絞吸式挖泥船在黃河下游挖河疏浚中的應用

1、絞吸式挖泥船在黃河下游挖河疏浚中的應用張立河（黃河水利委員會黃河河口管理局，山東 東營 257091） 摘 要：為了在黃河中能夠利用絞吸式挖泥船進行挖河固堤，2001年下半年我們利用絞吸式挖泥船在黃河中實施動水開挖疏浚河槽。現(xiàn)在對挖泥船型號的選擇、施工方法、效果及存在的問題作簡單探討。 關鍵詞：絞吸式挖泥船 黃河 應用1 防洪減淤 根據(jù)黃河近期重點治理開發(fā)規(guī)劃（概要）基本思路，對防洪減淤的基本思路是：“上攔下排、兩岸分滯”，控制洪水；“攔、排、放、調、挖”，處理和利用泥沙。解決黃河的洪水和泥沙問題，必須采取綜合措施。對于黃河下淤，“排”和“挖”尤其重要。 “排”就是通過各類河防工程的建設，將進

2、入下游的泥沙利用現(xiàn)行河道盡可能輸送入海。“挖”就是挖河淤背，加固黃河干堤，逐步形成“相對地下河”。通過綜合治理，謀求黃河長治久安。2001年10月在黃河下游利用絞吸式挖泥船開始疏浚河槽。此次河道開挖上起黃河下游山東墾利義和險工，下至朱家屋子斷面，長9.7km，設計開挖邊坡1：5，底寬度150m，平均深度1.61.9m，縱比降為萬分之一。該工程在設計中，采用絞吸式挖泥船開挖。 1 施工概況此次挖河施工中，共采用了3條挖泥船，分別為2艘120m3/h型絞吸式挖泥船和1艘海貍600型絞吸式挖泥船（表1）。表1 挖泥船的性能參數(shù)序號船舶名稱外型尺寸m吃水深m管徑m出口流量m3/h產量m3/h重量t總功

3、率kw泥漿泵絞刀軸功率kw轉速轉/min軸功率kw轉速轉/min1120m3/h型絞吸式2181.614001200120121.53303304905517.562海貍600型20.155.721.511.140024004805046539066252342001年10、11月，大河流量相對穩(wěn)定在100m3/s左右，平均水深3m，絞吸式挖泥船（以033#挖泥船為例）在本次挖河固堤施工中正常運轉，施工工期共65d，實際運轉52d，占總工期時間的80%，共完成挖河土方25萬m3，按總工期時間計算工作效率為3846m3/d；按實際運轉時間計算工作效率為4800 m3/d含沙量為230 kg/m3

4、，輸沙距離4900m，挖河含沙量較高。海貍600型挖泥船共施工44d（實際有效工作時間）生產，占總工期的75%，生產臺班108個，共完成土方10.2萬m3，日產2318 m3，一般含沙量為200-350kg/m3，臺班產量944 m3，臺時產量118 m3，在有效工作時間內挖河出水含沙量較高。施工中的挖泥船2 施工方法挖泥船施工前，沿開挖河槽兩岸各布置一條控制導線，各斷面設立固定的醒目控制樁，并用不同顏色的彩旗定出河道左右開口線，以保證河道中心線偏移值不超過設計要求。在絞刀架桿上安裝水尺控制深度，隨時觀測并及時調整挖河深度。a、開挖方向的確定：為分析水流方向對挖泥船施工效率的影響，施工過程中分

5、別進行了順、逆流開挖試驗，結果表明，采用順流開挖挖泥船效率較低，含沙量約為7%10%（體積比，下同），而逆流開挖效率較高，含沙量達10%12%，最高達17%。并且在順流開挖時，由于水流壓力，水上輸泥管線易打彎，施工受到一定影響；在逆流開挖時，管線暢通。 b、邊坡開挖：設計開挖邊坡1：5，根據(jù)疏浚施工技術規(guī)范，采用下超上欠的階梯開挖法，自然塌落形成邊坡，坡比接近1：41：6之間。c、開挖方式：由于絞吸式挖泥船的開挖半徑受刀臂所限，加之浮體管道拖動較為困難，因此只能采用分條開挖的方式。河道設計開挖底部寬度為150m，實際挖河寬度約為160m，而挖泥船的適宜挖河寬度為2530m，所以在施工過程中分6

