拼装式环保绞吸船在陈行水库挖潜工程中的应用

拼装式环保绞吸船在陈行水库挖潜工程中的应用

李山城

上海申鼎建设科技（集团）有限公司   上海   200940

摘要：陈行水库长期运行后入库泥沙淤积严重，减小了水库的实际可供水量，降低了水库应对供水安全风险的能力。大型疏浚船进出水库受水库设施限制，本文结合疏浚工程中拼装式环保绞吸船的应用，介绍了拼装式环保绞吸船的清淤方法，该清淤工艺在环保要求高的水库疏浚工程中取得了良好的效果。

关键词：拼装式；环保绞吸；疏浚

引言

2022年长江来水“汛期反枯”，陈行水库遭遇历史上出现最早持续时间最长的咸潮入侵，取水口最长连续不宜取水天数达26天，陈行水库供水保障能力仍存在较大缺口。陈行水库运行以来入库泥沙淤积以及工程运行自身因素的限制，对陈行原水系统的现有供水保障能力产生影响，进一步增加了水库的供水安全风险。实施陈行水库挖潜工程将增加水库调蓄库容、保障供水安全，对陈行水库咸潮期正常运行有着积极作用。 

1.工程概况

陈行水库位于上海市宝山区罗泾镇长江岸段，属长江边滩水库。水库始建于20世纪80年代，是上海市利用长江水源所建造的第一座避咸蓄淡饮用水水源地水库。陈行水库挖潜工程是通过实施陈行水库库区疏浚、内堤输水设施改造等措施，增加陈行水库调蓄库容、提高水库输供水能力，提升陈行原水系统应对严重咸潮入侵极端工况下的供水保障能力，库区疏浚量约为110.50万m³。本工程位于水源地一级保护区内，对环境保护要求较高，施工过程中将严格遵守相关规定并采取相应的环保施工措施。疏浚设备采用拼装式环保绞吸式挖泥船，装备带防污罩的环保绞刀，疏浚土由环保绞吸式挖泥船挖掘，经疏浚管道输送至库外，装驳后外抛至长江口指定抛泥区。

2.工程施工特点及拼装式环保绞吸船介绍

2.1．工程施工特点

本工程为水库清淤疏浚工程，工程施工具有以下特点：

（1）环保要求高

陈行水库对水环境保护具有较高的要求，为保证工程施工期陈行水库的运行安全，底泥疏浚需实施环保疏浚，故应选择对水体扰动小的疏浚设备。

（2）疏浚水深较大

本工程疏浚拟将库区分成输水通道区域和其余区域两部分，先实施输水通道区域，后实施其余区域。疏浚区非咸潮期水位约5.0~6.0m，咸潮期水位可达8.1m，现状库底高程约0.0m，疏浚时水深至少约5~6m，局部开挖至-1.0m，最大挖深至少约7m，所选挖泥船必须能满足相应的挖深要求。

（3）船舶抗风能力要求高

陈行水库区域本地区多年平均最大风速为16.18m/s，所选环保疏浚船舶必须保证船型宽度7.0m 以上，并且满足船级社或者船舶检验局出具的船体密封A 级航区以上要求，保证船体的稳定性和出现风浪时船舱的密封性能，以确保船只安全和控制施工精度。

（4）施工精度要求高

由于提供疏浚范围均为不规则区域，在疏浚深度上严格控制在±5cm，所以提供的施工船舶必须配备GPS全球定位系统和测深仪。

2.2．拼装式环保绞吸船介绍

本工程为水库库区清淤疏浚工程，需尽量避免二次污染，因此根据工程施工特点，需采用环保型疏浚船只进行疏浚施工。

拼装式环保绞吸船专用环保绞刀头，刀头装备防污罩，输泥管全封闭、定位桩台车系统等实施封闭式低扰动清淤。施工中通过疏浚施工定位软件精准定位船体的实时位置，显示疏浚轨迹，使其能提高挖掘精度。利用环保绞刀头开挖底泥，底泥通过泥浆泵进入排泥管。疏浚施工期间，通过船载测深仪的数据反馈，及时调整绞刀头的深度实现按设计要求的深度开挖，完成一个挖泥周期后利用定位桩调整绞吸船位置，进行下一周期施工。拼装式环保绞吸船疏浚封闭性好，安全性高，进出水库不受水路条件限制。

