绞吸式挖泥船在黄河下游挖河疏浚中的应用

1绞吸式挖泥船在黄河下游挖河疏浚中的应用张立河（黄河水利委员会黄河河口管理局，山东东营257091）摘要：为了在黄河中能够利用绞吸式挖泥船进行挖河固堤，2001年下半年我们利用绞吸式挖泥船在黄河中实施动水开挖疏浚河槽。现在对挖泥船型号的选择、施工方法、效果及存在的问题作简单探讨。关键词：绞吸式挖泥船黄河应用1防洪减淤根据《黄河近期重点治理开发规划》（概要）基本思路，对防洪减淤的基本思路是：“上拦下排、两岸分滞”，控制洪水；“拦、排、放、调、挖”，处理和利用泥沙。解决黄河的洪水和泥沙问题，必须采取综合措施。对于黄河下淤，“排”和“挖”尤其重要。“排”就是通过各类河防工程的建设，将进入下游的泥沙利用现行河道尽可能输送入海。“挖”就是挖河淤背，加固黄河干堤，逐步形成“相对地下河”。通过综合治理，谋求黄河长治久安。2001年10月在黄河下游利用绞吸式挖泥船开始疏浚河槽。此次河道开挖上起黄河下游山东垦利义和险工，下至朱家屋子断面，长9.7km，设计开挖边坡1：5，底宽度150m，平均深度1.6—1.9m，纵比降为万分之一。该工程在设计中，采用绞吸式挖泥船开挖。1施工概况此次挖河施工中，共采用了3条挖泥船，分别为2艘120m3/h型绞吸式挖泥船和1艘海狸600型绞吸式挖泥船（表1）。表1挖泥船的性能参数序号船舶名称外型尺寸m吃水深m管径m出口流量m3/h产量m3/h重量t总功率kw泥浆泵绞刀轴功率kw转速转/min轴功率kw转速转/min1120m3/h型绞吸2181.61401200120121.53303304905517.5622001年10、11月，大河流量相对稳定在100m3/s左右，平均水深3m，绞吸式挖泥船（以033#挖泥船为例）在本次挖河固堤施工中正常运转，施工工期共65d，实际运转52d，占总工期时间的80%，共完成挖河土方25万m3，按总工期时间计算工作效率为3846m3/d；按实际运转时间计算工作效率为4800m3/d含沙量为230kg/m3，输沙距离4900m，挖河含沙量较高。海狸600型挖泥船共施工44d（实际有效工作时间）生产，占总工期的75%，生产台班108个，共完成土方10.2万m3，日产2318m3，一般含沙量为200-350kg/m3，台班产量944m3，台时产量118m3，在有效工作时间内挖河出水含沙量较高。施工中的挖泥船2施工方法挖泥船施工前，沿开挖河槽两岸各布置一条控制导线，各断面设立固定的醒目控制桩，并用不同颜色的彩旗定出河道左右开口线，以保证河道中心线偏移值不超过设计要求。在绞刀架杆上安装水尺控制深度，随时观测并及时调整挖河深度。a、开挖方向的确定：为分析水流方向对挖泥船施工效率的影响，施工过程中分别进行了顺、逆流开挖试验，结果表明，采用顺流开挖挖泥船效率较低，含沙量约为7%—10%（体积比，下同），而逆流开挖效率较高，含沙量达10%~12%，最高达17%。并且在顺流开挖时，由于水流压力，水上输泥管线易打弯，施工受到一定影响；在逆流开挖时，管线畅通。b、边坡开挖：设计开挖边坡1：5，根据疏浚施工技术规范，采用下超上欠的阶梯开挖法，自式02海狸600型20.155.721.511.140024004805046539066252343然塌落形成边坡，坡比接近1：4~1：6之间。c、开挖方式：由于绞吸式挖泥船的开挖半径受刀臂所限，加之浮体管道拖动较为困难，因此只能采用分条开挖的方式。