6、條開挖。每條挖寬30m，每段長100m。采用下超上欠的方式開挖。條與條、段與段之間有23m的搭接寬度，避免遺留淺埂。1 當施工區(qū)浚前水深不足，挖泥船施工受限制時，應先挖前段、由淺及深逐步拓寬加深，先行開挖子槽，其分條開挖布置方式如下圖1：BBB水上浮管當疏浚前水深不足時分條開挖布置圖 圖12 當疏浚前水深滿足要求時，其分條開挖布置方式如下圖2： BBB水上浮管BBB水上浮管當疏浚前水深滿足時分條開挖布置圖 圖2d、開挖深度：挖泥船絞刀直徑90cm，一次切土層厚約0.5m，根據(jù)斷面土層厚度，分34層開挖，同時考慮到開挖過程中間回淤較嚴重，開挖過程中一般超過設計開挖深度0.5m，以保證挖河深度滿足

7、要求。3 搞好施工管理提高生產效率在施工中，我們發(fā)現(xiàn)制約挖泥船生產效率的關鍵因素為挖泥船的吸泥系統(tǒng)和挖泥土層厚度兩個方面，主要表現(xiàn)為船挖中有過大的回淤量。挖泥船施工中，挖深一般按超挖0.5m 進行施工，但在具體船挖施工中發(fā)現(xiàn)挖泥船下刀深度與挖深總有一定差距，順流開挖時進尺數(shù)米后測量，其回淤厚度約30-40cm（比較下刀深度），逆流開挖時其回淤厚度達50-70cm，這就說明無論是順流開挖還是逆流開挖方式都有大量的被絞刀擾動絞起的泥沙沒有通過吸泥口進入泥泵被送至淤沙區(qū)，而是塌落或被水流帶到吸泥口后面沉積下來。當挖泥土層過薄時，開挖吸泥效率降低，當開挖土層過厚時，會超過絞刀電機負荷，切割下來的泥土不

8、易被吸盡，造成機械回淤過大，影響開挖質量和船挖效率。施工中改進挖泥船的絞刀頭和吸泥系統(tǒng)，使之達到最佳生產效率狀況。 針對挖泥船絞刀頭和吸泥系統(tǒng)，施工過程中先后使用調整絞刀方向、改變絞刀切削角度和接長絞刀、吸口處加裝高壓沖擊水槍等方法，加速對河沙的擾動，使挖泥船的含沙量提高到1.4-1.7倍，最高可達2.1-2.4倍，取得了一定出沙效果.4 挖河效果運用絞吸式挖泥船進行挖河疏浚，是治理黃河的里程碑，是治黃方略的轉變；是為構筑相對地下河，挖沙減淤，謀求黃河長治久安探討的新方法。挖河的目的是減淤降河、調整河勢、增強河道的排洪能力，疏浚入海河道，保證水流暢通，延長現(xiàn)行流路使用年限。此次挖河，不僅按照標

9、準完成了主體工程，且在初步運用中發(fā)揮了極大作用，取得了良好效益。4.1 河槽高程明顯降低、河道行水暢通、過流和輸排沙能力加大。通過觀測，挖河工程完成后，挖河段河槽高程明顯降低、河道行水暢通、過流和輸排沙能力加大，改善了主河槽洪水條件，具有主河槽單一、歸順、通暢、水位表現(xiàn)低的特點，說明挖河疏浚已經形成了一定的溯源沖刷和沿程沖刷作用，挖河疏浚已初見成效。4.2 沖淤、減淤效果明顯從挖河同期進行的觀測情況看，除在挖河段（0+0009+700）普遍沖刷外，靠近挖河段上游的2個觀測斷面和靠近挖河段下游的2個觀測斷面也有較大的沖刷。在挖河段上游，其沖刷幅度越靠近挖河段越大，顯示出明顯的溯源沖刷；挖河段下游