环保绞吸式挖泥船采用分解船体后陆路运输至陈行水库大堤上后由150t吊车起吊至水面上拼装。环保绞吸式挖泥船船体共分为大致七部分，分别为①铰刀大杆、龙门架等配件；②左前浮体及配件；③右前浮体及配件；④左后浮体及配件；⑤右后浮体及配件；⑥主泵舱、驾驶室及配件（此部分为最重部分，最大起重量35t）、⑦锚艇、台车系统及配件。先将每条船拆成7部分，分5-7车由大型卡车运输到现场。车队运输前需要查看运输线路，查明道路等级、弯道半径、坡度、路面宽度和状况、桥涵承载等级和结构形式，以及所穿越的桥梁、隧道及架空设施的净空尺寸，制定合理的运输计划，上路前提前办理超限运输手续。

船体安装主要分为一下步骤：第一步：用吊机将主泵舱卸货，吊运至水面上，主泵舱下水后抛锚定位；第二步：用吊机将前后边浮体与主泵舱安装连接，台车浮体与主泵舱安装连接；第三步：主泵舱连接完成后，安装铰刀大杆、休息室和栏杆等配件；第四步：驾驶室安装，定位桩、倒装支架及抛锚杆等配件安装。

3.疏浚区域划分和施工方法

3.1．疏浚区域划分

陈行水库挖潜工程划分为4个施工区域（图3-1），其中其余区域Ⅰ疏浚至底标高为-0.5m；其余区域Ⅱ疏浚至底标高为0m；输水通道区域疏浚至底标高为-1.0m；翻水泵站区域疏浚至底标高为-2.5m；库区内其余区域Ⅰ疏浚及其余区域Ⅱ疏浚方量约45.5万m³，输水通道区域疏浚方量约65万m³，库区疏浚底泥厚度为0.2~2.7m。为尽量减少对水库运行影响、尽快发挥内堤输水泵站功效，先行疏浚输水通道区域，而后实施库区其余区域疏浚。

图3-1 疏浚区域划分图              图3-2 疏浚分段、分条布置图

每个施工区域采用分段、分条施工方法，根据本次投入的环保绞吸船的最大挖宽48m，结合分段、分条重叠宽度按不小于1.5倍的疏浚土体厚度考虑，分为40m×200m的小单元（图3-2）。

3.2．疏浚施工方法

环保绞吸挖泥船取土吹填工艺，依靠绞刀桥架的重量、绞刀连续不断的旋转切削进行水下破土，在横移绞车的作用下，使土层分离并和挖槽内的水混合形成泥浆，由泥泵将泥浆从吸泥管吸入，经过排泥管送到岸上吹填。

绞吸挖泥船采用横挖法施工，依靠船艉部的主钢桩固定船位，对准挖槽中心线插入泥床，作为横移的摆动中心。在船艏绞刀架左右各抛设一只横移锚，抛出方向略向船艉，利用左右横移锚机交替收放钢缆，实现左右摆动挖泥。当一处施工结束时，利用主钢桩台车顶推前移。换桩时主桩前移的轨迹始终保持在挖槽中心线上，使绞刀的平面轨迹也始终保持平行前移，避免出现重复挖泥或漏挖现象，其绞切平面轨迹呈月牙型。

4.疏浚施工要点

4.1．环境保护

本次疏浚作业在水库内部，施工期间需确保水库的正常运行，不得对出厂水质造成影响，环境保护要求较高。

（1）疏浚设备针对性选型采用专用环保绞吸式挖泥船，疏浚作业时船体周围设置防浊帘，防止悬浮泥沙与水体交换；排泥管线采用全封闭输送管道，浮管与岸管的连接采用橡胶管作柔性连接。主管线接头紧固严密，避免泥浆撒漏。

