内湖和沟渠清淤疏浚施工机具比选

2012-07-14黄进华

湖南水利水电 2012年3期

黄进华

（湖南百舸疏浚股份有限公司长沙市410007）

盛松涛

（长沙理工大学长沙市410114）

随着近几年来国家对环境保护的越来越重视，赶上中央Ⅰ号文件的水利改革春风，国内许多内陆城市的内湖及沟渠清淤工程的实施逐渐被提上了实施日程，内湖和沟渠清淤疏浚作为一门新兴的生态修复技术越来越被人们所认知。然而，目前仍存在对疏浚技术的特点的认识不足，疏浚行业本身作为一个新兴产业，也存在着诸多亟待规范的地方。而且国内各地区的施工条件有其特殊性，特别是我们湖南省内湖区和沟渠清淤施工条件和要求与其他地区不同，目前省内在该领域的研究还处于空白阶段，清淤疏浚方式多种多样，而伴随着内湖和沟渠清淤市场的发展，需寻找既经济又环保的方式进行，急需一种适宜的技术指导施工。这就要求必须对传统的疏浚技术进行因地制宜的研究并通过比选选取合适的施工设备。

国外的相关研究比较多，做了大量的实验工作，并将研发成果应用在实例中。目前，虽然国内已有类似项目研究，对这方面的内容也尝试进行了探讨，然而由于各地区施工条件特点不尽相同，因而技术参数也有所差别。此外，由于各项目研究侧重点不同，目前仍然没有形成统一的定论。

1 内湖和沟渠清淤疏浚的特点

根据中国的国情，包括现在实施的许多中小河流治理项目，面对如何选择清淤疏浚的机具问题，基本上都会直接采用的陆上施工机械进行河道拓浚土方施工，之所以有这样的选择，一个是因为人们的意识形态还没有转变过来，二个是因为这样的方式较为简单。然而，随着科学技术的发展和国家经济实力的增强，注重环保，防止疏浚过程对生物生态环境的破坏，使得原来采用单一的陆上施工机械进行施工的方式已经不能满足目前清淤疏浚的要求。一般具有以下三个特点：

（1）疏浚精度要求高。

通常情况下，需要进行清淤疏浚和疏挖水域中的泥层厚度不均，变化很大。内湖和沟渠清淤疏挖中既要去除这些泥层，又要尽量减少非疏浚底泥的超挖，以避免破坏湖泊底部的自然底泥层。同时，这也降低处理了疏挖清淤量和处理费用。

（2）减少二次污染。

疏浚过程中不应使疏浚物扩散到周边环境或运输过程中泄露到环境中，这就要求疏浚设备有防止或减少二次污染的能力，这无论是对开挖、运输，还是疏浚物堆场都有严格要求。

（3）疏浚物的处置合理。

疏浚物从内湖和沟渠中疏挖出来后，需要进行处置，是固化运走还是就地处置需要具体条件具体分析，这影响到清淤方式的选择。

2 清淤疏浚方式比较分析

目前对于清淤疏浚的方式，有不同的分类，本文按运行方式的不同将其分为两种方式:机械清淤和水力清淤。

2.1 机械清淤

（1）机械清淤－自卸汽车运输－自然风干。

该方式直接在水体中进行清淤，通过运输机械将疏浚物转运到离疏浚区较远的地方堆存进行自然风干处理。由于其采用陆上土方施工机械在水中清淤，故而对开挖机械和施工条件有很大的限制。现在许多城市的内湖和沟渠清淤普遍采用的是这种清淤方式。该方式受天气影响少，但对施工机械的要求很高，要求运输机械密封性好，不能渗漏造成城市环境的污染；要求开挖机具可以两栖施工或者其开挖机具停靠堤岸时，其开挖距离能达到疏挖要求；另外其疏浚物需要有广阔的闲置土地用于堆存。其优点是在疏浚区附近不需要用于堆存疏浚物的土地。

（2）机械清淤－自然风干－自卸汽车运输。

该方式一般是将湖水或沟渠水抽干，待疏浚物自然风干含水量降到一定数值后，采用陆上施工机械进行土方开挖施工，即利用土方开挖机械将已固化的疏浚物挖装到自卸汽车上，通过自卸汽车将疏浚物运送到指定地点堆放。该施工方法受天气条件限制很大，将湖水或沟渠水抽干后，疏浚物体经自然风干达到一定的含水量才能施工，这就要求天气条件允许，但该组合成本较低，适宜日照多、降雨少的地区如北方地区施工，湖南省内每年也有不降雨的时间段符合该方式组合施工，只要不降大到暴雨，采取辅助的集水井抽排水，该方法也有很广的适用范围。

