大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法适用范围

《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》适用于钢桩式抓斗挖泥船在水深条件满足钢桩定位深度的内河、沿海地区的软质土、中粗砂、砂质黏土、卵石、砾石和抗压强度不大于50兆帕的强风化岩等疏浚土质的航道港池、码头泊位、基槽、深坑或管沟等疏浚工程。

大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法工艺原理

《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》的工艺原理叙述如下：

1.钢桩定位。利用船舶配备的3根钢桩（船触左右舷各一根，船腥中部一根）插入海底，构成平面三角形固定船位，利用三角形的稳定性，克服自然风、流和施工中荷载等外力影响，使船在水面上固定、安全施工作业。

2.钢桩步进。通过摆动船膈可倾斜式定位桩实现步进。当钢桩处于垂直位置时，液压顶杆、钢桩、基座系统形成一个直角三角形（图2），液压顶杆为斜边，钢桩为垂直直角边，基座为水平直角边，通过斜边长短的变化，使垂直直角边即钢桩前后倾斜，钢桩角度的变化使船舶发生前后位移，完成步进。具体步进步骤可参见图5抓斗挖泥船钢桩步进船体前移流程示意图。

大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法施工工艺

《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下：

• 工艺流程

大型钢桩式抓斗挖泥船施工工艺流程图如图3所示。

• 操作要点

一、工前准备

1.工前施工、安全技术交底。工前组织挖泥船船长、自航泥驳船长、驾驶员及相关施工操作人员，根据作业任务书和施工图，查看相关资料，研究风、流对施工的影响，收集港内其他作业船舶进出港、靠离泊、施工区障碍物、施工区域内水深状况、底质等信息资料。

2.制定科学合理的施工方案和安全应急预案。包括分条施工边线、船位中线、起挖点位置等确定，并在船舶计算机疏浚管理系统中标注明确。

3.开工前必须对挖泥船疏浚、钢桩定位等设备、自航泥驳航行、泥门开闭等设备进行检查和必要的保养维修，确保处于良好可靠的适挖适航状态。

二、进点驻位

1.挖泥船上线定位。由于大型钢桩式抓斗挖泥船一般为非自航船舶，开工展布需拖轮配合。进点一般宜选择在风力较小、流速较慢、通航密度较小的时段进行。由拖轮绑拖，根据计算机疏浚管理系统GPS平面监控显示的实时船位驾驶至设定的 ，起挖点，慢速或停车，做好下放抓斗或定位桩的准备工作。

2.调整船位，实现精确定位。待钢桩下放到位，船位稳定后，校对船位与起挖点实际偏差。如果偏差较大，利用拖轮或者锚艇配合移船至起挖点；如果偏差较小，利用风、流、钢桩定位移船系统自行移船至起挖点。

三、挖泥施工方法

利用钢桩定位和步进，采用纵挖法（分段、分层、分条）进行挖泥施工。施工中，依据每条的泥层厚度分层依次排斗开挖，挖完成一个断面（关）时，用水驼和水下地形探知声纳系统进行水深自检，当达到设计深度后，前移挖下一断面（关），依此类推，见图4所示。

四、步进

当一个开挖断面完成后需利用钢桩系统前移步进。船醍可倾斜式定位桩桩后倾插入泥土一定深度后，起两侧固定式定位桩，放下抓斗临时固定船位，用液压动力推动可倾斜式定位桩倾斜来拨动挖泥船向前移动，再放下定位桩固定船位，提起抓斗，完成步进。具体可见图5所示进行前移步进，后退步进流程类似，将钢桩的后倾操作变为前倾操作即可。

五、移船

当一个施工区段完成后，如果下一施工区段相距较远，可利用拖轮或锚艇转移至下一施工区段。当下一施工区段相邻，挖泥船可根据风、流及通航情况，利用自身抓斗及钢桩允许转动角度进行横移。横移的原理是利用一根定位桩插入海底做转动轴，其他两根桩提起至海底泥面以上，将抓斗抛入海底，旋转吊机，使船体绕定位桩转动，通过多次旋转以及旋转轴的变化实现船体横移。如图6所示，当船舶根据施工需要向右移至下一条施工区域施工时，可根据该示意流程图进行移船。

1.将右、后定位桩提出泥面，左定位桩仍插入海底，将斗张开抛向挖槽左边。

2.吊机向右旋转，待后定位桩到达下一条挖槽中心线时，吊机停止转动，将后定位桩插入海底。

3.提起抓斗，抛向挖槽的右侧，然后提起左定位桩，吊机向左旋转，将船位调整至挖槽中心线上，将左右两根定位桩插入海底，完成横移过程。如果船舶横移的距离较大，可通过多次上述操作，实现船舶横移。

