秦鑫，周永康

（長(zhǎng)江南京航道工程局，江蘇 南京 215000）

長(zhǎng)江口深水航道治理階段，用自航耙吸船進(jìn)行航道疏浚作業(yè)，向北槽的貯泥坑、拋泥區(qū)等部位拋泥，借助吹泥管線將拋至貯泥坑的疏浚土吹填至橫沙淺灘和橫沙東灘。在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，疏浚土拋泥屬于重點(diǎn)內(nèi)容，合理的工藝方式可提高疏浚棄土的利用率，并緩解由于疏浚土流失而造成的航道回淤。

1 長(zhǎng)江口航道疏浚土的突出特征

（1）時(shí)空分布特征。長(zhǎng)江口12.5m 深水航道年正常維護(hù)疏浚量約6000 萬(wàn)m3，南港及圓圓沙段（W0～W2）和北槽中下段（W3～W4）屬于疏浚土的主要分布區(qū)域，具有洪季大、枯季小的特點(diǎn)?？傮w上，長(zhǎng)江口深水航道年維護(hù)疏浚土產(chǎn)生量較為可觀，若合理利用此部分資源，將滿足周邊吹填造地及其它場(chǎng)景的用沙需求，充分提高資源的利用水平，見(jiàn)圖1。

圖1 長(zhǎng)江口航道平面布置

（2）粒度特征。W0～W2航段疏浚土以粉砂和細(xì)砂居多，粒徑較粗；W3～W4航段以粉砂居多，粒徑較細(xì)；相比之下，口外段（W4～W5）的疏浚土更細(xì)，中值粒徑普遍低于0.02mm?？梢?jiàn)，疏浚土主要呈粉土類，由于此類土料的砂質(zhì)較佳，具有寶貴的利用價(jià)值，屬于彌足珍貴的泥沙資源，可配套科學(xué)的吹填技術(shù)，將該部分疏浚土用于圍墾工程吹填作業(yè)。

（3）化學(xué)特性。疏浚土分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類，分別對(duì)應(yīng)的是清潔疏浚物、沾污疏浚物、污染疏浚物。通過(guò)疏浚土取樣檢測(cè)，長(zhǎng)江口航道疏浚物中所有化學(xué)組分含量都不超過(guò)化學(xué)評(píng)價(jià)限值的下限，屬于Ⅰ類清潔疏浚物。

2 項(xiàng)目概況

在長(zhǎng)江口深水航道治理疏浚工程中，原拋吹作業(yè)是全潮時(shí)段向貯泥坑、拋泥區(qū)傾倒疏浚土。三期疏浚工程中，充分考慮到資源利用效益最大化的原則，通過(guò)貯泥坑處理的疏浚土得到有效的應(yīng)用，資源利用水平提高。

地理位置方面，長(zhǎng)江口深水航道所處區(qū)域?yàn)槌毕涌?，漲落潮流屬于重要的影響因素，其中以北槽貯泥坑尤為特殊，傾倒疏浚土易受漲落潮流影響而發(fā)生大范圍的流失，此部分疏浚土再次回至航道，隨著時(shí)間的推移，顯現(xiàn)出航道回淤現(xiàn)象且愈發(fā)加劇，疏浚廢方增多。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，各貯泥坑的使用并非完全應(yīng)用拋吹分離工藝，在三期工程施工過(guò)程中還聯(lián)合應(yīng)用到包含單拋單吹、四坑三運(yùn)轉(zhuǎn)等多種方法，因此在對(duì)拋泥的流失率做定量分析時(shí)僅考慮原始資料顯然缺乏足夠的可行性，結(jié)果可能失真，但可以明確的是，各貯泥坑拋泥有明顯的流失現(xiàn)象。

