耙吸船变高程吹填管线布设施工关键技术

耙吸船变高程吹填管线布设施工关键技术

陈木伦陈乐庚

中交广州航道局有限公司51000广东省广州市

摘要：港珠澳大桥香港口岸人工岛填砂项目中，针对其吹填区域小、吹填高程变化频繁、工期紧迫的特点，对耙吸船艏吹管线工艺进行调整与技术应用；通过制作弯曲性能好、回转性能好、耐摩擦的管线，在疏浚吹填工程中灵活调整管线爬坡的坡度，并调整出砂管吹填的角度，将管线逐步抬高，使其具备了短期间超高区域吹填堆载施工的能力。并在实际施工中得到了有效应用，得到了香港造地工程界高度评价。

关键词：变高程；吹填管线

一、工程概括

港珠澳大桥香港口岸人工岛位于香港离岛区东涌市镇北侧水域。工程在原有的海床面吹填造地，要求分层施工，包括2米厚砂垫层施工、砂垫层吹填至+2.5mPD、+2.5mPD回填至+5.5mPD、部分区域堆载至+11.5mPD。施工工程量约为2200万m3。

施工区原海船底部分布4-10米厚淤泥层，按施工设计，需分层施工，且每个区域施工需采用平台反压，确保不出现拱淤。

二、施工的主要难点及应对措施

在港珠澳大桥香港口岸人工岛填砂项目中，该项目存在以下困难：

1、施工周期短，工程量大，工程回填材料中65%采用耙吸船吹填。

2、工艺要求高，施工区需分多个层次吹填造地形成陆域，方能满足工艺要求。

3、吹填高度高，最大吹填高程为+11mPD，出砂管头高程为+13.5mPD。

4、项目划分区域较多，各个区需分别交付进行其他工序开工，管线需多次变化位置。

5、设计变更次数多由于业主要求发生变化，为加快吹填区域砂稳定固结速度、缩减工期，业主多次变化吹填区高度。

面对本工程吹填区域层次多、吹填高度高、吹填区域较多、现场复杂等难点，项目采耙吸船变高程吹填管线布设施工技术进行应对。

该技术原理是利用耙吸式挖泥船将疏浚土运送至特定区域通过接管艏吹；耙吸船通过船舶的输送泥土管道系统、水上自由浮管和陆上的输泥管线，将泥土或者砂料泵送至指定的吹填区域内，通过陆地接驳管线新型辅助设备爬坡管、摆动管等作用，采用分层吹填，将管线逐步抬高，形成高程较高的陆地平台。常规耙吸船接管艏吹吹填施工一般采用粗放式简单模式与大面积吹填作业，基本吹填高程基于水平面+5m以下，在施工过程中容易出现船舶耗能大、排泥管线磨耗严重、吹填陆域平整度差等技术问题。

耙吸船变高程吹填管线布设施工技术的操作原理是通过采用特殊管线设备使管线逐步抬高，同时运用摆动管使耙吸船吹填砂快速均匀堆积形成超高程设计平台。首先使用RTK对原设计布置管线进行放样，管线接驳完成后，在陆地爬坡平台处加装橡胶爬坡管，在陆地出砂口钢管后加装8m长橡胶摆动管一段与消能嘴一个。广航局自有爬坡管长度为6m、8m两种规格，摆动管长度为6m一种规格。根据吹填标高的要求，吹填高度在0-4m，，可单独选用6m规格爬坡管；吹填高度在4-6m，，可选用8m规格爬坡管；吹填高度在6-10m，，可选用6m、8m规格爬坡管组合对接；吹填高度在10-14m，，可选用两根8m规格爬坡管对接。通过出砂口摆动管的摆动作业，加大吹填覆盖面积、减少吹填超高；通过消能嘴的作用降低吹填水动能，加快管头砂的堆积速度，减少尾水对围堰的冲刷与漫堤风险。在耙吸船吹填作业后的空档期中，通过挖掘机将原有围堰加高加固，调整爬坡管的角度，分层逐步将陆域抬高，达到设计吹填标高。

图1爬坡最终示意图

三、施工工艺

3.1工艺流程

水上测量作业，采用多波束测量，并且确认水域的水深满足船舶满载吃水要求。进行水上管线接驳路径、水上管锚的放样作业。测量人员将施工区的背景文件、水深导入操作台计算机，实时显示施工区平面位置、船舶位置及输泥管线的图形。陆地测量作业面，通过RTK－GPS进行陆地管布置放样作业与临时围堰边界放样作业；对排泥管线爬坡位置点与高程进行确认。吹填过程中，采集的形成区域的高程数据，为管线的爬坡抬高作业进行数据的支持。每天对管头位置进行坐标监控，确保排泥管头标高控制在+12.00mPD-+12.30mPD之间，确保不额外增加耙吸船吹填扬程。在平整过程中，放置高程标，确保整平的质量合格。

