天津市海河环保清淤设备开发应用研究

[摘 要]海河是流经天津市区最大河流和一条多功能河道，由于海河中心市区清淤受地理环境的限制，采用传统的疏浚法清淤施工遇到许多难以解决的问题，笔者依据海河清淤工程的特定条件，对清淤设备的应用及开发改造进行了专业探讨，开发出一套独特的“三位一体”环保型清淤设备。通过海河清淤工程的实践，基本解决了城市大型河道清淤工程诸多难题，产生可观的经济效益和巨大的社会效益。这一设备必将在国内城市河道清淤事业中得到广泛的推广和应用。

[关键词]海河清淤 设备开发 应用探讨

中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0082-01

海河中心市区段清淤工程始于子北汇流口上游200m，止于外环桥下游500m，全长18km，清淤土方量280万m3。海河中心市区段多年来淤积严重，加之人为弃放的建筑垃圾和杂物，使河道形成众多浅滩。每当水位下降时，大量污物垃圾，藻类丛生，杂乱不堪，严重影响市区景观和大都市形象。海河综合开发河道清淤工程是天津市委市政府三步走发展战略中的一个重要环节。为确保清淤工程顺利实施，我们就采用何种施工机械设备进行了研究探讨。

一、施工遇到的技术问题

（1）海河中心市区段清淤工程位于天津市区中心地带，全长18公里，一般清淤深度1-2米，最大清淤深度4米。开挖高程误差控制-1.00以上±0.20M；-1.00以下±0.40M，为保证城市正常的生产生活环境，施工必须达到环保要求。

（2）海河现有护岸主要分为以下四种形式：一是浆砌石护坡加钢筋混凝土板桩；二是浆砌石护坡加浆砌齿墙；三是钢筋混凝土板桩立墙；四是钢板桩立式护岸。为保护现有护岸形式不被破坏，要求清淤开挖设备在水中行走方便，移动灵活，清淤开挖过程中对水上、水下及周边设施影响小。

（3）海河河道内不仅淤积了大量泥土和杂物，还存在很多形体较大的建筑垃圾，不易破损和清除，因此要求开挖设备必须有能力清除各种体积的淤积物。

（4）海河两岸是连绵十几公里的带状公园，海河堤岸外侧现有道路大部分只能通行小型车辆，若采用陆路运输则必须穿越市区主干道及各道路交口，势必造成交通堵塞和路面二次污染，因此陆路运输方案不可行，只能采取水路运输。

（5）市区无法设置排泥场，排泥场需设在距离市区27km以外的郊区，清淤地点与排泥场之间距离较远，需要配置便捷安全、经济合理的运输设备。

（6）海河具有旅游、观光功能，游船往返不断，清淤设备不能阻断游船航行。

（7）河道淤积物中存在重金属污染，要求在开挖过程和储泥场存储时应采取妥善处理措施，避免对水质和土地资源污染。

（8）海河水下设施及障碍物多，安全隐患严重。根据实地调查，海河两岸共有200多处相关设施，其中左岸117处，右岸83处。还有部分水下设施由于建设年代久远没有原始资料，难以查清其准确位置，大大增加了施工中潜在的困难和危险。

二、专用清淤设备的开发及应用

专用设备的开发主要包括：浮船式液压抓斗机、全封闭易抓净液压双面抓斗、运输载泥设备、半舱式驳船。开发设计思想技术性能及应用。

1、浮船式液压抓斗机

浮船式液压抓斗机由自行设计的具有足够承载能力、抗倾覆能力的浮船；日本小松-5-200挖掘机；双向（垂直、水平）水中自行定位系统，全封闭易抓净液压双面抓斗组合而成。其设计思想是将日本小松-5-200挖掘机去掉履带传动系统后固定在浮船安全槽内，将传动系统转换至浮船定位桩控制系统。去掉挖掘机抓斗，改换全封闭易抓净液压双面抓斗来完成清淤作业过程。浮船式液压抓斗机可拆卸、组合，不受河道上桥梁高度及桥孔宽度限制。

（1） 浮船。浮船为液压抓斗机的载体，大范围移动由坐港拖轮牵引，小范围作业移动，由挂浆机调整位置。该浮船由主浮箱、副浮箱组合而成，主要尺寸参数：主浮箱长15m，宽3.5m，副浮箱单体长12.5m，宽1.5m，组合后总长15m，宽6.5m，甲板至船底高1.1m，吃水线以下深度为0.9m。

