《粘性土航道免扫浅施工工法》的适用范围为:土质为黏性土质的航道或港池基建性或维护性工程。
《粘性土航道免扫浅施工工法》的工艺原理叙述如下:
1.在分层施工中操耙手以分层深度控制下耙深度,严格按照各分层水深要求进行开挖,定深控制浚挖,并通过驾驶员的精确上线保证耙头始终紧贴河床,泵吸始终处于饱和挖实状态,施工效率得到最大发挥。避免了常规浚挖过程中因河床深浅不一、高低起伏不平、耙头跳跃而形成“放空”造成施工的泵吸效率低下的问题。
2.在各分层施工过程中,改变传统的三班驾驶员各分一带的施工工艺,而以整个施工区的浅点、浅区为目标进行走线。驾驶员整体综合考虑浅区位置、通航干扰和风流影响等因素,利用疏浚监测平台提供的精确的耙头深度与位置指示,以及直观的横纵断面和三维地形功能,运用高超的操船工艺,主动控制两个耙头的走线,对局部范围的浅区和孤立浅点采取主动精确过耙。在其处于初始阶段且易于浚挖时,便即予以扫除,避免后期形成浅埋、垄沟,增加后期扫浅难度。这种对浅区的主动式浚挖贯穿施工全过程。
3.船舶配置大屏幕显示器,施工时驾驶员按需选择疏浚监测平台提供的各种功能窗口,尽可能放大屏幕仔细观察耙头走线,并利用耙迹记录和施工过程回放功能,控制对不同水深分布、不同土质区域的过耙频率,避免漏挖、超挖,实现均匀增深。
4.在耙吸挖泥船的耙头上分别加装不同形状的耙齿,“刀形”耙齿具有切割作用,“倒T形”耙齿具有切割和提升松土的作用,“铲形”耙齿或“平形,,耙齿具有提升松土的作用。施工时耙齿对地呈45°,通过耙头对地运动使耙齿插入泥土中切割并提升黏土。通过调整耙头格栅安装位置,适当的加大耙头格栅通道,使黏土可以顺利通过格栅,提高了挖泥效果。
5.将传统工程后期的“扫浅”化整为零,分摊至各分层开挖阶段中,改变了传统“前期大量开挖、后期低效扫浅”的施工方法,避免在工程后期因扫浅造成时间、设备等资源的浪费。
工艺流程
《粘性土航道免扫浅施工工法》的施工工艺流程见图1。
操作要点
《粘性土航道免扫浅施工工法》的操作要点如下:
1.浚前测量及工前准备
1)运用单波束或者多波束测深仪,获得施工区域的水深情况,计算出比较精确的工程量,同时根据水深情况确定分层的计划。收集并分析施工区域土质资料、水文、气象资料、船舶通航密度、通航条件、小船渔船等影响航行的因素。
2)耙头加装耙齿;截至2009年,耙齿多安装在把头的活动罩上,新增的耙齿安装在耙头固定体的耐磨块上,通过改进耙头耐磨块的形状并重新排列,使耙齿能够快速拆装。根据土质资料选择耙齿数量和形状("刀形"或"倒T形"),见图2。
3)改进格栅;根据泥泵叶轮孔径调整格栅,减少格栅材料的径向面积,使耙头格栅的通过面积尽量增大。以4500立方米自航耙吸挖泥船为例,将耙头格栅由原来的300毫米×330毫米增大到450毫米×330毫米,材料由原来的直径50毫米的圆钢改为厚度25毫米的钢板。
4)对船舶设备的参数进行率定或校正,主要包括耙臂垂直、水平传感器、吸口吃水传感器、潮位遥报仪、DGPS等。仪器仪表的精确程度,对施工质量起着决定性的作用。
5)根据工况条件决定船舶的布线;根据土质的密实情况,决定布线的间距。
6)根据浚前水深图制作MTX文件(包含x、y,z三维变量,即平面位置和深度),用于浚前二维横纵向断面和三维地形显示,并制作一个空的MTX文件用于保存耙头过耙信息,并自动生成已挖掘二维横纵向断面和三维地形显示,见图3。
7)对需要进点的船舶进行施工方案、施工要求、质量、安全、环保等事项的技术交底。
2.分层施工计划
综合工程需增深的深度及工程节点、参建施工船舶的破土性能,特别是黏性土土质制定分层方案,一般以0.3~1.0米为一层开挖层,贯人击数>15的土质不超过0.3米,贯入击数<4的土质不超过1米。
边坡区域则呈现由浅至深、均匀台阶型增深,确保边坡坡比质量,如图4。
3.现场施工方法
现场施工作业一般采用装舱溢流法,这是耙吸挖泥船最主要、最常规的施工方法。当挖泥船进入指定的开挖带内,启动泥泵,根据届时潮位将耙头下放至泥面,将耙管内的清水和低浓度泥浆直接排出舷外,待泥浆达到一定浓度后再打开进舱闸阀装舱。待泥舱满舱后继续泵吸泥浆进舱,使泥舱上层低浓度的浑水从泥舱溢流口溢岀,根据不同土质控制溢流时间,尽可能使泥舱的装载量最大、土方量最多。然后停泵起耙,把装载的泥砂运到指定的抛泥区抛卸。
4.实施与监测分析
1)在保证安全工况条件许可的情况下,对于重点难挖浅区,采用拖耙调头施工方法,增加对浅区的斜向或横向破土作用,可以避免垄沟的产生,提高挖掘效果。
2)为了让耙齿切入泥土,通过调低波浪补偿器压力提高耙头对地压力,同时挖泥航速要求适当的增加,一般控制在3~4节速度。
3)施工过程中,经常采集泥样,随时掌握土质的变化情况。
4)严格按照分层施工计划实行定深挖泥。
5)根据耙头的有效宽度和黏性土土质决定布线的间距,贯入击数>15的土质间距要小,贯入击数<4的土质间距要大,总体来说布线间距越小越好,但是走完一遍布线所需时间也越多。
6)驾驶员结合水深图进行施工,尽量选择每个分层中的浅点上线施工,同时操耙手要及时调整下耙深度。
5.辅助施工软件的运用
1)耙吸疏浚监测平台提供精确的耙头下放深度指示,操耙手可以实时控制下耙深度,以此来进行定深施工。
2)实现耙头在浚挖区域浚前水深图的横、纵断面和三维地形上的精确位置指示,驾驶员据此驾驶船舶,操耙手据此控制耙臂,对局部范围的浅区和孤立浅点采取主动精确过耙,实现对浅区的主动式精确挖掘,见图5。
3)结合施工船耙头轨迹深度显示功能和水深色块颜色变化,以及系统根据过耙深度自动生成的已挖掘断面显示功能,驾驶员可以直接对挖掘效果进行了解,避免因重复上线造成效率损失,或者对没有走到位的区域进行拾遗补缺,施工轨迹见图6。
4)通过历史施工过程回放可以回溯驾驶员和操耙手的工作过程,不仅可以对其工作质量进行监督,还能对存在的质量隐患成因进行直观的分析和判断,以便进行及时的纠正和指导。