陈 亮

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳110003）

挖泥船在输水工程中的应用

陈 亮

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳110003）

输水工程穿越大型河流传统的沟槽开挖方式是大型反铲挖掘机、推土机联合作业开挖。某输水工程尝试将反铲挖掘机等传统开挖设备与挖泥船相结合，发挥了各自的优点，通过工程实践，做了有意义的尝试并取得了很好的效果。是一种经济高效的开槽穿越河流施工方式。

输水工程；穿越河流；挖泥船；土方开挖

1 基本情况

1.1工程概况

某输水工程设计穿越辽河、柳河。辽河和柳河是辽宁西北部地区的主要河流。

辽河穿越工程位于辽宁省法库县境内，属于辽河中游地区，工程从东至西穿越辽河，设计穿越管线长度2.5km，采用4根直径3.2m的钢管同槽铺设，钢管外包混凝土。主河床宽170m，其余为滩地施工。设计开挖量112万m3、混凝土9.7万m3。钢管单节长12m，重约24t。

柳河穿越工程位于辽宁省阜新市彰武县境内，属于柳河中下游地区，工程由东至西穿越柳河，设计穿越管线长度1.4km，采用3根直径3.4m的P C C P管道同槽铺设。设计开挖量101万m3。P C C P管道单节长5m，重约50t。

1.2工程地质条件

管道斜穿辽河河道，地貌单元为河漫滩地貌，主要由第四纪全新统冲洪积组成，地势开阔，地形起伏较大，地面高程67.0～72.5m，在穿越段附近，河流成S形流向下游侧，分别于左岸穿越段的下游侧及右岸穿越段的上游有河道变化形成大型河湾水域与主河道相连；河道两侧建有防洪堤坝。

辽河、柳河的地质经勘测分为四层，主要为粉细砂，介绍如下∶

第0层∶耕植土，灰褐色，含植物根系，厚度0～0.5m，分布在部分河道两旁。

第1层∶素填土，杂色，主要由碎石、粘性土等组成，做为河道的堤坝。

第2层∶粉质粘土，黄色，可塑状态，中等压缩性，最大揭露厚度2.0m，层底埋深1.2～2.5m。

第3层∶粉细砂，灰白色，中密～密实状态，饱和，最大揭露厚度25.0m，层底埋深25.0m。

2 挖泥船选型

2.1挖泥船类型分析

挖泥船是一种有效的疏浚设备，它的基本功能是挖掘土壤，通过不同方式将土壤运到指定地点。目前常见的挖泥船有绞吸式、耙吸式、斗轮式、反铲式等，各有其工作特点及适用条件，具体如下。

（1）绞吸式挖泥船

绞吸式挖泥船是利用铰刀的旋转切削土壤，通过吸泥泵将泥浆吸入排泥管，再泵送到指定地点。它是较常见的、使用最广泛的一种挖泥船。优点是∶能将挖掘、输送、排出和处理泥浆等工序一次性完成，能连续作业、生产效率高、经济性好；对土壤的适应范围较大，可挖掘较硬的土壤、软岩。缺点是∶一般不具备自航能力，机动性差；挖掘深度较浅，输泥距离较短；抛锚作业对水上运输有影响，辅助作业费工；需要有一定面积的排泥场；不适合挖掘粘土等。

（2）耙吸式挖泥船

耙吸式挖泥船是有一根可运动的耙管，端部装有耙头，能伸到河底，通过耙头有力地扰动使泥浆通过耙吸管将泥浆吸入泥仓，再运输至指定地点。这种船型的优点是∶一般具有自航能力，适合长距离运泥；挖深较大；机动性好，调遣费用低；对水上运输不干扰，生产效率高，挖泥成本低。缺点是∶造价高，一次性投入大；吃水较深，不适合浅水工况；对土壤敏感性较强，一般只适用于软质土壤。

（3）斗轮式挖泥船

斗轮式挖泥船是采用斗轮切削土壤。其优点∶挖掘功率大，切削能力强；土质适应范围较大，尤其适合挖掘硬质粘性土壤；可产生高浓度泥浆，生产效率较高；挖掘面比较平整。其缺点类似与绞吸式挖泥船∶机动性差，影响水上交通；挖深有限制，功率消耗大；输泥距离短、辅助作业费时等。

（4）反铲式挖泥船

反铲式挖泥船实际上是一台反铲挖掘机安装在一个大浮箱上，用反铲直接挖掘土壤。其优点是∶挖掘力大，能有效挖掘各类硬土、砂石和树根等；对环境影响小；能配置打桩锤、钻头等多种辅助装置，承担不同工作。缺点是∶生产效率低，不能连续作业；作业半径小，挖掘深度浅，一般不超过20m；需要有效的结构来保持作业的稳定。

