提升耙吸船在淺水區域施工效率研究

◎ 范俊 廣州港工程管理有限公司

廣州港出海航道是世界上最繁忙的黃金水道之一，是大灣區連接國際航道、通達國內外港口的水路運輸大動脈，是海上貿易的大通道，是廣州港、虎門港和深圳西部港區生存與發展的“生命線”，更是廣州港建設世界一流港口的重要支撐。本文以廣州港深水航道拓寬工程VI標段為例，對項目建設過程中遇到的工期緊張問題進行分析，在保證施工質量和安全的前提下，通過提高現有耙吸船的施工效率，最終順利完成了項目的建設。此次提高耙吸船在淺水區施工效率的思路和方法，對推動項目建設有積極的意義。

1.項目概況

廣州港深水航道拓寬工程Ⅵ標段施工范圍為伶仃航道FG段北段斷面36+800～41+049長度4.249km航段及G點以北長約580m銜接段的疏浚工程?？偸杩９こ塘考s647.55萬m3，疏浚土運至大萬山南疏浚物臨時性海洋傾倒區、二洲島南疏浚物臨時性海洋傾倒區、南海三類廢棄物區共三個傾倒區水拋。根據項目建設要求，本項目須確保2020年7月31日完成基建施工任務。

2.項目實施情況調查

項目自開工以來，先后投入了“萬頃沙”“浚洋1”“浚海2”“浚海1”“浚海5”等特大型、大型耙吸船。根據項目2020 年5月-6月測量數據顯示，航槽剩余疏浚量約1695 479.91m3，平均施工效率約46544.67m3/d，與以往其他項目施工相比，總體施工進度正常，但航道西側淺區施工進度滯緩，且根據施工效率分析，完成項目剩余疏浚量還需約37天方可完成全部施工任務，將超過項目節點工期（2020年7月31日），超期比例高達119.35%。

根據以上分析，為保證項目完成節點工期任務，同時考慮避免額外增加設備以造成施工成本的增加，提升現有耙吸船施工效率是當前的首選。

3.影響施工效率原因分析

針對如何提高耙吸船在淺水區域施工效率，項目人員采用頭腦風暴法，從多方面分析了可能影響耙吸船施工效率的原因，并對分析結果及原因確認措施進行了匯總整理，具體詳見表1。

表1 要因確認表

因素分析一：船舶操作人員不足。

經對“萬頃沙”“浚洋1”“浚海2”等操作人員進行統計后，發現雖受疫情影響，施工船舶部分休假人員未能及時返回，但船舶配員仍可滿足最低配員要求，操作人員能滿足基本排班要求，不存在船舶操作人員不足的情況。

結論：非要因。

因素分析二：操作人員熟練度不足。

經現場問詢及現場觀察施工，耙吸船駕駛員、操耙手等相關操作人員均有豐富的同類型施工經驗，熟悉崗位操作規程，操作經驗豐富，操作熟練；操耙手能熟練根據水深調整下耙深度，船舶駕駛員熟悉周邊水域通航與水深情況，能合理布線行駛，施工避讓嫻熟，操作熟練，可知操作人員不存在熟練度不足的情況。

結論：非要因。

因素分析三：進場前對操作人員培訓、交底不到位。

經對船舶施工安全技術交底材料檢查，交底內容詳實，符合相關規范文件要求；同時對船舶受交底人員進行抽查調研，受交底人員熟知并充分了解交底內容及施工要求，施工船舶相應人員亦已按要求層層交底到位，未出現未交底或交底錯誤的情形。

結論：非要因。

因素分析四：設備選型不匹配。

疏浚施工設備選擇應視施工情況、施工要求而定，不同的情形下選擇不同的施工設備，對施工效率的影響極大。本工程周邊航道水域通航繁忙，結合本工程工期短的因素，設備選型應充分兼顧施工安全與效率，選擇合適的設備極為重要。