（2）加强船舶油污排放管控。定时定点定人落实船舶检查情况，防止船舶油污污染水体；做好船舶人员交底工作，严格落实相应措施，杜绝生活垃圾污染水体。

（3）施工期间安排人员每日对施工区域水面水色水味巡视并予以记录，发现异常及时报告现场管理人员及水库管理人员。根据库区运营单位的要求进行施工区域水样采集及送样。

4.2．疏浚质量控制

本次疏浚作业挖泥船平均超宽控制值3.0m，超挖深度0~50cm，不允许欠挖，疏浚质量控制要求高于上海市地标规范标准，但水库各区域清淤后高程、挖泥厚度以及深度均各不相同，需要制定针对性措施保证清淤施工的精度，避免超挖、欠挖等现象发生。

（1）在施工前对施工水域进行全面的地形测量，并与设计图纸进行比对，对存在较大差异的水深测图及时与设计单位进行沟通确认。

（2）船舶在施工前安装高精度的RTK定位系统提高平面定位精度；使用高精度的桥架深度控制传感器对开挖深度进行精确控制，提高疏浚的质量。

（3）挖泥船拟采用分段、分条施工方法，分段、分条重叠宽度按不小于1.5倍的疏浚土体厚度考虑，各分条重叠宽度按4m控制，根据实际疏浚厚度调整开挖深度，以防止漏挖和欠挖。为保证挖泥船工作效率最大化和最优的环保清淤，分层开挖厚度为 0.5～0.6m。

（4）绞吸船分条开挖宽度按规定应小于等于船长的1.1倍到1.3倍之间，根据投入的环保绞吸船船舶性能参数，具体确定分条开挖的宽度。挖槽宽度和边线的控制采用GPS定位。

（5）定期对已完成清淤施工区域进行水深测量，并与工前测量成果进行比对，对存在问题的地方及时进行返工，同时分析产生问题的原因，采取相关措施进行解决，避免类似的问题再次出现。清淤疏浚施工全部结束后，及时进行自检测量，提交验收申请。

5.拼装式环保绞吸式挖泥船疏浚优点

（1）施工控制精度高

环保绞吸式清淤采用RTK定位系统、声呐测深仪、挖深指示仪等测量设备，可全方位精确的进行质量监控，实现自动化挖深监控施工，能有效控制挖深深度，避免超欠挖。

（2）对施工区周围水体的影响小

与常规敞开式绞刀相比，本工程采用的专用环保绞刀头，刀头装备了防污罩，和与泥面接触角度的水平调节器，两者均增加了防污罩的防扩散效果，使疏浚施工时对库区水质的破坏影响降到最低，有效的避免了浊度升高。

（3）有效避免二次污染

环保绞吸式疏浚输送系统采用全封闭排泥管道进行长距离输送，杜绝了常规清淤中运输、堆置所产生的二次污染，并且大大节省了堆场用地。

（4）施工进出场便捷

陈行水库建设时为考虑后期库区疏浚清淤，设置了船滑道用于后期疏浚施工和其他施工船舶进出水库，船滑道进库闸门宽度仅为24m，生产效率300m³/h以上的绞吸式挖泥船船长一般在30m左右，因此进出水库受限，而本工程采用的拼装式环保绞吸挖泥船，采用整船拆分方式，通过汽车陆路进入水库进行拼装，施工便捷性较高，大大减少工期并提高疏浚生产效率。

6.结语

陈行水库挖潜工程采用拼装式环保绞吸式挖泥船施工，封闭式低扰动清淤将施工对库区水质的干扰影响降到最低，有效保障施工期间库区的生产运行，避免二次污染。陈行水库挖潜工程实施后，通过库区疏浚挖潜，增加水库蓄淡能力，可增加陈行水库调蓄库容200万m³。提高了陈行原水系统咸潮期供水保障能力，缓解近中期（2025年前）咸潮期水库供水压力，支撑远期长江水源地供水保障能力提升，进一步保障上海人民供水安全。

参考文献：

[1]谭建国. 城市内湖环保绞吸式清淤施工技术应用〔J〕.云南水力发电,2022,38(10):201-205.

[2]肖波. 绞吸船环保清淤技术在河道治理中的应用〔J〕.珠江水运,2022,03:75-79.