浅谈安庆石门湖航道整治工程超运距施工优化方案

摘要: 本文针对安庆石门湖航道整治工程的超运距施工情况，结合考虑施工工艺的可行性、施工成本以及施工效率等方面因素，综合分析出优化方案并进行探讨。

关键词: 安庆石门湖；绞吸式挖泥船；超运距施工

中图分类号： TU72 文献标识码： A

Regulation project of Shimen lake channel in Anqing Optimization scheme for ultra distance construction

Qin Yi-fei Wang Bao-wei

(Changjiang Nanjing Waterway Engineering Bureau)

Abstract: This paper researches on the regulation project of ShimenLake channel in Anqing with ultra distance construction situation. Considering the feasibility, construction cost and construction efficiency and other factors, this paper analyses the optimization scheme comprehensively.

keyword: Anqing Shimen Lake; cutter suction dredger; ultra distance construction

一 工程概况

安庆市石门湖航道整治工程是安徽省“十二・五”重点水运工程之一,是安庆市政府确定的“3231”重点工程。石门湖航道是安庆市境内一条重要的内河通江航道，北起石门湖月山镇交界的石门湖港，南至皖河与长江交会处。本工程以航道疏浚为主，同时包括陆上土方开挖、护岸、护坡、抛泥区围堰、航标及其他临时工程。航道总长13.72公里，底宽45米。本工程计划工期为二年，工程建成后通航标准由原来的六级提升为限制性三级标准，可常年通航千吨级船舶。

二、抛泥区变更对航道疏浚施工的影响

安庆市石门湖航道整治工程原设计抛泥区分布均匀，绞吸船施工综合运距≤1.5km，排高≤8m。由于工程周边地形复杂，渔业、农业生产交集，设计抛泥区征地协调难度大，工期严重滞后，为推动工程进展，项目部顾全大局，积极响应业主号召，重新进行抛泥区选址，综合各方面因素，最终可选用做抛泥区的仅为皖河上游一弯道深潭，对应航道k8+000~k10+000施工段，输泥运距达到4km，排高8~10m。已进场皖水1201和蚌浚1号属中小型绞吸式挖泥船，设计排距1.5km，排高8m，无法实现超排距输送的实际情况，工程施工陷入僵局。

三、备选方案及实施可能性

1、加接力泵站

绞吸船开挖输送，经接力泵站二次加压或者双船串联施工实现超运距泥浆输送，在唐山曹妃甸吹填、天津滨海新区造地等工程中均有采用，有较为成功的经验。考虑接力施工过高的施工成本，加之皖河上游均为淤泥质浅滩，不具备布置陆地固定式和水上浮动式接力泵船条件，接力施工方案不具备实际可行性。

2、选用大型绞吸式挖泥船

现代化大型绞吸式挖泥船（1450m³/h以上）单船开挖输送，能满足4km运距泥浆输送要求，通过实地调查，分析多年来季节性水位变化，本工程航道开挖前平均水深不足2m，大型挖泥船最低通航水深要求≥2.5m，另外设计航道底宽45m、土方分散、桥梁高度等客观因素也制约着大型施工船舶进场施工。

3、挖运吹施工方案

针对超运距航道开挖，采用二次倒运工艺施工，即由抓斗船（链斗船）开挖泥驳运输吹泥船吹泥上岸的施工方案，在航道疏浚施工中也较为常见。由于拟用抛泥区，位于皖河上游，工程范围外河道存在大量碍航浅滩，满载泥驳无法通行，二次倒运施工方案无法实施，同理，耙吸船施工也不可行。

4、干滩开挖

在k8+000~k10+000航道施工段上下游填筑截流围堰，抽排余水创造干地施工条件，采用陆地挖掘机挖泥，自卸车运输施工方案，通过实地勘察，认真分析工程地质报告，本施工段土质以淤泥、黏性土和中密砂为主，由于淤泥层较厚，无法承受挖掘机自身荷载，加之自卸车绕行公路，陆地运距超过8km，运输成本高，此施工方案也不可行。

5、优化施工方案，改进现有船舶、深挖设备潜力

绞吸式挖泥船排泥距离在设计范围内，施工效率较高，本工程工况条件下，接近额定产能（蚌浚1号船额定工效500m³/h，本工程扣除超深超挖工程量后有效方量产能480m³/h），根据以往施工经验，绞吸船超过1.5倍设计运距后，生产效率会大幅下降，超过2倍设计运距，流量下降近40%，并出现排泥输送困难、堵管现象。由于其他优化方案无实际可行性，唯有优化施工方案，同时牺牲绞吸船部分生产效率，并对绞吸船泥泵及管道输送系统进行合理改进，探索施工需求和产能合理下降平衡点，最大限度克服超运距输送困难，顺利完成本段施工任务。综合比较皖水1201和蚌浚1号绞吸船性能，决定对蚌浚1号及配套设备进行针对性的改进。