（3）机械清淤－驳船运输－卸料点。

该方式全程为水上运行，通过机械将疏浚料装载至运输驳船上，通过驳船将疏浚料运离疏浚清淤区到指定卸料点。该方式适合于湖泊面积很大，水比较深，也适合水上交通比较方便而陆上机械不方便到达的地区疏浚。该方式清淤机械主要以抓斗挖泥船为主，运输驳船主要有开底驳、自卸驳，卸料点一般选在远离疏浚区的洲滩或通过陆上机械辅助将疏浚物卸至指定堆场。该方式是水力清淤方式的有益补充，其疏浚深度深，能够疏挖清淤的范围广，可以作为水力清淤方式的补充。

2.2 水力清淤

（1）水力清淤－管道输送－自然风干。

该疏浚方式是传统的水下机械疏浚方式，他是利用机械搅动将疏浚物与水体混合，然后通过泥泵系统将疏浚物通过管道输送到陆上排泥场进行自然风干，该方式简单方便，处理费用比较低，但相对于疏浚物为淤泥的情况下（大多数情况下，内湖和沟渠清淤基本都是淤泥，含砂质很少），干化固结缓慢，需要长时间占用大量土地资源，而且疏浚物中所含的氮、磷等有机污染物在淋溶和浸出作用下可能向周边环境扩散造成二次污染，这种方式适合那些具有大量闲置土地作排泥场、疏浚经费又不多的地区进行使用。笔者认为省内洞庭湖疏浚市场、沟渠清淤市场若是启动，该施工方法可作为首选。因为省内洞庭湖、沟渠清淤区都可以利用疏浚物直接在排泥场根据疏浚物的化学性质进行改良后作种植或作肥料使用，特别是洞庭湖淤泥污染比较少，而且洞庭湖疏浚排泥场可种植水扬树、芦苇等，可改良湿地环境，清淤水体，对洞庭湖的环境改善是一种比较经济又环保的方法。

（2）水力清淤－管道输送－带式压滤。

该方式与第1种方式类似，只是在排泥管道的终端增加了带式压滤系统，该方式在现场不需要占用大量土地来进行疏浚物的堆放，直接通过压滤系统将疏浚物进行干化，可直接拉走或做他用。该方法比较实用，但从经济角度上考虑，成本偏高。其适用于城市内的湖泊、河道、沟渠清淤，不污染环境，不影响周围群众生活。

（3）水力清淤－管道输送－真空池。

该方式相比前两种方式的不同是，将排泥场和带式压滤相结合，将带式压滤机械的方法直接运用在排泥场上，在施工前期对把排泥场进行建设，利用真空预压固结的原理将疏浚物进行固结干化，通过这些工作，疏浚物可直接处理成进行施工建设的地基，也可以像上一种方式一样将干化的疏浚物直接运输到需要的地方。相比上面两种方式来说，优点得以保留，缺点相应互补，使得该清淤方法的适用范围更广。

3 清淤疏浚机具类型

3.1 机械清淤机具

目前一般有陆上土方施工机械如推土机、挖掘机、装载机、自卸汽车相结合的方式及水上抓斗挖泥船、驳船相结合的方式进行清淤施工。抓斗挖泥船顾名思义就是用抓斗机挖掘水下土、石的挖泥船，他与水力清淤挖泥船不同的是，没有泵送装置，挖掘出的疏浚料不是通过管道输送，而是需要通过驳船等运输工具进行输送。为了适应各种复杂条件的施工，工程人员分别对这些机械进行改装，如现在出现的水上挖机，就是根据两栖坦克的原理设计制造的。机械清淤机具的疏挖强度大，可以挖掘水力清淤机械无法施工的硬土、板砂等土质。另外由于陆上土方施工机械可预先将清淤疏浚区抽水风干再进行疏挖清理，避免了水体的二次污染，同时能够最大限度地、非常精确地将湖泊进行清淤，将原水下施工的隐蔽工程变成了陆地上的施工。如前所述，对于抓斗挖泥船这样的组合，非常适合在水上交通比较发达，而陆上施工机械不便到达的地区进行施工。

