◎ 魏必文 周成海 江西省路港工程有限公司

随着环保要求的不断提高，航道抛泥区与挖泥区的距离越来越远；取砂工程中可开采的砂源区也远离吹填成陆区。耙吸挖泥船作为疏浚施工中主力船舶，因性能优良而广泛使用。但传统的施工方式下，耙吸挖泥船同时承担挖泥、运泥及抛泥任务，在长距离工程中高效的挖泥能力得不到成分发挥，设备利用率低，经济性受到限制。为发挥耙吸挖泥船性能优势，在长运距疏浚工程中可以采用自航式耙吸船与泥驳联合施工工艺，改变传统的耙吸挖泥船疏浚自挖、自运、自抛的作业模式，将运泥抛泥环节均交由泥驳完成；明确分工、配合施工后提升耙吸船利用率，降低疏浚维护成本。

1.工程概况

某深水航道回淤量较大，回淤时间和空间均不固定，主要集中在5～11月的洪淤季节。近年来，年维护疏浚量普遍在6000×104m³以上，随着航道上游吹填工程的完成，多个吹泥站陆续停运，大量疏浚土面临外抛需要，疏浚土处理区域和施工区域的距离均增大，长距离下耙吸挖泥船性能优势得不到充分发挥，疏浚效率普遍下降。该深水航道整治工程于2020年4月进入为期1年的试通航期，并于1年后的2021年5月进入维护疏浚阶段。根据预测，年疏浚维护量达到6000～7000×104m³，每年需配置7～12艘大型耙吸挖泥船；耙吸船挖泥和运抛泥所花费的时间比为3:7。可见，造价昂贵的大型耙吸挖泥船大多数时间用于运抛泥，不利于挖泥性能的充分发挥。

2.施工工艺选择及工效计算

航道维护施工中耙吸装驳工艺主要由大型耙吸挖泥船艕带自航式泥驳展开联合施工。该工艺能较好改变耙吸挖泥船挖、运一体的常规施工模式，由耙吸挖泥船挖泥，泥驳运泥，将挖泥与疏浚土运输两道工序拆分，通过船舶之间的配合，提升航道维护施工工效，有效避免长距离疏浚土外抛，降低运输费用。就具体流程而言，耙吸船负责挖泥装驳，自航式泥驳则负责运输和外抛，使两种施工船舶优势互补[1]，提升各自利用率。

2.1 施工工艺

结合工程特点及船机特性，耙吸装驳工艺主要包括两种形式。

（1）形式1：耙吸挖泥船自抛+装驳。该形式下，耙吸挖泥船自挖、自航、自载、自卸的流程完成后，还负责挖泥装驳。耙吸船在装舱即将结束时单耙挖泥，另一舷起耙后通知泥驳靠泊，并设置装驳管架进行装驳。该方式下耙吸挖泥船负责挖泥、抛泥和运泥，泥驳负责运抛所装驳的泥浆。该装驳工艺适用于泥驳数量较少、耙吸挖泥船机动等待时间充足的中长距离疏浚工程。

（2）形式2：耙吸挖泥船仅装驳。该形式下，耙吸船只进行挖泥装驳，同时配置足够数量的泥驳展开运泥和卸泥，以充分发挥自航式泥驳运泥成本低的优势，并保证耙吸船能连续展开挖泥。该方式适用于长距离疏浚。

结合该航道维护工程实际并综合考虑两种形式的适用范围，最终选择形式2，即耙吸挖泥船仅装驳的形式，同时配置足够数量的泥驳船进行运泥和卸泥[2]。

2.2 工效计算

2.2.1 计算方法

耙吸挖泥船单船自挖、自运、自抛工效[3]按下式确定：

式中：W1为耙吸挖泥船自挖自运自抛工效（m³/h）；u1为耙吸挖泥船单船装载方量（m³）；L为运距（km）；v1为耙吸挖泥船重载、轻载的航速均值（kn）；tp1为耙吸挖泥船取砂装舱时间（h）；tp0为耙吸挖泥船抛泥时间（h）。