四、施工方案优化

绞吸式挖泥船生产机构主要包括绞刀挖掘系统和泥泵吸输系统，针对超运距作业和本工程土质特点，绞吸船实际生产效率主要的影响因素是泥泵吸输能力，特别是对黏性土和颗粒较大的砂性土，输送困难，泥泵管路吸输生产效率低，极易造成管道堵塞的不良现象。通过实地勘察，并结合工程地质报告，石门湖航道k8+000~k10+000施工段含有2m左右黏性土层，主要分布在7.0m高程以上（如施工断面图所示），枯水季节平均水位低于5.0m，具备干地开挖条件。航道上口线外30m，需要进行低坝围栏填筑，经取样并做击实试验，航道范围内黏性土满足低坝填筑土源要求，填筑压实度≥80%的设计标准。项目部及时对既定施工方案予以调整优化，开挖航道范围内黏性土填筑堤坝，既解决了堤坝填筑土源问题，也清理了航道开挖断面绞吸船超运距输送困难的黏性土，对实现节点工期和降低总体施工成本皆有利。

五、蚌浚1号绞吸式挖泥船及配套设备改进

蚌浚1号绞吸式挖泥船，主机功率1044kw，原配泥泵正常工作条件下，泥泵轴功率约900kw，主机富余功率近14%，主机效率尚未充分发挥，拟更新泥泵，调整设计参数，以提高输送扬程，加大输泥排距。蚌浚1号船原设计使用直径500mm钢质管道作为输泥介质，2km排距时排压为0.7~0.8MPa，因施工需求，输泥距离要增至4km，则排压将大幅增加，使用改进型泥泵只能减小流量下降幅度，过高的排压将对泥泵和排泥管线安全造成很大威胁，封水泵也将产生倒灌，无法对泥泵轴及衬板起到应有的防护作用。为解决以上问题，经过考察讨论，在仔细分析设备性能、排距、土质、临界流速、施工循环过程等多方面因素，变换管径尤为必要。同时，考虑管道特性中的沿程水头损失与摩阻系数λ值关系密切，影响较大，根据安庆石门湖航道整治工程土质特性及实测管道沿程阻力损失特性，考虑本施工段土质输送临界不淤流速，结合水力学原理，当通过管路的流量一定时，管道流速与管径成反比，而摩擦阻力损失与管径的5次方成反比。因此，增大管径可以适当降低排泥流速，降低排压，减小沿程水头损失，利于远排距泥浆输送。

蚌浚1号船原装450WN型泥浆泵，具有叶片3片，吸入口直径450mm，排出口直径600mm，额定清水流量3850m³/h，扬程65m水柱，泥泵效率76%。考虑到工程工期紧，大范围的改装周期长，故在不改变原泵壳尺寸与在船上安装的位置，选用改进泥浆泵型号为450WNG，安装5叶片叶轮，吸入口、排出口直径不做调整，额定清水流量3500m³/h，扬程82m水柱，泥泵效率80%，改进后提高扬程17m水柱，泥浆泵效率亦有所提高，能满足增大输泥排距的要求。

2013年9月份，积极与船舶设计方联系，进行输泥管道变径验算，并通过模型试验校核，分析管径、排距、流速的变化趋势，在同一流速下，管径与输泥排距成正比关系，管径相同时，流速与输泥排距成反比关系。若选择管径600mm，4km运距时，流量可达3500m³/h，泥泵轴功率达到1060kw，主机则将出现超负荷运转；若选择管径550mm，流量可达到3200m³/h，泥泵的轴功率为980kw，尚有6%的富余功率，综合考虑蚌浚1号泥泵主机的负荷能力及绞吸船挖泥过程中的不均匀性，采用550mm管径，能在机械正常负荷下实现增长输泥运距、降低排泥压力的效果。根据以往的施工经验，并结合现场条件，为了节约管线投入，水上浮管和陆地管下坡段管线不做调整，使用原有Φ500mm管道，新增2000mΦ550mm管径排泥管线，并于2013年10下旬进场，投入工程施工。

六、改进后运用简况和效能

蚌浚1号2012年12月25日进场，先后完成6#抛泥区、彭仓圩抛泥区对应航道疏浚施工任务，综合排距2km，实际清水流量3500m³/h，有效方（不包括施工过程中不可避免的超深超宽工程量）工效480m³/h，泥浆浓度13.7%。泥泵改型、管道变径后，顺利投入k8+000~k10+000段，进行航道开挖，超运距输送施工，实际清水流量2800m³/h，有效方工效360m³/h，泥浆浓度12.9%，综合排距翻倍后，实际工效比2km运距时仅下降25%，并且施

工过程中未出现排泥管堵塞、泥浆沉淀、排压超过封水泵压力等不良状况，蚌浚1号单船作业，顺利实施4km超运距土方开挖、调运，合理降低了施工成本，保障了工程施工进度，经济、社会增效显著。

【参考文献】

[1]安庆石门湖航道整治工程施工方案.长江南京航道工程局，2013.