3.2 水力清淤机械

陆上土方机械施工大家都很熟悉，本文着重介绍水力清淤机械。水力清淤机械一般有吸扬式挖泥船、绞吸式挖泥船、斗轮式挖泥船、耙吸式挖泥船等。

（1）进行内湖及沟渠清淤疏浚的吸扬式挖泥船以Soli Fio公司研制的Eddy泵挖泥船为代表。其工作原理是在吸入管集中地方，产生Eddy效果螺旋状水流，而完全不产生浑浊，并且能使疏浚输送料呈高浓度进行输送。据介绍，它能达到70%以上的泥浆浓度。该设备配置了自动控制系统，能精确进行挖泥定位；同时，该挖泥船采用的是组合拼装形式，可通过卡车进行运输，正是由于它的能拆装及陆上运输，非常适宜内湖水库、沟渠的清淤疏浚。其缺点是不能对湖内或沟渠上的垃圾等进行绞碎带走，目前国内还没有该挖泥船进口的记录。

（2）绞吸式挖泥船最好的当属荷兰生产的绞吸式挖泥船，针对内湖及沟渠清淤疏浚，荷兰的HAM291螺旋绞刀式挖泥船是目前绞吸式挖泥船最适合进行环保清淤疏浚的挖泥船。它的垂直挖泥精度±5 cm，挖深（2.00～14.00）m，挖泥厚度（0.2～1）m，挖泥浓度可达80%。目前国内水力系统拥有荷兰IHC绞吸式挖泥船最多的为湖南百舸疏浚股份有限公司，且该公司为了占有内湖及沟渠清淤市场的份额，对环保疏浚机具的研究从未放弃，以该公司为主进行研制的智能型环保清淤机具通过了水利部的验收，其原理类似HAM 291螺旋绞刀，就是将绞吸挖泥船的绞刀换成螺旋状的绞刀头，并且在其上覆盖一个绞刀罩，该类型挖泥船非常适合有环保要求的内湖和沟渠清淤疏浚。省内洞庭湖清淤疏浚面积广，输送距离长，使用绞吸式挖泥船，结合远排距输送技术，能够满足要求。

（3）斗轮式挖泥船是陆上挖掘的斗轮同绞吸式挖泥船结合的一种挖泥船，除了挖掘设备不同，斗轮式挖泥船与绞吸式挖泥船非常相似。斗轮转动轴与支臂成一定的角度，而绞吸式挖泥船绞刀头转动轴则平行于支臂，与绞吸式挖泥船相比，斗轮式挖泥船因仅限于挖掘松软土壤其应用领域非常窄，因此其应用得非常少。近年来随着内湖及沟渠清淤对疏浚业发展的要求，对传统的斗轮式挖泥船也作了改进。主要是配上气密式斗轮切削底泥，然后通过螺旋桨上升到加压装置，在压缩空气作用下形成柱状泥流，高浓度地送到处理场，它可以直接把底泥几乎原状浓度地挖起，又很少浊及对周围底泥的扰动，且由于泥浆浓度高，使排泥场不需要占用很多的面积，也基本不需要进行排泥场的余水处理，大大减少了二次污染。国际上生产该型挖泥船的主要为四大公司，Ellicott国际机械公司、Neumann研究组、Orenstein&Koppel公司、荷兰IHC公司，其中IHC公司生产的Amanda II号是世界上最大的斗轮式挖泥船。

（4）其他类型的挖泥船。

作为清淤疏浚使用的还有耙吸式挖泥船，1996年由德国的克鲁伯公司研制了溢流水作耙头高压喷水的封闭循环系统，既解决了通过溢流提高装舱效率的问题，又能控制那些含有沉积物颗粒的溢流水在疏浚区扩散，但耙吸式挖泥船仅适用海上港口及航道清淤，对于内湖及沟渠清淤还未生产出适宜的同类型设备。

随着科学研究技术的发展，目前已经生产出针对于内湖、沟渠清淤疏浚的专用设备，这里主要介绍“水王Classic”挖泥船和美国IMS环保疏浚系统。

a、水王Classic挖泥船。

“水王Classic”既是反铲也是绞吸挖泥船，它可以安装一个反铲斗或一个绞吸装置。工作装置以一个快速联接钩装于挖掘小臂之上，从反铲作业到绞吸作业的转换只需1 h的时间，可实现两种作业的快速切换。相当于是一套设备具有了绞吸式挖泥船的优点，也有陆上挖掘机的反铲作业功能，同时其体积小机动性强，还能自行上下水上和陆地。