結論：要因。

因素分析五：船機狀態差。

經了解，投入本工程前，“萬頃沙”“浚洋1”“浚海5”等在湛江外海施工較長時間，該處工況較差，對“萬頃沙”上的施工設備磨損可能較大，可能會因此導致“萬頃沙”整體船機狀況較差，進而導致裝艙效果不理想、施工效率低。

修理廠人員對施工船舶進行了設備檢測，在場船舶整體船機狀態良好，且船上備件充足，完全可以滿足日常維護，未出現大故障亦無需進廠維修，并不會影響到施工生產。

結論：非要因。

因素分析六：船舶裝艙率低。

根據對地勘資料的研究，發現本工程淤泥質土、塊石與泥土膠結體較多，且淺水區域面積較大，耙吸船只能利用乘潮的窗口期施工，導致裝艙效果較差，裝艙用時較久，導致需接近7h—8h方能施工滿一船，對施工效率影響較大，施工質量不佳且會嚴重拖慢施工進度。因此，提高船舶裝艙率對本工程應為重中之重。

結論：要因。

因素分析七：施工區水深淺、塊石多。

經現場檢查發現，施工區西側邊坡開挖區表層夾雜較多塊石，施工中船舶需乘潮施工，施工窗口期短。同時存在塊石卡耙現象頻發，還需要及時清理耙頭，對施工效率影響極大。

結論：要因。

因素分析八：周邊碼頭、航道往來船舶眾多。

經對現場的調研及統計，發現施工水域周邊來往船舶極多，平均施工一船至少需要避讓4—5次，每次耗時需10—30分鐘不等，對施工影響極大，導致施工需時更久，施工效率進一步降低。

結論：要因。

因素分析九：施工工藝針對性不強。

本工程為短工期的基建性疏浚工程，如何如期完成至為重要。施工工藝如果針對性不強，將導致施工過程中施工效率低、施工用時不受控等不利情況。

結論：要因。

4.制定要因對策

4.1 提出對策

根據確定的要因，深入分析研究，制定對策，并對各項對策進行整理歸納，見表2。

表2 對策匯總表

4.2 對策實施

4.2.1 對策實施一

針對施工區邊坡水深淺、塊石多，按照制定的對策和措施開展以下活動：

針對施工區邊坡部分區域水深不滿足耙吸船正常施工吃水要求的情況，采用乘潮減載的施工工藝，為拉長施工窗口期，先采用排外施工。即船舶根據潮水對淺水區域進行施工，先利用空艙吃水小優勢，可在高潮來臨前進場施工，此時利用船舶DTPS系統關閉進艙閥門，利用泥泵吸力進行挖泥作業。因邊坡外水深極淺，施工時應注意控制船位，避免發生邊坡擱淺，高潮到達后開啟閥門，進行裝艙作業，提升施工效率。

耙吸船去往拋泥期間，投入“海床耙平器”對該區域進行耙平作業，同時利用其船長小、船舶操控性高的特點，可以對淺區進行S型耙平，有效提高施工質量，進一步提升施工效率。

4.2.2 對策實施二

針對船舶裝艙率低，按照制定的對策和措施開展以下活動：

典型施工及現場試驗選定在施工區內具體樁號為36+800～41+049。根據過往在本工程施工經驗，設置幾組實驗參數，進行耙吸船裝艙率對比試驗，同時隨著挖深的增加，裝艙溢流時間也會發生變化，需要實時動態調整最佳裝艙時間。

對于未固結或浮泥為主的短時間內不宜沉淀的土質，可以在挖泥開始前，先采用抽艙方法，將艙內存水排出，盡量避免進艙泥漿受到進一步的稀釋。低濃度泥漿從溢流口溢出，可根據具體工況，包括作業區水深、風浪、現有船內油水裝載量、土質、有效裝載泥沙量等，來調整溢流筒的高度以改變泥艙的實際最大艙容，適應不同的船舶吃水要求。