2.2影响挖泥船选型的主要因素

各类挖泥船根据自身的特点，有不同的应用范围。对施工环境、作业条件的适应性也不相同。影响因素有很多，主要有如下几项∶

（1）水文气象条件

河床宽度、水深、流速、风浪和潮汐及环境温度等对挖泥船选型有着重要影响。

（2）地质条件

土壤的类别及特性，包括颗粒、形状、含水量、粘性和其他物理性能等指标，直接影响挖泥船的工作效率与经济性。

（3）工程特性

工程类别，包括清淤作业、吹填作业、采矿作业等；工程规模，包括开挖量、工期、开挖深度、运距等；输送方式，包括水力输送、直接卸土、胶带输送等。

（4）经济指标要求

设备使用方式（购置或租赁）、设备购置预算、土方成本核算、配套人员及设备情况、备件供应及维修服务等经济指标。

上述因素中，地质条件直接决定挖泥船的生产率和适用性；开挖深度直接影响挖泥船的结构尺寸和辅助设备；运距及输送方式影响运行成本。这三者是影响挖泥船选型的核心因素。

2.3挖泥船选型

穿越辽河、柳河工程的主要特性如下∶1）工程目标∶利用挖泥船的清淤排泥能力，实现低成本、高效率的土方开挖作业；2）根据辽河、柳河的地质勘测结果可知，主要开挖土壤为粉细砂；3）开挖深度小于20m；4）采用管道泵送方式排泥；5）施工区域周围有较大面积的滩地可作为排泥场；6）辽河、柳河没有通航要求；7）工程预算有限，采用从市场租赁挖泥船的方式开工作业。

根据以上的工程特性，穿越辽河选择D WC S1700型绞吸式挖泥船，开挖效率6800m3/h，穿越柳河选择Y SC SD-250型绞吸式挖泥船，开挖效率1400m3/h。

3 挖泥船在工程中的应用

辽河沟槽开挖底部宽度11.5m，深度10～12m，柳河沟槽开挖底部宽度17.4m，深度14.75m，开挖坡比1∶1.5～1∶1.75。开挖分三层，第一层是表层开挖，用推土机、挖掘机完成1～4m；第二层开挖采用挖泥船开挖，厚度8～10m；第三层是沟槽底部开挖及沟槽整形，由挖掘机开挖。沟槽开挖采用跳格法，依照划分的施工段进行沟槽开挖，详见图1。

3.1第一层开挖

剥离表土及表层1～4m部分，采用2台液压反铲挖掘机开挖，沿纵向退挖甩土出槽后，再用装载机运至堆土区。初步形成开挖沟槽，形成沟槽蓄水后，为第二层挖泥船开挖具备下水作业条件。

3.2第二层开挖

第二层开挖，主要采用挖泥船开挖，辅以挖掘机开挖，挖泥船开挖时预留马道部分和边坡开挖不到设计开挖边线部分采用挖掘机开挖整修到位。

图1 开挖断面示意图

挖泥船工作需要一定的吃水深度，故在第一层开挖结束后，需要对沟槽四周进行修整封闭，并向沟槽中注水，根据所选择的挖泥船型号不同，选择不同的注水深度。在挖泥船作业过程中，需要监测槽内水深，保证挖泥船正常作业。

挖泥船在该层开挖过程中主要作用是降水和开挖最中间部位（运距最远）的土方；为了避免挖泥船开挖时造成边坡塌方和超欠挖现象，开挖边线略小于设计开挖边线，开挖边坡为1∶1。一个标准段长度为300m。具体见图2∶

图2 挖泥船断面布置示意图

挖泥船在进行第二层土方开挖时，沟槽边坡随开挖深度采用反铲挖掘机进行开挖、修坡，最终形成设计开挖断面。

施工前由测量工程师放出沟槽上口开挖边线，在沟槽两端设置开挖的两端打桩做醒目标记；推土机依照沟槽开挖线进行表土的清理施工，开挖沟槽。

3.3第三层开挖

在第二层开挖完成后，需采用强排结合井点降水的方式，抽干槽内积水，并将地下水位降至沟槽底面0.5m以下，进行第三层开挖。第三层开挖采用反铲挖掘机、装载机、人工相结合的方式进行，主要是修整沟槽、控制槽底高程及平整度，为基础处理、管道安装创造条件。

3.4沟槽开挖土的堆筑

挖泥船将高压水枪喷射出的水柱冲起的淤泥（或细沙等）在水泵的作用下由排砂管道输送到土方堆存区域，采用2m3挖掘机进行堆土。

4 结论

（1）采用绞吸式挖泥船在水利工程穿越河流段进行土方开挖是一种全新的尝试，值得研究与推广。

（2）采用传统土方挖掘设备和挖泥船结合作业，可以提高开挖效率，减少土方倒运量，降低施工成本，是高效经济的组合形式。

（3）绞吸式挖泥船作业需要较大的排泥场地，也需要现场的多种设备相互配合，才能充分发挥它高效经济的优势。所以，此方式对施工现场面积有一定要求，对施工企业的组织管理能力也有较高要求。

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T V 53＋5

：B

：1672-2469（2016）05-0069-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.026

2016-03-22

陈 亮（1981年—），男，工程师。