●反铲作业：“水王Classic”多功能挖泥船的标准配置是一只400 L的带齿的铲斗。对于软泥，可用700 L的铲斗。同时可以选配一些特殊用途的铲斗，常用的是耙子，它可以用来机械清除大量植被，也适用于在绞吸作业前清除水底的垃圾。

●绞吸疏浚作业：“水王”有两种可供选择的工作装置：绞刀泵和泵斗。这两种装置都是使用潜水泥泵。故它们均可以在将泵放于水面以下后立即投入施工。

●绝佳的机动性：“水王Classic”无论是在工地上还是工地之间，其机动性都是绝佳的。在水路，“水王”可以用其自带的液压推进器航行，推进器还可以通过液压操作进行转向，并可以在浅水区将其用液压缸提升起来。对于在小于其吃水的水域（如芦苇塘、沼泽地等），甚至在旱地上，“水王”都可以进行移动和施工。

●环保疏浚工程：“水王Classic”是进行精确疏浚的绝佳施工工具。

●“水王Classic”的多用性：“水王”几乎适合于任何为普通液压挖掘机开发的附属设备（工作装置）相匹配。

b、IMS环保疏浚系统。

1999年美国IMS公司和Triflo公司联合开发了可用于清淤疏浚项目的泥浆脱水系统，该设备直接在现场将泥浆脱水干化，难能可贵的是具有污泥脱水成型设备，目前已有最新的2000 GPM全机械式清淤泥浆脱水设备（具有7.5 m3/min的泥浆处理能力），该设备于2003年在佛罗里达州南部投入使用。

该设备与传统清淤设备相比，具备作业环保、效率高、费用低、体积小、便于移动、有自航能力、精准开挖等优点，配合全机械式污泥脱水装置，可将环保疏浚后污泥不通过管道传送，脱水成型后直接排出干泥后用汽车运走，不仅不会产生传输过程的污泥，也不需要担心没有排泥场来装容污泥，经过脱水后的污泥可再利用做肥料甚至建材，解决了市区内湖和沟渠清淤淤泥的运输问题,不仅大大提高了运输效率，同时也避免了传统挖掘方法产生的疏浚料外运二次污染问题，特别适合在有环保疏浚要求的城区内湖和沟渠。

全套设备技术特点：

●专利的星轮技术。

IMS专利的星轮驱动系统是基于一人操作的概念，作业不需要阻断河道或关闭码头,可以直接进行疏浚作业。因为挖泥船机动性强，可以直接进入预定位置。它能够在狭小水域内掉头转向，不需要其他人员协助或锚船，产量也可以提高40%。

●环保绞刀头。

IMS绞刀头设计独特，采用硬质合金钢刀片切削泥土并将泥浆直接送入泵口。

●割草头。

IMS割草头采用独特设计，用锋利的刀片将植物的枝叶和根切碎后送入泥泵，通过排泥管排出。

●清淤泥浆脱水系统。

IMS公司与Triflo公司合作开发的清淤泥浆脱水系统，这是一套全机械式的泥浆脱水系统。它采用先进的水力旋流固液分离技术加上振荡筛网脱水，从泥浆中分离出沙、泥等固体。最新2000 GPM产品采用挂车式设计可与IMS挖泥船一起方便地移动到各处。

●卫星定位深度实时监测系统。

GPS深度实时监测系统采用双通道差分卫星定位（GPS）接合数字式深度测量,在湖泊河流施工中可保持规定的作业航向和挖泥厚度，适合于精确清淤。以上各类型挖泥船对疏浚岩土的可挖性选择参考如附表。

附表各类型挖泥船对疏浚岩土的可挖性选择

4 结语

根据上述对水力清淤机具的分析介绍，可知水力清淤机具一般都具有泵送功能，通过管道进行输送，与机械疏浚机具最大的不同就在这里，他可以避免二次转运，同时通过现在国际及国内的科学技术人员的研究，专门的适用于内湖及沟渠清淤的设备也已普遍投入生产，将清淤疏浚料直接固化运输的设备也已投入生产，对于需要采用何种设备进行清淤疏浚，可根据实际需要进行分析比选确定。