耙吸挖泥船自运自抛、泥驳驳运联合施工工效按下式计算：

式中：W2为耙吸挖泥船自运自抛、泥驳驳运联合施工工效（m³/h）；n为泥驳配置数量（艘）；u2为自航式泥驳单船装载量（m³）；tb1为泥驳装舱时间（h）；tb2为靠泊及离泊总耗时（h）；其余参数含义同前。

耙吸挖泥船仅装驳、泥驳驳运抛联合施工工效按下式计算：

式中：W3为耙吸挖泥船仅装驳、泥驳驳运抛联合施工工效（m³/h）；其余参数含义同前。

泥驳配备数量最大值按下式计算：

式中：S 为泥驳最大配备数量（艘）；tb0为泥驳抛泥耗时（h）；q为耙吸挖泥船装驳效率；S0为备用泥驳数量（艘）；其余参数含义同前。

2.2.2 工效试算

结合航道维护段地质条件，粗砂中值粒径为0.55mm，天然土料表观密度为1.94t/m³。耙吸挖泥船取砂装舱效率为6000m³/h，单船装载量为9000m³，重载和轻载平均航速为16.5kn，抛泥耗时0.5h。泥驳装驳效率4000m³/h，单船装载量6000m³，重载和轻载下平均航速12.0kn，单船次靠泊及离泊耗时40min，卸泥耗时30min。大型耙吸挖泥船及泥驳性能见表1。

表1 耙吸挖泥船及泥驳性能参数取值

将相关参数值代入式（1）～（3）可以计算出单艘耙吸船在15～105km的运距下，单艘耙吸挖泥船自挖、自运、自抛，耙吸挖泥船自运自抛、泥驳驳运联合施工，耙吸挖泥船仅装驳、泥驳驳运抛联合施工等方式的工效，见表2。

表2 不同运距下的综合工效（单位：m³/h）

根据表中结果，当运距超出23km时，在泥驳配置数量达到最大配备数量的基础上，耙吸挖泥船仅装驳、泥驳驳运抛联合施工工艺综合工效最高，且联合工效提升率随运距的增大而增大。泥驳配置数量随运距的增大而越多时，综合工效越高。对于耙吸挖泥船自运自抛、泥驳驳运联合施工工艺而言，1艘耙吸挖泥船+1艘泥驳的组合形式工效提升率较明显，随着泥驳数量的增大，工效提升率并不明显。

3.耙吸船装驳工艺的应用

3.1 船舶选配

航道管理局建造的2 艘舱容13500m³的自航式耙吸船长150.7m、型宽27.0m，为所在航道专用挖泥船，2012年建成后便成为航道维护的基干船机。该耙吸船专门针对所在航道水域环境及疏浚土质设计，疏浚性能优异；为获取高浓度泥浆而专门配置低转速泥泵，设计不溢流装舱时间55min。为便于耙吸装驳，该自航式耙吸挖泥船右舷安装T型装驳架和靠泊系统，同时配置高强度缆绳、快速释放钩及恒张力绞车。

为保证耙吸装驳工效及产量，泥驳舱容必须达到6000m³及以上，当前国内仅有长97.8m、型宽20m、重载航速12kn、设计舱容6000m³的泥驳，采用开底卸泥设计，并配备艏侧推和可调螺距舵桨。

3.2 艕靠

根据施工时的水流流速、风力风向、航道运行情况，在施工区域内摆放好耙吸挖泥船船位，并等待自航式泥驳靠泊。结合模拟试验经验，耙吸挖泥船应当顶流航行，尽可能选择与水流夹角小的航向，以减少泥驳靠泊受水流的不利影响[4]。耙吸挖泥船向泥驳发出指令后，泥驳从耙吸船右侧船艉以小角度缓慢接近，待抵达艕靠位置后提速，将其与耙吸船的相对速度降至零；且两船横向距离不超出5.0m，为出缆提供保证。出缆时耙吸挖泥船略微向泥驳处调整艏向，将两船船艏适当靠近。为保证耙吸装驳施工过程的安全性，减少对航道通航的扰动，泥驳应艕靠在耙吸挖泥船外侧。见图1。