河道设计开挖底部宽度为150m，实际挖河宽度约为160m，而挖泥船的适宜挖河宽度为25—30m，所以在施工过程中分6条开挖。每条挖宽30m，每段长100m。采用下超上欠的方式开挖。条与条、段与段之间有2—3m的搭接宽度，避免遗留浅埂。1当施工区浚前水深不足，挖泥船施工受限制时，应先挖前段、由浅及深逐步拓宽加深，先行开挖子槽，其分条开挖布置方式如下图1：2当疏浚前水深满足要求时，其分条开挖布置方式如下图2：d、开挖深度：挖泥船绞刀直径90cm，一次切土层厚约0.5m，根据断面土层厚度，分3~4层开挖，同时考虑到开挖过程中间回淤较严重，开挖过程中一般超过设计开挖深度0.5m，以保证挖ⅢBBBⅡⅠⅣⅤⅤⅥ当疏浚前水深不足时分条开挖布置图图1当疏浚前水深满足时分条开挖布置图图2BBBⅢⅡⅤⅣⅥⅠ水上浮管水上浮管BBBⅢⅡⅤⅣⅥⅠ水上浮管4河深度满足要求。3搞好施工管理提高生产效率在施工中，我们发现制约挖泥船生产效率的关键因素为挖泥船的吸泥系统和挖泥土层厚度两个方面，主要表现为船挖中有过大的回淤量。挖泥船施工中，挖深一般按超挖0.5m进行施工，但在具体船挖施工中发现挖泥船下刀深度与挖深总有一定差距，顺流开挖时进尺数米后测量，其回淤厚度约30-40cm（比较下刀深度），逆流开挖时其回淤厚度达50-70cm，这就说明无论是顺流开挖还是逆流开挖方式都有大量的被绞刀扰动绞起的泥沙没有通过吸泥口进入泥泵被送至淤沙区，而是塌落或被水流带到吸泥口后面沉积下来。当挖泥土层过薄时，开挖吸泥效率降低，当开挖土层过厚时，会超过绞刀电机负荷，切割下来的泥土不易被吸尽，造成机械回淤过大，影响开挖质量和船挖效率。施工中改进挖泥船的绞刀头和吸泥系统，使之达到最佳生产效率状况。针对挖泥船绞刀头和吸泥系统，施工过程中先后使用调整绞刀方向、改变绞刀切削角度和接长绞刀、吸口处加装高压冲击水枪等方法，加速对河沙的扰动，使挖泥船的含沙量提高到1.4-1.7倍，最高可达2.1-2.4倍，取得了一定出沙效果.4挖河效果运用绞吸式挖泥船进行挖河疏浚，是治理黄河的里程碑，是治黄方略的转变；是为构筑相对地下河，挖沙减淤，谋求黄河长治久安探讨的新方法。挖河的目的是减淤降河、调整河势、增强河道的排洪能力，疏浚入海河道，保证水流畅通，延长现行流路使用年限。此次挖河，不仅按照标准完成了主体工程，且在初步运用中发挥了极大作用，取得了良好效益。4.1河槽高程明显降低、河道行水畅通、过流和输排沙能力加大。通过观测，挖河工程完成后，挖河段河槽高程明显降低、河道行水畅通、过流和输排沙能力加大，改善了主河槽洪水条件，具有主河槽单一、归顺、通畅、水位表现低的特点，说明挖河疏浚已经形成了一定的溯源冲刷和沿程冲刷作用，挖河疏浚已初见成效。4.2冲淤、减淤效果明显从挖河同期进行的观测情况看，除在挖河段（0+000—9+700）普遍冲刷外，靠近挖河段上游的2个观测断面和靠近挖河段下游的2个观测断面也有较大的冲刷。在挖河段上游，其冲刷幅度越靠近挖河段越大，显示出明显的溯源冲刷；挖河段下游的断面，其冲刷幅度也是越靠近挖河段越大，显示有明显的沿程冲刷。当然，由于黄河来水量较小，这种溯源和沿程冲刷的影响还是十分有限的。4.3对环境的影响环境评价系统是用来分析工程项目对环境质量的影响，确定对环境变化起主要作用的因素。目前有许多方法进行环境评价，Battelle环境评价是其中的一种。这种用于水资源开发5项目的环境评估系统由美国国家开垦局Battelle西北实验所开发。这种方法的明显的缺点是不同的专家对同一参数的赋值意见不统一，使结果难以比较。