǎn)效率低，不能連續(xù)作業(yè)；作業(yè)半徑小，挖掘深度淺，一般不超過(guò)20m；需要有效的結(jié)構(gòu)來(lái)保持作業(yè)的穩(wěn)定。

2.2影響挖泥船選型的主要因素

各類(lèi)挖泥船根據(jù)自身的特點(diǎn)，有不同的應(yīng)用范圍。對(duì)施工環(huán)境、作業(yè)條件的適應(yīng)性也不相同。影響因素有很多，主要有如下幾項(xiàng)∶

（1）水文氣象條件

河床寬度、水深、流速、風(fēng)浪和潮汐及環(huán)境溫度等對(duì)挖泥船選型有著重要影響。

（2）地質(zhì)條件

土壤的類(lèi)別及特性，包括顆粒、形狀、含水量、粘性和其他物理性能等指標(biāo)，直接影響挖泥船的工作效率與經(jīng)濟(jì)性。

（3）工程特性

工程類(lèi)別，包括清淤作業(yè)、吹填作業(yè)、采礦作業(yè)等；工程規(guī)模，包括開(kāi)挖量、工期、開(kāi)挖深度、運(yùn)距等；輸送方式，包括水力輸送、直接卸土、膠帶輸送等。

（4）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求

設(shè)備使用方式（購(gòu)置或租賃）、設(shè)備購(gòu)置預(yù)算、土方成本核算、配套人員及設(shè)備情況、備件供應(yīng)及維修服務(wù)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

上述因素中，地質(zhì)條件直接決定挖泥船的生產(chǎn)率和適用性；開(kāi)挖深度直接影響挖泥船的結(jié)構(gòu)尺寸和輔助設(shè)備；運(yùn)距及輸送方式影響運(yùn)行成本。這三者是影響挖泥船選型的核心因素。

2.3挖泥船選型

穿越遼河、柳河工程的主要特性如下∶1）工程目標(biāo)∶利用挖泥船的清淤排泥能力，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的土方開(kāi)挖作業(yè)；2）根據(jù)遼河、柳河的地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果可知，主要開(kāi)挖土壤為粉細(xì)砂；3）開(kāi)挖深度小于20m；4）采用管道泵送方式排泥；5）施工區(qū)域周?chē)休^大面積的灘地可作為排泥場(chǎng)；6）遼河、柳河沒(méi)有通航要求；7）工程預(yù)算有限，采用從市場(chǎng)租賃挖泥船的方式開(kāi)工作業(yè)。

根據(jù)以上的工程特性，穿越遼河選擇D WC S1700型絞吸式挖泥船，開(kāi)挖效率6800m3/h，穿越柳河選擇Y SC SD-250型絞吸式挖泥船，開(kāi)挖效率1400m3/h。

3 挖泥船在工程中的應(yīng)用

遼河溝槽開(kāi)挖底部寬度11.5m，深度10～12m，柳河溝槽開(kāi)挖底部寬度17.4m，深度14.75m，開(kāi)挖坡比1∶1.5～1∶1.75。開(kāi)挖分三層，第一層是表層開(kāi)挖，用推土機(jī)、挖掘機(jī)完成1～4m；第二層開(kāi)挖采用挖泥船開(kāi)挖，厚度8～10m；第三層是溝槽底部開(kāi)挖及溝槽整形，由挖掘機(jī)開(kāi)挖。溝槽開(kāi)挖采用跳格法，依照劃分的施工段進(jìn)行溝槽開(kāi)挖，詳見(jiàn)圖1。

3.1第一層開(kāi)挖

剝離表土及表層1～4m部分，采用2臺(tái)液壓反鏟挖掘機(jī)開(kāi)挖，沿縱向退挖甩土出槽后，再用裝載機(jī)運(yùn)至堆土區(qū)。初步形成開(kāi)挖溝槽，形成溝槽蓄水后，為第二層挖泥船開(kāi)挖具備下水作業(yè)條件。

3.2第二層開(kāi)挖

第二層開(kāi)挖，主要采用挖泥船開(kāi)挖，輔以挖掘機(jī)開(kāi)挖，挖泥船開(kāi)挖時(shí)預(yù)留馬道部分和邊坡開(kāi)挖不到設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊線部分采用挖掘機(jī)開(kāi)挖整修到位。

圖1 開(kāi)挖斷面示意圖

挖泥船工作需要一定的吃水深度，故在第一層開(kāi)挖結(jié)束后，需要對(duì)溝槽四周進(jìn)行修整封閉，并向溝槽中注水，根據(jù)所選擇的挖泥船型號(hào)不同，選擇不同的注水深度。在挖泥船作業(yè)過(guò)程中，需要監(jiān)測(cè)槽內(nèi)水深，保證挖泥船正常作業(yè)。

挖泥船在該層開(kāi)挖過(guò)程中主要作用是降水和開(kāi)挖最中間部位（運(yùn)距最遠(yuǎn)）的土方；為了避免挖泥船開(kāi)挖時(shí)造成邊坡塌方和超欠挖現(xiàn)象，開(kāi)挖邊線略小于設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊線，開(kāi)挖邊坡為1∶1。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)度為300m。具體見(jiàn)圖2∶

圖2 挖泥船斷面布置示意圖

挖泥船在進(jìn)行第二層土方開(kāi)挖時(shí)，溝槽邊坡隨開(kāi)挖深度采用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖、修坡，最終形成設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面。

施工前由測(cè)量工程師放出溝槽上口開(kāi)挖邊線，在溝槽兩端設(shè)置開(kāi)挖的兩端打樁做醒目標(biāo)記；推土機(jī)依照溝槽開(kāi)挖線進(jìn)行表土的清理施工，開(kāi)挖溝槽。

3.3第三層開(kāi)挖

在第二層開(kāi)挖完成后，需采用強(qiáng)排結(jié)合井點(diǎn)降水的方式，抽干槽內(nèi)積水，并將地下水位降至溝槽底面0.5m以下，進(jìn)行第三層開(kāi)挖。第三層開(kāi)挖采用反鏟挖掘機(jī)、裝載機(jī)、人工相結(jié)合的方式進(jìn)行，主要是修整溝槽、控制槽底高程及平整度，為基礎(chǔ)處理、管道安裝創(chuàng)造條件。

3.4溝槽開(kāi)挖土的堆筑

挖泥船將高壓水槍噴射出的水柱沖起的淤泥（或細(xì)沙等）在水泵的作用下由排砂管道輸送到土方堆存區(qū)域，采用2m3挖掘機(jī)進(jìn)行堆土。

4 結(jié)論

（1）采用絞吸式挖泥船在水利工程穿越河流段進(jìn)行土方開(kāi)挖是一種全新的嘗試，值得研究與推廣。

（2）采用傳統(tǒng)土方挖掘設(shè)備和挖泥船結(jié)合作業(yè)，可以提高開(kāi)挖效率，減少土方倒運(yùn)量，降低施工成本，是高效經(jīng)濟(jì)的組合形式。

（3）絞吸式挖泥船作業(yè)需要較大的排泥場(chǎng)地，也需要現(xiàn)場(chǎng)的多種設(shè)備相互配合，才能充分發(fā)揮它高效經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)。所以，此方式對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)面積有一定要求，對(duì)施工企業(yè)的組織管理能力也有較高要求。

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：B

：1672-2469（2016）05-0069-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.026

2016-03-22

陳 亮（1981年—），男，工程師。