3 航道疏浚方案

本標(biāo)段工程的航道疏浚主要使用大型自航耙吸式挖泥船進(jìn)行疏浚挖泥施工。具體施工順序、施工方法和施工工藝分述如下：

3.1 施工順序

開工后將根據(jù)航道水深測(cè)圖，先挖淺段，逐次加深，待各段水深基本相近后再逐步加深，以利保證全槽均勻挖泥。疏浚土傾倒拋泥區(qū)或者貯泥坑需要根據(jù)吹填進(jìn)展、貯泥坑容量監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，耙吸船根據(jù)監(jiān)理指令在允許使用的貯泥坑或拋泥區(qū)進(jìn)行拋泥。

3.2 施工方法

本工程自航耙吸式挖泥船采用裝艙溢流法施工，以盡可能使泥艙的裝載量達(dá)到最佳，考慮施工安全與環(huán)保的要求，嚴(yán)格限制溢流時(shí)間，本工程溢流時(shí)間控制在10min 左右，施工過(guò)程中如果業(yè)主有特別要求，將服從業(yè)主的安排。另外，考慮到潮流流速影響，為便于上線操作和施工安全，選用逆流施工法。

3.3 施工工藝

為了保證施工區(qū)同步浚深，提高工程質(zhì)量，工程施工中采取分段、分帶施工。施工操作工藝流程如下：進(jìn)槽上線一挖泥一起耙調(diào)頭－運(yùn)泥航行一拋泥一抽艙一返航。根據(jù)航道施工區(qū)的挖槽長(zhǎng)度、工程量、可用拋泥區(qū)或貯泥坑及擬投入船舶的施工性能進(jìn)行分段，實(shí)際施工中，將根據(jù)施工進(jìn)度和航道回淤分布，以及業(yè)主和監(jiān)理工程師的要求按里程再次進(jìn)行分段。為避免出現(xiàn)橫坎，根據(jù)本段施工區(qū)的挖槽長(zhǎng)度及擬投入船舶的施工性能，段與段分界線上下兩側(cè)各增加50m 的重疊段。

為控制挖槽平整度，將挖槽分成寬度基本相同的帶狀施工區(qū)。分帶配合分段，對(duì)挖槽實(shí)施三維控制，這樣不僅有力提高施工效率，也有利于航行安全。每帶寬度按40～50m 不等劃分，為了防止帶與帶之間形成隆埂，帶與帶之間將重疊5～10m。工程施工過(guò)程中，加強(qiáng)施工測(cè)量，及時(shí)調(diào)整施工帶寬，以挖除帶與帶之間的埂子，提高挖槽平整度。為控制挖深，各船舶安裝遙報(bào)儀，實(shí)施接收潮位數(shù)據(jù)，對(duì)下耙深度進(jìn)行修正，減少?gòu)U方。

3.4 單船作業(yè)效率分析

考慮到本工程不同施工區(qū)域和各拋泥區(qū)之間運(yùn)距不同，平均運(yùn)距從5～36km 不等，根據(jù)提供的分項(xiàng)工程量清單，平均運(yùn)距超過(guò)20km 的工程量?jī)H占總工程量的11%，加權(quán)平均運(yùn)距是15.6km，小于典型運(yùn)距20km，采用主力船施工能力的典型運(yùn)距20km 作為分析單船作業(yè)效率的基礎(chǔ)。如果在該運(yùn)距下施工船舶生產(chǎn)能力能夠滿足工程要求，則可充分滿足不同運(yùn)距交叉作業(yè)情況下的施工強(qiáng)度。以萬(wàn)方耙吸船長(zhǎng)鯨2 為例，按照綜合運(yùn)距20km，考慮75%時(shí)間利用率，月均施工能力約78 萬(wàn)方。

4 施工技術(shù)措施

4.1 施工定位

所有施工船舶設(shè)備將配備定位精度優(yōu)于3m 的DGPS，統(tǒng)一接收交通運(yùn)輸部設(shè)立在浙江大戢山島上DGPS 信標(biāo)發(fā)射臺(tái)發(fā)射的DGPS 信標(biāo)信號(hào)，確保施工與測(cè)量的定位精度。

