《抓斗挖泥船平板侧推扫浅施工工法》适用于疏浚工程中,淤泥、黏土、砂等土质扫浅,尤其适用于采用抓斗挖泥船开挖后,地面不平整的大范围水域扫浅施工。
适用的工况条件:水流流速不宜大于1米/秒,水深不宜大于25米。
《抓斗挖泥船平板侧推扫浅施工工法》的工艺原理叙述如下:
1.在抓斗完全张开的情况下,在抓斗两斗瓣之间安装一块具有足够强度的扫浅平板,形成一个扫浅装置。依靠扫浅装置自身足够的重量、横移抓斗产生的惯性以及吊臂旋转拖带扫浅平板产生的侧推力,将浅点扫入深区。
2.抓斗挖泥船按设计标高开挖后,水下地形不平整,在设计标高上下较小范围内出现浅点和深坑,而达不到设计验收要求。利用“去高填低”的原理,将浅区泥土侧推至深坑,使施工区域有较高的平整度,达到设计标高,符合验收要求。
3.抓斗挖泥船上安装GPS测量控制系统,控制挖泥船的平面位置和移动轨迹,确保扫浅平板准确地在预设的扫浅区域进行扫浅。抓斗操作室内深度指示仪能够准确地控制扫浅平板下放深度,能使扫浅平板下边缘始终保持在一个合适预设深度,左右往复缓慢地移动扫浅装置,直至完成整个区域扫浅施工。
《抓斗挖泥船平板侧推扫浅施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下:
工艺流程
施工工艺流程如图1所示。
操作要点
一、制作、安装扫浅平板
1.扫浅平板的制作
1)选用两块相同尺寸的高强度钢板焊接成“钢箱”形式,并在平板上焊接多组加强肋板,以增强其刚度。钢板厚度宜采用δ25~δ30毫米。
2)扫浅平板总长度L按抓斗完全张开状态下的宽度加上两侧富裕长度确定。每侧富裕长度以抓斗最大开斗宽度的10%为宜,以保证操作过程中,平板能始终卡在斗齿之间,且能增大一次性扫浅幅宽。
3)扫浅平板要有合适的高度H,在侧推过程中,H过小土体容易翻过平板形成新的浅点,过宽则增加材料成本。H—般以60~80厘米左右为宜。
2.扫浅平板的安装
1)用吊机将扫浅平板直立放置在挖泥船甲板上,抓斗完全张开后,将扫浅平板置于抓斗的中间两斗齿之间。
2)在抓斗和扫浅平板上牢固焊接吊环后,用钢缆绳将扫浅平板与抓斗连接稳妥,并保持松紧适当。
3)两斗齿间距较扫浅平板厚度大,为保证扫浅过程中平板处于竖直状态,需在斗齿与平板之间安装限位块。
扫浅平板结构及安装示意如图2所示。
二、技术工作准备
1.根据施工区域水下地形图,标示出需要扫浅的区域,分析浅点及深坑分布特征,按照“挖泥船在扫浅过程中调头及横向移船次数最少”的原则,合理分区、分段,规划扫浅顺序。
2.将电子导航图、规划扫浅顺序的各控制点坐标、抓斗几何参数装入定位操作控制室电脑供定位使用。对扫浅平板下边缘进行零点校准,与抓斗操作室的深度指示仪零点保持一致,以便施工时控制平板下放深度。
3.确定扫浅分层厚度及分层底标高
扫浅分层厚度根据土质软硬特点、浅点与深坑分布情况确定。土质较软或深坑较多时,分层厚度可大一些;土质较硬或浅点较多时,分层厚度宜小一些。经工程实践,扫浅分层厚度一般按0.2米左右控制比较合理。根据分层厚度,确定各分层底标高。
4.确定扫浅实施方向
根据施工区地形图和浅点及深坑分布情况,按照由浅至深的原则确定扫浅实施方向。
三、挖泥船定位
抓斗挖泥船的定位和移船主要采用锚缆定位和钢桩定位方式。截至2009年,大多数中、小型抓斗挖泥船采用锚缆定位,钢桩定位则多应用于大、中型抓斗挖泥船。平板扫浅依靠抓斗吊臂旋转带动扫浅装置在一定范围内横向移动“去髙填低”,采用钢桩定位,扫浅平板在侧推过程中不受钢缆的阻挡,能够增加一次性扫浅面积;若采用锚缆定位则因受锚缆布置的影响,可能会影响扫浅幅面宽度,扫浅效率有所降低。