4.船舶在施工步进中，船可能受横向风、流或其他因素影响，船头偏离挖槽中心线，也可以通过上述中移船的操作方法，实现精确校准船位。

六、扫浅

由于受水深、土质、风流、通航避让以及操作人员操作水平等等各种因素影响，钢桩式大型抓斗挖泥船在完成一个工程的开挖施工后，往往会不可避免的出现浅点，利用钢桩定位较传统抛设锚缆定位灵活、精准的优势配合疏浚管理系统和水下地形探知声纳系统可以实现高效便捷的扫浅施工，这也是该工法的一大优势。

七、收工集合

《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》所用的材料及设备明细如下：

• 材料

1.船舶配件及机械耗材。

2.燃、润油：船用轻、重柴油及润滑油等各种油料。

• 机具设备

1.施工主船

实施该工法施工的抓斗挖泥船必须为钢桩式抓斗挖泥船，且利用钢桩步进。有关公司大型钢桩式3926

抓斗挖泥船“新海蚌轮”的主要性能见表1所示。

2.辅助船舶

配合施工主船施工时一般需配备足够数量的自航泥驳和一艘锚艇。泥驳承担装运疏浚土任务，锚艇主要负责挖泥船移船避让等辅助工作。泥驳数量根据舱容、装驳时间、运距以及泥驳轻重载航后速度等确定。

《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》的工法特点是：

1.钢桩式抓斗挖泥船定位、移船具有灵活、准确、稳定的特点，在不影响码头作业、船舶通航的情况下，能确保施工质量和工期。

2.减少了施工占用水域，最大程度上减少避让等施工停歇时间，提高了挖泥船的施工时间利用率。

3.降低了挖泥船对挖槽两侧水域宽度、水深的要求，在狭小以及两侧水深浅的区域无须地垄等系缆装置，减少了施工前准备工作。

4.通过对钢桩定位、移船施工技术的实践分析总结，挖泥船横向移动也可以利用钢桩和抓斗自行完成，降低了施工辅助成本。

5.该工法的使用，能有效降低施工中的安全风险，船舶操作灵活、方便可靠、简单易行。

6.该工法工艺简单，能广泛适用于内河和沿海地区港口工程中的疏浚工程。

抓斗挖泥船是一种适用范围较广的疏浚船型，适用于开挖基槽、基坑、码头泊位区及航道等各种施工区域，在有障碍物和垃圾的施工地段，其施工优越性更加明显。但在正常生产营运的港池、泊位及航道区域维护疏浚施工时，由于抓斗挖泥船一般采用抛设锚缆的定位移船方式，占用较多的施工水域，往往造成维护疏浚施工和港口生产营运相互干扰的矛盾，影响了施工效率和港口通航安全。

为有效解决以上矛盾，同时适应更多的工程实际需要，中交上海航道局有限公司在总结多年抓斗挖泥船工程疏浚施工技术，在市场调研的基础上，建造了大型钢桩式抓斗挖泥船“新海蚌轮”，在工程的实践中得到了较好应用。经过工程实践，不断总结完善施工技术，提炼形成了《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》，在上海港黄浦江、山东日照等航道维护、基槽开挖工程中应用此工法，有关公司“新海蚌”轮见图1所示。

《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》的质量控制要求如下：

• 施工质量执行以下标准

一、《疏浚工程技术规范》JTJ 319-99。

二、《水运工程质量检验标准》JTS 257-2008。

三、《水运工程测量规范》JTJ 203-2001。

四、企业定额。

• 质量控制措施

一、严格按照工程施工质量、环境和职业健康安全管理体系要求，结合工程实际开展质量管理工作，确保施工全过程始终处于受控状态。

二、成立质量管理小组，工程项目总工程师为质量管理小组组长，疏浚工程师、测量工程师、设备工程师按泥船船长（含船舶施工员）、泥驳船长。泥级驾驶员等为质量管理小组成员。针对质量管理开展工作，通过PDCA循环程序解决质量难题。

三、不断优化施工工艺，向施工船舶作详细的施工技术交底，明确质量控制内容要点，严格执行操作规程。

四、及时掌握施工效果，分析影响质量的因素，制定对策。

五、控制超深措施

1.定期对抓斗下放深度指示器进行复零位校核，控制误差在允许范围内，同时利用生产间隙实践不定期地进行校核。

2.严格按照有关操作规程，做好施工水深自检记录，及时了解施工情况，必要时应调整施工方案，码头前沿施工时应严格控制超深，港池、航道断面控制在允许值内。

3.利用计算机疏浚管理系统、水下地形探知声纳系统，设定符合施工情况的相关参数，便于施工操作人员及时掌握施工质量。

4.由于受抓斗几何形状所限，抓斗挖掘的轨迹成类似"W"的曲线型轨迹。如图7所示，BC之间的凹陷和BA残留山形会使得工程中很容易出现浅点或者超深，施工时应根据斗的大小、土质情况确定其误差，保证施工质量。