4.2 掃淺施工

工程后期進(jìn)入掃淺階段，先進(jìn)行全槽定深下耙，采用排線法施工，對(duì)所有施工區(qū)域進(jìn)行掃淺。自航粑吸挖泥船再適當(dāng)?shù)刈摺癝”形施工，或定點(diǎn)清除施工，可掃除大部分淺點(diǎn)。最后根據(jù)測(cè)圖，將剩下的淺點(diǎn)坐標(biāo)輸入計(jì)算機(jī)軟件，采用“進(jìn)倒車”掃淺直至掃除施工區(qū)域內(nèi)的全部淺點(diǎn)，達(dá)到竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 清除臺(tái)風(fēng)驟淤

根據(jù)臺(tái)風(fēng)驟淤?gòu)?qiáng)度及分布情況采取以下措施：增加施工船舶，增加裝艙溢流時(shí)間。臺(tái)風(fēng)正面影響長(zhǎng)江口水域易造成的驟淤，以浮泥為主。在這種情況下，根據(jù)結(jié)合潮流流向，合理布置挖線，臨時(shí)增加船機(jī)力量，延長(zhǎng)溢流時(shí)間，利用潮流實(shí)現(xiàn)驅(qū)趕浮泥的目的，避免驟淤浮泥落槽造成工程量增加。

4.4 標(biāo)段交接處的施工

為了避免造成各標(biāo)段結(jié)合部位出現(xiàn)淺埂，并保證各標(biāo)段之間搭接長(zhǎng)度內(nèi)的水深滿足同步增深的要求，在進(jìn)行本標(biāo)段疏浚開挖過(guò)程中，疏浚范圍將在本標(biāo)段兩端各延長(zhǎng)100m，施工方案如下：在對(duì)各施工船舶進(jìn)行施工技術(shù)交底時(shí)，強(qiáng)調(diào)本工程疏浚施工范圍需向兩端各延長(zhǎng)100m；將本標(biāo)段兩端延長(zhǎng)100m 的范圍輸入電腦，在施工過(guò)程中予以開挖；在開挖過(guò)程中，根據(jù)施工進(jìn)度情況，適當(dāng)安排測(cè)量隊(duì)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行浚中檢測(cè)，掌握施工質(zhì)量情況，及時(shí)將有關(guān)數(shù)據(jù)交給在該區(qū)域施工的挖泥船，有效指導(dǎo)船舶施工。

5 疏浚土的擴(kuò)散路徑分析

5.1 落潮階段的泥沙輸移路徑分析

在拋泥期間組織開展泥沙輸移路徑觀測(cè)分析。首次拋泥時(shí)間發(fā)生在落潮期，觀測(cè)結(jié)果顯示，S1、S3 斷面未觀測(cè)到泥沙擴(kuò)散而導(dǎo)致的泥沙濃度升高現(xiàn)象，具體與兩處斷面位于拋泥點(diǎn)落潮流的反方向有關(guān)；S4 斷面的觀測(cè)結(jié)果顯示泥沙有擴(kuò)散的跡象，流速為0.2～0.3m/s 時(shí)，泥沙擴(kuò)散持續(xù)時(shí)間達(dá)到30min，擴(kuò)散范圍約為350m，隨著流速的增加，達(dá)到0.7～1.0m/s 時(shí)觀測(cè)結(jié)果顯示此時(shí)無(wú)泥沙擴(kuò)散的情況。