（2）双向可调节定位桩。双向可调节定位桩自成调解定位系统，通过主、副浮箱尾端预留基座用高强螺栓进行固定。其调节定位系统包括：水平放倒调节装置，垂直升降调节装置，升降固定套卡，11m长I30（b）重型工字钢定位桩组成。

双向可调节定位桩的基本功能是，当浮船式液压抓斗机调整好指定清淤开挖位置后，通过定位系统进行浮船定位，定位桩通过压力伸入河底2～3m进行定位，防止开挖过程中浮船倾覆和抵抗侧向推力造成开挖断面的不规则性问题。

双向可调节定位是指垂直和水平调节。浮船式液压抓斗机清淤作业过程，依据施工工艺要求需要频繁移动位置，当一个开挖半径范围内工作完成后就需要转移到下一个不同设计的清淤高程中作业，这样就需要通过定位桩上的调节孔和升降定位套卡的调整来完成一个垂直定位过程。当转移过程遇到河道中桥梁限高时，打开定位桩升降固定套卡，通过压力系统提起定位桩，再通过水平放倒装置沿浮船纵身方向水平放倒后，牵引通过桥下完成一个特殊环节条件的转移过程，进行下一个区域的施工作业。

2、半舱式泥驳船

本船为内河运泥用半舱口驳船，不带动力，船后设人力舵。该船稳性核算按内河C级航区计算，载重量为80t，航行于吃水深度较小的河道、湖泊、水库等水域，适用范围较广、船体设计合理，编组调头灵活，安全可靠、运载能力强，无污染。主要尺寸参数为：水线长19.89m，总宽4.90m，型宽4.70m，型深1.40m，设计吃水深度1.2m，船上设船员3人。

本船结构及功能分配为：由Fr.0至Fr.4为操舵区域，上设可拆卸式罩蓬，Fr.4至Fr.35为载货区域，Fr.35至艏部为拖带作业区。舱口围板高度0.3m～0.5m，内底距基线0.95m。全船肋距0.5m，采用横骨架式结构。船壳外板为4mm钢板，舱口载货甲板用6mm钢板，舱口侧板用5mm钢板。船体结构采用CCSA级钢，其性能满足规范要求。在主甲板首、尾及中部均设置十字带缆桩两个。

3、全封闭易抓净液压双面抓斗

（1）、主要技术参数及设计思想

全封闭易抓净液压双面抓斗采用16锰钢材料制造，以液压缸和挖掘机液压系统连接作为动力，其主要参数为：双面液压抓斗高0.8m，斗宽1.3～1.5m，斗板厚20mm，侧板连接25mm，侧板轴4个，Φ80mm，液压缸连接臂长1500mm×250mm，总重450kg，最大开起角度180度，闭合后成圆弧状，斗容积0.8～1.5m3。液压缸行程60cm，液压油管和液压缸连接臂与挖掘机大臂和液压系统连接，启动后通过挖掘机操作

系统，使液压双面抓斗张合完成抓卸作业。该设备轻便、全封闭，清淤开挖过程对河底淤泥土质不扰动，水中提升过程不泄漏污染水质，既可用于浮动船舶卸泥装车，又可用于水中清淤抓泥，环保效果好，平均每小时开挖装泥驳或卸船装车60m3，施工效率高。（2）、清淤开挖、装卸及其适应的条件

全封闭易抓净液压双面抓斗上部设有不等长的连接臂杆与日本小松-5-200挖掘机大臂连接。根据开挖深度不同，清淤设备的连接臂进行更换，从2m～8m不等，每条连接臂上刻有刻度，开挖操作人员根据开挖深度和连接臂上的刻度控制开挖深度，从而保证按照设计要求的高程进行施工，做到不超挖、不欠挖。全封闭易抓净液压双面抓斗包括连接臂在内由于连接在挖掘机大臂上，其使用范围既能完成清淤开挖作业装泥驳也能用于卸泥场卸泥装车，然而挖掘机大臂最大挖深和最大装驳船仰起高度为8m，受其影响，在开挖装船过程中对超过设备限制挖深的清淤断面，需采用链式抓斗机装全封闭易抓净液压双面抓斗来完成作业过程。

三、结语

三位一体环保清淤设备开发应用研究成果经过海河清淤工程实践证明是一套行之有效的城市内河清淤方法，做到了操作简便、清洁环保、安全高效、经济合理，开辟了我国城市内河清淤的一条新途径。