对环境影响的评价需要综合考虑经济、文化和人民群众的健康等各个方面。评价的主要目的有：1、用来避免、减小和抵消项目的负面影响2、用来保护自然环境和保持生态系统平衡3、促进可持续发展，优化资料管理环境影响评价分为五个阶段：筛选、确定范围、预测和减缓措施、管理和监测、审计。由于该工程已完工，所以评价包括五个阶段。Battelle环境评价法第一步是根据指标的重要性分配给相应的参数值，总参数值为1000单位。在环境评价系统中每一个指标代表相应一部分，综合在一起形成环境系统。在这些指标中，指标的重要程度是不一样的。这1000个单位被分配给每个指标，被分配的数值的大小反应了这个指标对环境动态平衡影响的程度。这个参数值也称为权重，代表每个指标的重要程度。第二步是确定每个指标值的大小，这些数值显示了对环境影响的程度。（0表示变化最大，0.2表示明显变化，0.4表示一般变化，0.6表示轻微变化，0.8表示非常小的变化，1表示没有变化）第三步是确定每个指标的环境影响值，分别是在工程修建前，工程修建后。（应用下面的公式）m1ii2iim1i1iW)(VW)(VE.I.E.I.=环境影响值(Vi)1=有工程情况下环境影响值(Vi)2=没有工程情况下环境影响值Wi=权重m=指标个数第四步是确定净变化值。Battelle方法评估表影响因素权重环境影响值影响值净值6修工程后修工程前修工程后修工程前防洪3500.90.131535280大河水位变化750.80.1607.552.5提供工作机会300.80.124321泥沙输送1000.70.3703040减少土地500.20.71035-25植被500.40.82040-20冲刷750.80.2601545农业产量400.70.4281612水流变化800.90.172864移民安置1000.20.82080-60空气质量500.30.61530-15合计1000809299.5394.5该表显示出环境质量变化的差值是正值，这说明虽然工程带来了一定的负面影响，但是从总体说来工程影响范围区的环境质量在得到了改善。影响及减轻结果的措施序号情况描述影响减轻负面影响措施正面负面1清除植被+--采取措施，尽量保护植被.2土地损失+--开发新淤积的土地3噪声对附近居民的影响。（尤其是夜晚）+--尽量减少噪声4施工期较乱-尽量减少放工期设备进出5河岸冲刷--修建防护工程6工人处理泥沙可能产生职业病--对工作人员进行培训预防职业病，建立安全保护体系7水污染--提供监测方法75建议5.1绞吸式挖泥船适应的水流条件：适应黄河下游目前这种小而振荡的水流特性，当河道流量在600m3/s以下时，挖泥船施工基本不受影响；当流量在70—150m3/s时，流速不超过1.0m/s，较适于小型挖泥船施工；而当流量很小时（50m3/s以下），可采用船泵联合的施工形式。5.2挖泥船调遣中存在的问题：挖泥船的调遣制约因素较多，调遣费用过高。黄河是一条地上悬河，与其它水上航道无法连通，且黄河中下游未形成通航航道，沿河存在数十座跨河浮桥，挖泥船由水上往来调遣不便。采用陆上转移调遣就要求挖泥船应合理设计船体结构，采用拼装型，尽量减小结构尺寸，方便运输。5.3挖泥船输沙浓度有待进一步提高：在施工过程中，虽然针对如何提高挖泥船的生产效率采取了一些合理措施，将挖泥船的输沙浓度提高到12—15%，然而相对于泥浆泵50—70%的输沙浓度，其生产效率仍有较大的提升空间。参与文献B.PetryP.Boeriu环境影响评价，Unesco-IHE