根據(jù)此變化特征可以得知，拋泥量和流速兩項(xiàng)參數(shù)會(huì)對(duì)拋泥后泥沙的擴(kuò)散時(shí)間和范圍造成顯著的影響，隨著流速的減小，拋泥擴(kuò)散的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)、范圍擴(kuò)大。而在水流速度＜0.3m/s 時(shí)，泥沙雖然有擴(kuò)散的跡象但其速度放緩。疏浚土的主要流動(dòng)路徑為沉降至坑內(nèi)，僅存在少量向外流失的泥沙。經(jīng)過(guò)前述分析后，建議在流速小于0.3～0.5m/s 的時(shí)段組織拋泥作業(yè)，此時(shí)拋泥疏浚土向貯泥坑外的流失量相對(duì)較小。

5.2 漲潮階段的泥沙輸移路徑分析

第2～5 次拋泥作業(yè)發(fā)生于漲潮期，觀測(cè)結(jié)果顯示，S1 斷面（拋泥點(diǎn)漲潮下游方向）和S2、S3、S4 斷面（分布在拋泥點(diǎn)下游側(cè)）均未出現(xiàn)泥沙峰值，拋泥后的泥沙順?biāo)飨蛭髌钡姆较驍U(kuò)散，此路徑?jīng)Q定了其并不會(huì)到達(dá)S1 斷面，而此結(jié)果也與前述有關(guān)于#3 貯泥坑附近水體流動(dòng)的分析結(jié)論相契合。

基于前述分析可知：#3 貯泥坑拋泥時(shí)，存在部分泥沙向坑外輸移的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，具體的輸移方向與漲落潮流方向相同?？梢?jiàn)，若采取貯泥坑拋泥的施工工藝，將有較為明顯的疏浚土流失問(wèn)題，而隨著拋泥時(shí)刻的不同，對(duì)應(yīng)的疏浚土輸移路徑和落淤位置也存在差異，需要充分考慮到各貯泥坑不同拋泥時(shí)段的具體特點(diǎn)，采取針對(duì)性的控制措施。而在各區(qū)域中，以#3 貯泥坑較為特殊，考慮到疏浚土大幅度流失的情況，需要加強(qiáng)對(duì)此部分的控制。

5.3 貯泥坑流失疏浚土回槽率研究

在分析貯泥坑流失疏浚土對(duì)航道回淤狀況的影響時(shí)，常規(guī)的二維泥沙數(shù)模方法缺乏可行性，針對(duì)此特點(diǎn)，考慮到定床輸沙物理模型試驗(yàn)的方法，并在此環(huán)節(jié)注重對(duì)泥沙回槽率的模擬，分別施放洪季和枯階徑流，確定各貯泥坑的洪枯季拋泥的回槽率，以便圍繞此數(shù)據(jù)展開分析。具體結(jié)果，如表1 所示。

表1 各貯泥坑航道回槽率 %

6 工藝優(yōu)化措施及應(yīng)用效果分析

6.1 工藝優(yōu)化措施

（1）#3 貯泥坑的分布位置在N4～N5 丁壩壩頭連線以南，對(duì)比水域流速可以發(fā)現(xiàn)，該值明顯超過(guò)壩田區(qū)。在4 處貯泥坑中，以#3 坑的流失率最大，為盡可能減小該處流失疏浚土對(duì)航道通航秩序的干擾，考慮將其移動(dòng)至N4～N5 丁壩壩頭連線以北的方法，根據(jù)數(shù)模和物模研究結(jié)果可以得知，在采取該移動(dòng)措施后，漲落潮流速呈減小的變化趨勢(shì)，有利于穩(wěn)定疏浚土的位置，其流失率降低幅度超過(guò)15%。

（2）#1、#2 貯泥坑的拋泥時(shí)間規(guī)劃在漲潮期，在此優(yōu)化措施下，貯泥坑的流失率降低幅度超過(guò)10%，疏浚土流失的問(wèn)題得到有效的控制。

（3）#4 貯泥坑的拋泥時(shí)間則規(guī)劃在高平潮和落潮期兩個(gè)時(shí)期，即便此時(shí)仍有一定量的流失疏浚土，但可經(jīng)由北槽下段北邊灘向下輸移，此流動(dòng)路徑合理，不會(huì)對(duì)航道的回淤造成不利影響。