通過典型施工及現場試驗驗證確定施工參數，達到最佳裝艙率，同時進一步優化了施工工藝。

4.2.3 對策實施三

針對設備選型不匹配，按照制定的對策和措施開展以下活動：

針對泥床土質與塊石混合后，開挖難度提升，原耙頭破土能力不足以順利開挖混合土體的情況，決定采用主動挖掘型耙頭，即通過耙頭上自帶液壓油缸及其控制部件，在駕駛室挖泥控制臺可遠程控制油缸行程，調節耙頭活動罩對地角度，改變耙齒入土角度；同時可通過調整油缸壓力，以保證耙齒入土力。同時更換破土能力較強的耙齒提升耙頭破土能力，保證開挖效率。

同時通過在耙頭技改，在耙頭下焊接呈排齒狀的鋼板，進一步增強耙頭破土能力，有針對性的開挖硬質土體。

4.2.4 對策實施四

針對周邊碼頭、航道往來船舶眾多，按照制定的對策和措施開展以下活動：

積極展開溝通協調工作，先后與建設單位、廣州海事局、設計單位、港口調度中心等相關單位，進行多次溝通與聯合磋商，建立健全溝通體系，及時根據通航信息動態調整當天船舶施工計劃，強化現場船舶管控能力。

港口運營本身具有一定的規律性，同時耙吸船施工周期也同樣具有一定的規律性，根據耙吸船施工規律，將在航道挖泥裝艙時間盡量調整進出港船舶較少的階段，最大程度減少避讓對疏浚施工造成的干擾。

4.2.5 對策實施五

針對施工工藝針對性不強，按照制定的對策和措施開展以下活動：

4.2.5.1 邊坡精確成型施工工藝

采用先進的DPDT系統與DTPS系統聯合施工，根據設計標準斷面，編制高差為2 m的臺階式施工導航文件，均勻布線。DPDT系統是一套可以顯著提高疏浚效率和精度的動態定位和動態航跡系統。動態定位（DP）是利用各類傳感器測船的運動狀態及風浪流等環境力，通過計算機的實時計算來控制艏側推、CPP及舵產生適當的推力和轉矩，以抵消環境力的影響，使得挖泥船盡可能在設定的船位、艏向或預定航跡進行疏浚施工。DPDT系統的動態航跡（DT）挖泥模式用于耙頭必須按預設定的軌跡挖泥或者開挖管道溝槽，是特別為耙吸式挖泥船所設計的，在動態航跡模式下，船只精確地跟隨預定的軌跡航行，而航跡一系列的航跡點所定義的，系統控制船只以最小的偏差航行。

4.2.5.2“S”型布線施工工藝

施工過程中，為防止形成壟溝，增加后期掃淺的難度和用時，因此在航道底層施工階段，采用“S”型航跡施工。采用“S”型航跡施工法，由于航跡線與施工區內的淺梗存在一定交角（角度控制在8°～28°之間），避免施工區域內形成壟溝、淺梗，采用疏浚監控系統進行平面和深度控制，確保全槽均勻增深，可以避免溜耙現象“S”型航跡施工增加了挖泥裝艙時間，減少了船舶轉頭時間，提高了船舶的生產效率。

5.效果檢查

通過對要因的有效控制及項目各方共同努力，在不新增加施工船舶的基礎上，廣州港深水航道拓寬工程VI標段最終于2020年7月30日完成基建性施工，較節點工期提前1天。根據項目測量結果，按措施調整后施工效率為56515.99m3/d，較調整之前的施工效率46544.67m3/d提高了21.4%，施工效率提高明顯。

6.結語

本次耙吸船淺水區域施工效率的提高，縮短了施工工期，達到了預期的效果，為同類型工程提供了參考，同時本項目按期完成，徹底結束了珠江口至南沙港區大型集裝箱船單向通航歷史，實現了全線10萬噸級集裝箱船與15萬噸級集裝箱船（減載）雙向通航，對打造國際門戶樞紐港，保持國際供應鏈暢通，推進“一帶一路”和粵港澳大灣區建設，打造世界級港口群具有重要意義。