施工主船挖泥方式主要有3种工作模式；定深挖泥、平挖以及沉挖，其中平挖工作模式是通过控制升降钢缆的放缆量进行挖深控制，从而使抓斗的挖掘轨迹线形成一个近似的平面（图8）。可用于工程后期的精挖施工，保证施工质量。

六、控制超宽措施

1.施工中，实行定期校核船位制度，确保船位始终与施工条保持平行或重合，发现偏离，及时调整到位，并记录在册。

2.根据施工土质、设计边坡，设计出合理的开挖终止线，输入计算机疏浚管理系统。码头根部安全距离严禁超挖。

3.应用船舶计算机疏浚管理系统和水下地形探知声纳系统，实时显示疏浚深度和抓斗轨迹，辅助施工人员合理分布抓斗每斗的下放位置，结合施工辅助线，正确合理的掌握开挖宽度，防止超挖和欠挖。

4.加强水深检测，将超宽严格控制在规范、标准规定值以内。

七、控制边坡措施

1.按台阶式开挖边坡。设计台阶的高度主要以设计边坡和抓斗一次所能开挖的泥层厚度而定。如果工程对边坡质量有较高的要求，台阶高度可适当放低些。

2.边坡的控制，也就是边坡台阶宽度和深度的控制，其控制的方法与挖宽、挖深控制相同。

《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》的效益分析是：

与常规锚缆定位的抓斗施工方法相比，《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》具有如下优点；一是通过钢桩定位步进前移，极大地减少了施工占用水域，使原来许多工况不能施工变成了可能，提高了船舶的适应性和设备利用率；二是有效地降低了风、流以及靠离泊等荷载对船舶定位的影响，能实现高精度定位。有效减少了后期扫浅施工时间。隆低施工成本；三是定程度上隆低了对拖轮、锚艇的需求；四是定位灵活、迅速，省去了传统繁琐的抛锚作业时间，简约了工作程序和生产成本，提高了船舶的施工效率和时间利用率。由此，产生较好的经济效益和社会效益。

2009年6月至8月，上海港黄浦江关港航道浅段应急维护疏浚工程，由于疏浚土中存在大量建筑垃圾自航耙吸式挖泥船不适应该工程，传统抛锚定位施工的抓斗挖泥船影响航道通航也不适应该工程，后经多方论证，选择了"新海蚌轮"，通过应用《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》，成功解决了以上两大施工难题。在该工程施工中，通过采用该工法，施工时间利用率提高了10%，每月增加工程量2.64万立方米，月新增产值115.98万元。

2009年9月，新海蚌在岚桥一期泊位、滑道疏浚工程施工，施工区域为油码头前沿泊位，不允许船舶系带钢缆，新海蚌轮应用《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》，无须带缆，在不影响施工的情况下，消除了安全隐患，"新海蚌轮"施工效率提高了10%，利用率提高了12%，每月增加工程量1.32万立方米，月新增产值46.2万元。

2009年9月上旬到11月下旬，"新海蚌轮"承担了山东日照岚桥15万吨级散货泊位工程施工任务，施区域近令防方波提。无法抛锚施工。传统抛锚定位施工困难，需在防波提上开挖地垄实现抛锚。"新海蛙轮"应用《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》施工，解决了施工水域限制问题，减少了其他的施工准备事项，节省了人力物力，节约了施工成本，优质快速的完成了施工任务，取得了良好经济效益和社会效益。在该工程施工中，通过采用该工法，"新海蚌轮"施工效率提高了15%，时间利用率提高了12%，每月增加工程量1.87万立方米，月新增产值65.45万元。

注：施工费用以2009-2010年施工材料价格计算

采用《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

• 工前准备

1.成立安全管理小组。以项目经理、挖泥船船长、自航泥驳船长、驾驶员等组成的安全管理组织体系，严格按照公司质量、环境和职业健康安全管理体系，开展危险源辨识与风险评价工作，确保施工全过程安全处于受控状态。

2.组织安全培训，落实施工安全技术交底，增强施工人员安全意识。

3.根据当地施工区域特点，因地制宜的配备水上施工安全设施，定期对船舶进行安全检查，消除隐患。

4.建立畅通的联系渠道，及时与海事、业主、项目经理部等相关方沟通交流，建立施工安全专项应急预案。

• 施工过程

1.严格按照航行通告规定的水域进行施工作业，施工悬挂规定的作业信号。

2.及时掌握施工水域船舶动态，加强瞭望和安全值班，及时处理应急情况。

3.施工操作人员严格按照规章制度配戴劳防用品，严格按照作业程序操作。

4.定期组织召开工程施工安全例会，加强安全风险教育，增强安全意识。

《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》的应用实例如下：

• 实例1

2009年6月中旬到8月上旬，黄浦江关港航道浅段应急维护疏浚工程，应用《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》，施工中只占用不到1/3航道宽度，消除了对航道通航的影响，保障了施工工期。由于应用施工工法得当，施工中对通航干扰降低到最小程度，保障了航道上游港口的正常运转。