10、的斷面，其沖刷幅度也是越靠近挖河段越大，顯示有明顯的沿程沖刷。當然，由于黃河來水量較小，這種溯源和沿程沖刷的影響還是十分有限的。4.3 對環(huán)境的影響環(huán)境評價系統(tǒng)是用來分析工程項目對環(huán)境質量的影響，確定對環(huán)境變化起主要作用的因素。目前有許多方法進行環(huán)境評價，Battelle 環(huán)境評價是其中的一種。這種用于水資源開發(fā)項目的環(huán)境評估系統(tǒng)由美國國家開墾局Battelle 西北實驗所開發(fā)。這種方法的明顯的缺點是不同的專家對同一參數(shù)的賦值意見不統(tǒng)一，使結果難以比較。對環(huán)境影響的評價需要綜合考慮經濟、文化和人民群眾的健康等各個方面。評價的主要目的有： 1、用來避免、減小和抵消項目的負面影響 2、用來保護自然

11、環(huán)境和保持生態(tài)系統(tǒng)平衡 3、促進可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化資料管理環(huán)境影響評價分為五個階段：篩選、確定范圍、預測和減緩措施、管理和監(jiān)測、審計。由于該工程已完工，所以評價包括五個階段。Battelle 環(huán)境評價法第一步是根據(jù)指標的重要性分配給相應的參數(shù)值，總參數(shù)值為1000單位。在環(huán)境評價系統(tǒng)中每一個指標代表相應一部分，綜合在一起形成環(huán)境系統(tǒng)。在這些指標中，指標的重要程度是不一樣的。這1000個單位被分配給每個指標，被分配的數(shù)值的大小反應了這個指標對環(huán)境動態(tài)平衡影響的程度。這個參數(shù)值也稱為權重，代表每個指標的重要程度。第二步是確定每個指標值的大小，這些數(shù)值顯示了對環(huán)境影響的程度。（0表示變化最大，0.2表

12、示明顯變化，0.4表示一般變化，0.6表示輕微變化，0.8表示非常小的變化，1表示沒有變化） 第三步是確定每個指標的環(huán)境影響值，分別是在工程修建前，工程修建后。（應用下面的公式）E.I.=環(huán)境影響值(Vi) 1=有工程情況下環(huán)境影響值(Vi) 2=沒有工程情況下環(huán)境影響值Wi=權重m=指標個數(shù)第四步是確定凈變化值。Battelle方法評估表 影響因素權重環(huán)境影響值影響值凈值修工程后修工程前修工程后修工程前防洪3500.90.131535280大河水位變化750.80.1607.552.5提供工作機會300.80.124321泥沙輸送1000.70.3703040減少土地500.20.71035

13、-25植被500.40.82040-20沖刷750.80.2601545農業(yè)產量400.70.4281612水流變化800.90.172864移民安置1000.20.82080-60空氣質量500.30.61530-15合計1000809299.5394.5該表顯示出環(huán)境質量變化的差值是正值，這說明雖然工程帶來了一定的負面影響，但是從總體說來工程影響范圍區(qū)的環(huán)境質量在得到了改善。影響及減輕結果的措施序號情況描述影響減輕負面影響措施正面負面1清除植被+-采取措施，盡量保護植被.2土地損失+-開發(fā)新淤積的土地3噪聲對附近居民的影響。（尤其是夜晚）+-盡量減少噪聲4施工期較亂-盡量減少放工期設備進出5河岸沖刷-修建防護工程6工人處理泥沙可能產生職業(yè)病-對工作人員進行培訓預防職業(yè)病，建立安全保護體系7水污染- 提供監(jiān)測方法5 建議5.1絞吸式挖泥船適應的水流條件：適應黃河下游目前這種小而振蕩的水流特性，當河道流量在600m3/s以下時，挖泥船施工基本不受影響；當流量在70150m3/s時，流速不超過1.0m/s，較適于小型挖泥船施工；而當流量很小時（50m3/s以下），可采用船泵聯(lián)合的施工形式。5.2挖泥船調遣中存在的問題：挖泥船的調遣制約因素較多，調遣費用過高。黃河是一條地上懸河，與其它水上航道無法連通，且黃河中下游