图1 艕靠平面形式

3.3 挖泥装驳

耙吸挖泥船艕带泥驳后上线定位，放出泥驳后下耙挖泥；挖泥航速控制在2kn左右，以使高浓度泥浆直接进入泥驳舱。挖泥过程中，必须密切监测泥驳稳定情况及舱容变化；泥驳应始终处于适航状态，准备随时接受耙吸挖泥船发出的用车用舵指令。

3.4 离驳

装驳完成后，耙吸挖泥船将装驳装置收起，结合施工区域实际情况调整船位与船速，通知泥驳按程序离泊。泥驳离开时先解开艉缆，按照略快于耙吸挖泥船的速度航行，便于艏缆松弛和解缆。待将缆绳解清后，借助侧推器向外施推泥驳船艏；耙吸挖泥船应略微向外调整航向以增大其与泥驳船艏夹角[5]。在顶流作用下两船产生排斥力后随即驶离。

3.5 施工安全控制

耙吸挖泥船是耙吸装驳船组的指挥中心，对施工安全及工效起到决定性作用。施工开始后必须加强耙吸船和泥驳的联系、配合，并制定切实可行的操作规程及安全措施。重视靠泊安全，加强各船带缆人员的指导与训练，便于带妥缆绳安全靠泊，避免船舶擦碰。

耙吸船艕带泥驳施工在操纵方面存在较大难度，泥驳必须始终备车保持适航状态，船长与大副应加强指导以策安全。为确保施工船舶与航道通行船舶间的准确识别与避让，耙吸挖泥船必须在施工期间悬挂、开启挖泥号型及号灯；泥驳悬挂慢车信号并开启航行号灯。

耙吸船与泥驳施工避让时必须严格遵守港章、避碰规则及海事部门特殊规定，加强与施工船舶和通航船舶之间的联系，保证早让宽让。航道维护过程中，应避免3nmile范围内两组及以上耙吸装驳工艺疏浚作业。

4.应用效果分析

4.1 施工工效

结合施工开始前的模拟试验及耙吸挖泥船装驳、疏浚性能，耙吸船和泥驳共同作业过程中艕靠、挖泥准备、装驳时间分别为10min、5min和55min，离泊耗时5min；在泥浆浓度58%的情况下产量为3500m³，整个施工过程用时75min。在施工环境、施工机械、航道条件等均相同情况下，采用耙吸挖泥船挖泥、运抛泥的方式下，整个施工过程耗时280min。

4.2 作业条件

结合耙吸挖泥船及泥驳作业条件，为保证两船共同作业，最大水利流速应为2 m/s，最大风速应在10.8～13.9m/s之间；最大波高应不超出1.5m。对于枯水季，所在航道受寒潮风浪、通航、雾的影响比例分别为11%、25%和4%，属于七级工况；对于洪水季，航道受台风大浪、通航、雾、落潮的影响比例分别为3%、25%、2%和10%，属于五～七级工况。每潮次让潮3h的通航影响最大；通过优化施工组织设计，可将每潮次让槽时间缩短至2h，通航影响比例明显降低，对应的施工工况可提高至四～五级。

4.3 经济效益

在四～五级工况下，耙吸挖泥船装驳工艺与耙吸挖泥船自挖自抛工艺疏浚单价的比较见表3。当抛泥运距达到27km时两种施工工艺达到经济平衡点，耙吸挖泥船装驳工艺经济优势明显。结合所在航道清淤规模，如果采用耙吸装驳工艺，运输费用减少，施工工效提高，可比耙吸挖泥船自挖自抛每年节省1.8×108元费用。

表3 不同方式下疏浚单价对比

5.结论

综上所述，在遵循必要控制措施及操作规则的基础上，航道维护疏浚施工过程中通航安全有保证；与耙吸挖泥船自挖、自运、自抛工艺及耙吸挖泥船自运自抛、泥驳驳运联合施工相比，随着运距的增大，耙吸装驳工艺的经济效益越明显。为积累丰富的施工经验，不断完善耙吸挖泥船装驳施工工艺，可在建造专用挖泥船及配套泥驳后于所在航道展开实船试验，并酌情开展夜间疏浚。