• 实例2

2009年9月，新海蚌在岚桥一期泊位、滑道疏浚工程施工，施工区域为油码头前沿泊位，施工业主不允许船舶系带钢缆，"新海蚌轮"应用《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》，无须带缆，在不影响施工的情况下，消除了安全隐患。

• 实例3

2009年9月上旬到11月下旬，新海蚌轮承担了山东日照岚桥15万吨级散货泊位工程施工任务，施工区域近邻防波堤，无法抛锚施工，传统抛锚定位施工困难，需在防波提上开挖地垄，用来抛锚。新海蛙轮应用《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》施工，解决了施工水域限制问题，减少了其他的施工准备事项，节省了人力物力，节约了施工成本，优质快速的完成了施工任务。

《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》的环保措施如下：

• 环保措施

1.根据公司质量、环境和职业健康安全管理体系进行环境因素辩识与分析评价，编制成册并分发至施工人员，结合工程实际情况制定管理方案加强环境保护工作。

2.严格执行《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国海洋倾废管理条例》、《船舶污染物排放标准》及地方水域污染管理条例等章程，不违章或超标排污。

3.编制环保实施细则和操作规程，制定环保预警和应急救援抢险预案，制定专人负责环保工作的实施。

4.各施工船舶、机具严禁向水域排放废油、残油、有害金属及可溶性剧毒废渣。

5.在施工生产和生活区的垃圾，应用专用垃圾袋、箱集中分类放置，妥善处理。

6.船舶应集中油污、污水并妥善处理，严防泄漏到施工水域中。

• 节能降耗措施

1.减少倒换钢桩等生产性停歇时间，增加船舶有效挖泥时间。

2.减少辅助船舶设备作业时间。

3.减少相应设备的使用和消耗。

4.控制工程施工质量，减少废方量。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《大型钢桩式抓斗挖泥船施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

抓斗式挖泥船有自航和非自航两种。自航式的一般带泥舱，泥舱装满后自航至排泥区卸泥；非自航式则利用泥驳装泥和卸泥。

《抓斗挖泥船平板侧推扫浅施工工法》的效益分析是：

1.在港口与航道疏浚工程中，由于抓斗式挖泥船自身设备的局限性，施工后期难免存在大量的浅点需重复施工，抓斗挖泥船平板侧推扫浅法与传统的逐点清挖法比较，不仅具有效果好、精度高的特点，而且弥补了抓斗船设备自身的缺点，提高了扫浅施工效率。

2.与传统的抓斗挖泥船逐点清挖法比较，清浅施工时间可缩短60%以上，清浅施工成本可降低40%以上。

3.抓斗挖泥船平板侧推扫浅法的扫浅平板制作简单、方便，易于推广。

4.抓斗挖泥船平板侧推扫浅法在施工过程中充分利用了"去高填低"的原理，无需泥驳对疏浚土进行外运，节约了能源，降低了施工成本，同时减少了对抛泥区水环境的污染。

5.抓斗挖泥船在疏浚施工中是一种不可或缺的施工设备，疏浚后期的扫浅又是不得不面临的技术难题，该工法在疏浚施工中的应用为港口与航道疏浚后期扫浅提供了技术支持，具有良好的社会效益。

6.采用该工法清浅，抓斗挖泥船在开挖时可按照梅花形挖泥法（如图4所示），将浅点与超深控制一定在一定范围内（如0.5米以内），施工后期再使用平板法进行扫浅，效果明显，具有良好的经济效益。

抓斗式挖泥船基本流程

抓斗式挖泥船施工要有装、运泥的泥驳组合施工，其基本的施工流程见图。

抓斗式挖泥船基本方法

抓斗式挖泥船施工时一般根据工程特点，如施工区地质情况、抛泥区与施工区的距离、施工船舶的特性等，编制施工组织设计。

施工采用分区、分段、分条进行，根据提供的水深图，参考设计标高、泥层厚度，确定分层还是采用一次性开挖至设计标高的方法进行施工；根据挖泥船主尺度大小和施工图要求开挖的宽度，来确定分段长度，分条宽度的施工定位方法；施工过程中，严格按照设计尺寸要求施工，及时对 DGPS、水位进行校核，勘测水深，做好施工记录和自检记录，确保施工平面尺寸及开挖标高符合设计要求。

工程施工结束后，挖泥船暂时撤离一边，按照监理单位、业主、设计和规范要求进行验收，验收合格后抓斗式挖泥船撤离施工现场。