截至2009年,挖泥船定位已为常规技术,一般在操作室配置有控制显示器,通过GPS仪器、电子导航软件,直观准确,能实时掌握挖泥船平面位置。
四、扫浅平板控制
1.平面位置控制
在抓斗挖泥船上,抓斗操作室一般均随船配置有抓斗旋转位置监控软件,事先已将抓斗几何参数在软件中设置后,通过显示器,能够直观地显示抓斗带动扫浅平板的实时横移位置,若出现位置偏差,可通过调整吊臂进行纠正。
2.扫浅深度控制
1)扫浅实时水位的提供
抓斗挖泥船平板扫浅施工时,要严格掌握水位变化,以便及时调整扫浅平板下放深度。实时水位的提供可以在施工区附近岸边设置水尺,也可采用自动潮位遥报仪。两种方法均需对水位零点进行定期检测校核,以确保水位观测的准确性。
2)按照分层底标高和实时水位(均换算为绝对高程),计算扫浅平板下缘入水深度=实时水位一分层底标高。
3)实际扫浅过程中,扫浅分层厚度还应根据扫浅平板装置自重、扫浅区域浅点分布情况进行适当调整,以避免泥层堆积越过扫浅平板,形成新的浅点;或者是侧推阻力过大,损坏扫浅平板。
4)最底层扫浅底标高不能按设计标髙确定。疏浚工程中一般设计超深值为0.4米,如果按设计超深标高控制则增加了扫浅工作量,加大了扫浅成本;如果按设计标高控制,扫浅质量不能得到有效保证。经过工程实践,最底层扫浅标高一般以低于设计标高0.2米为宜,既可满足质量要求,同时又加快了扫浅进度、降低施工成本。
5)扫浅平板下放深度监控
调整抓斗操作室的深度指示仪零点与平板下边缘零点保持一致,扫浅过程中还应对深度指示仪零点进行定期检査。根据实时水位和分层底标高计算的扫浅平板的入水深度,通过抓斗操作室深度指示仪进行监控。
五、扫浅清点(图3)
1.根据挖泥船宽度确定每次扫浅分条宽度,为保证条与条之间的搭接,分条宽度一般要小于船宽度2米。根据扫浅平板长度确定每关进尺距离,为保证关与关的搭接,进关距离一般要小于扫浅平板长度2米。合理的分条宽度及进关距离,既不会漏扫浅点,又增大了每定位一次的扫浅面积,提高扫浅效率。
2.根据浅点和深坑分布情况,按由浅至深原则确定扫浅平板横移侧推的初始方向,到达分条边线再回扫一遍,然后再进关,即同一深度往返一次扫浅。
3.在扫浅过程中如果扫浅平板单端受阻力较大,而导致扫浅平板旋转幅度较大时,应适当减小进关距离。
4.扫浅时应控制好扫浅平板的横移速度,宜控制在0.5米/秒左右,并保持横移速度均匀。扫浅平板的横移速度不宜过快,以防止扫浅平板旋转和侧滑。
六、自检测量
在完成全部浅点区域扫浅后,需通过测图对扫浅效果进行检测。检测仪器为GPS和测深仪,平面定位采用GPS进行测量,水下地形宜采用多波束测深仪进行扫测。
外业作业时水位观测与水深测量同步进行,完成全部外业工作后进行内业数据处理并成图,通过测图可以直观地反映出扫浅效果。若还存在浅点,再按前述方法有针对性地进行扫浅施工。
七、关键环节的控制
1.扫浅平板的安装。扫浅平板安装时应采用“软连接”方式,即扫浅平板不能直接焊接在抓斗斗唇上,需通过钢缆悬挂于斗齿间横向焊接的两限位块之间。这种安装方式,一是扫浅平板可以在两限位块之间滑动,以减小扫浅过程中抓斗小幅度张、闭时对扫浅平板产生的轴向压力;二是在浅点较多或土质较硬的区域能有一个小幅度的缓冲高度,减少对扫浅平板的损坏。
2.确定合理的分条宽度、进关距离及扫浅平板的下放深度。实际扫浅过程中,结合挖泥船的性能特点、抓斗及扫浅平板自重、扫浅区域浅点分布情况及土质软硬特点等进行适当调整,以确保不漏扫,并一次性扫浅到分层标高。
3.扫浅方向和速度。扫浅方向应按由浅至深方向进行,同一分层标高往返一次扫浅。扫浅横移速度均匀,不宜过快。