6.2 工藝優(yōu)化的應(yīng)用效果分析

（1）拋泥的流失率降低。根據(jù)前述提及的優(yōu)化措施，分別優(yōu)化各貯泥坑的拋泥時(shí)段，再對(duì)比分析優(yōu)化前后的貯泥坑流失率，以便直觀評(píng)估優(yōu)化措施的應(yīng)用效果。具體情況，如表2 所示。

表2 工藝優(yōu)化前后各貯泥坑流失率

分析發(fā)現(xiàn)，各貯泥坑于指定時(shí)間段完成拋泥作業(yè)后，流失率普遍呈降低的變化趨勢(shì)，其中#1 坑、#2 坑、#3 坑在采取優(yōu)化措施后降低幅度分別約為29%、30%、30%，但#4 坑的流失率在優(yōu)化后反而有增加的情況。

針對(duì)該結(jié)果，著重對(duì)#4 貯泥坑流失率增加的情況展開分析，探明導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因，再綜合考慮北槽歷次固定斷面的資料，根據(jù)掌握的信息進(jìn)行數(shù)、物模研究，認(rèn)為：#4 坑的拋泥時(shí)間發(fā)生在落潮階段，流失的疏浚土沿北槽下段北邊灘向下輸移，此流動(dòng)跡象不會(huì)對(duì)航道及邊灘的回淤狀態(tài)造成影響，在未采取優(yōu)化措施時(shí)，全潮時(shí)段#4 坑拋泥的平均流失率約為70%，而在采取優(yōu)化措施后，拋泥作業(yè)僅發(fā)生在高平潮和落潮兩個(gè)時(shí)段，相較于拋泥前，流失率必然與優(yōu)化前保持一致乃至有增加的跡象。通過(guò)對(duì)回槽率指標(biāo)的分析可知，貯泥坑區(qū)分漲落潮時(shí)期進(jìn)行針對(duì)性的拋泥后，顯現(xiàn)出流失的疏浚棄土顯著降低的變化趨勢(shì)，部分流失的疏浚棄土回至航槽的數(shù)量也相對(duì)減少，總體來(lái)看，在采取前述提及的優(yōu)化措施后，能夠有效緩解疏浚拋泥流失所引發(fā)的各類問(wèn)題，采取的工藝優(yōu)化措施具有可行性。

7 結(jié)論

經(jīng)本文的分析后，做如下總結(jié)：

（1）綜合應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)資料分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等方法，借助物理模型分析認(rèn)為：在全潮時(shí)段用貯泥坑傾倒疏浚土?xí)r，貯泥坑拋泥后的流失現(xiàn)象較為明顯，同時(shí)此部分流失的疏浚土還呈現(xiàn)出回至航道的流動(dòng)狀況，受此影響，嚴(yán)重影響航道的正常通航。

（2）針對(duì)工程現(xiàn)狀探尋優(yōu)化措施，將貯泥坑位置移動(dòng)至漲落潮流速最低的部位、嚴(yán)格控制貯泥坑拋泥時(shí)段等，通過(guò)多項(xiàng)優(yōu)化措施的落實(shí)，有利于降低貯泥坑拋泥的流失率，同時(shí)在一定程度上抑制航道回淤泥沙的來(lái)源，對(duì)于航道的正常通航較為友好。

（3）拋吹結(jié)合的疏浚工藝雖然可取得一定的應(yīng)用效果，但并非最佳工藝，因此需要持續(xù)探索優(yōu)化措施，最大限度降低貯泥坑泥沙的流失率，充分發(fā)揮出疏浚土的利用價(jià)值，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)資源利用效率最大化的目標(biāo)。可以探索艏吹工藝，在保障深水航道施工效率的基礎(chǔ)上，最大程度實(shí)現(xiàn)疏浚土綜合利用。