3.2艏吹前准备工作

自航耙的艏吹区域范围通常约需要300米半径的回旋圈。具定具体而言，在满足船舶操纵需要和安全的前提下，根据接管区域的流向和流量确定

采用多波束测量，并且确认水域的水深满足船舶满载吃水要求。使用GPS定位系统对原先设计好水上管、陆地管进行沿线位置的放样。水上管路径采用抛浮球示，100米间距抛设浮球一个。陆地管线路径放样采用插示意旗杆，50米间距一支旗杆。对排泥管线爬坡位置点与艏吹位置点进行区别放样。管线操作人员根据放样浮球、示意旗杆，进行水上自浮排泥管、陆地钢制排泥管进行接驳铺设作业。

3.3管线布设

岸上管段的布设确定于吹填区情况，但尽可能平直。水上固定管段多采用自浮管；或钢管与挠性管间接相连，钢管段由双体平台承载，并用管线锚固定。特殊情况下可采用沉管。自由管段为挠性自浮管，通过一个双体平台与水上固定管连接。长度根据风流情况60米至100米，或更长些。万方耙吸船接管艏吹过程中，爬高+5.5mPD区域排泥管线经济吹距1800m；爬高+8.5mPD区域排泥管线经济吹距1600m；爬高+11.5mPD区域排泥管线经济吹距1400m。

通过RTK－GPS进行与临时围堰边界放样作业；采用挖掘机，临时对围堰进行修筑。围堰修筑过程中要保证施工质量，确保围堰宽度、高度达到吹填要求。

排水口的设置，采用迂回排水口，增加吹填水的流径长度，减缓坡度，增大摩擦面积，从而达到减少部分动能，加快沙料的堆积。排水口上部采用挖掘机修筑挡水丁坝，减缓水流动能。

3.4耙吸船吹填施工

耙吸船满载进入艏吹施工区，通过锚艇将快速接通牵引钢丝缆绳传递给耙吸船，耙吸船通过缆绳，将快速接头调起对接。根据吹距和疏浚土类型选择并设置泥浆泵运行方式：低低（L/L）、低高（L/H）、高低（H/L）、高高（H/H）四种串联模式。吹填过程中，陆地值班人员要注意排泥管头的出砂出水情况，及时反馈给耙吸船；作业挖掘机通过摆动摆动管，增加出砂管头吹填覆盖面积与增加吹填平整度。

3.5管线爬坡接驳施工

当吹填至达到一阶段设计标高后，通过挖掘机加高加固围堰，推土机对管头区域进行平整。管道连接工人将钢丝绳套在攀爬管上，挖掘机调整攀爬管，将爬坡管的角度调整到下一级设计高程。

进行超高区域吹填施工时，需布置2～3个排泥管头，确保吹填管头处泥砂堆积过高时可进行管头的切换，保证调整爬坡管与接驳管线过程中不影响耙吸船吹填作业。

图3增加摆动管吹填泥沙形成区域示意图

3.6管线水平接驳

当指定区域吹填至设计高度时，管线需水平接驳往前推进。采用手持RTK进行计划管线走向放样，确保接驳的管线路线可覆盖计划吹填区域，不造成漏吹施工。夹管铲运机运送管线至接驳区域，挖掘机进行管线协助起吊作业。操作人员采用风炮机对管线对接口处螺丝进行加固作业。当该区域整体吹填达到设计高度时，采用推土机对吹填区域进行平整；测量人员对平整过后的场地进行高程数据采集测量，绘制高程图，进行场地交付，确保工序转移的顺利开展。

四、结语

耙吸船变高程吹填管线布设技术特定条件下应运而生，该技术在不改变耙吸船施工原有吹填工艺的基础上使其具备超高程吹填造地能力，使其可在特定的条件下完成区域快速堆载预压以减少沉降固结时间从而缩短工期。该技术具有管线制造成本低、操作灵活、施工成本低的优点，在特定的施工工艺中发挥着重要作用。同时，在个别工期严峻的工程等亦根据项目的不同特点得到了有效开发利用。

参考文献：

[1]《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）.

[2]《疏浚与吹填工程施工规范》（JTS207－2012）.

[3]金雷鸣夏广政.扇面式吹填技术在砂质海岸修复整治工程中的应用[J]中国水运（下半月）2018年7期.

[4]戴广辉.自航耙吸船艏吹施工在圈围造地工程中运用研究[J]城市建设理论研究（电子版）2013年15期.