大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》是中交上海航道局有限公司、上海港務工程公司完成的建築類施工工法，完成人是肖劍、劉少丞、馮進華、房德明、陶沖林。適用於鋼樁式抓鬥挖泥船在水深條件滿足鋼樁定位深度的內河、沿海地區的軟質土、中粗砂、砂質黏土、卵石、礫石和抗壓強度不大於50兆帕的強風化岩等疏浚土質的航道港池、碼頭泊位、基槽、深坑或管溝等疏浚工程。

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》主要的工法特點是能有效降低施工中的安全風險，船舶操作靈活、方便可靠、簡單易行；減少了施工占用水域，最大程度上減少避讓等施工停歇時間，提高了挖泥船的施工時間利用率；挖泥船橫向移動也可以利用鋼樁和抓鬥自行完成，降低了施工輔助成本。

2011年9月，《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法
• 工法編號：GJEJGF295-2010
• 完成單位：中交上海航道局有限公司、上海港務工程公司
• 主要完成人：肖劍、劉少丞、馮進華、房德明、陶沖林
• 套用實例：黃浦江關港航道淺段應急維護疏浚工程
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

抓鬥挖泥船是一種適用範圍較廣的疏浚船型，適用於開挖基槽、基坑、碼頭泊位區及航道等各種施工區域，在有障礙物和垃圾的施工地段，其施工優越性更加明顯。但在正常生產營運的港池、泊位及航道區域維護疏浚施工時，由於抓鬥挖泥船一般採用拋設錨纜的定位移船方式，占用較多的施工水域，往往造成維護疏浚施工和港口生產營運相互干擾的矛盾，影響了施工效率和港口通航安全。

為有效解決以上矛盾，同時適應更多的工程實際需要，中交上海航道局有限公司在總結多年抓鬥挖泥船工程疏浚施工技術，在市場調研的基礎上，建造了大型鋼樁式抓鬥挖泥船“新海蚌輪”，在工程的實踐中得到了較好套用。經過工程實踐，不斷總結完善施工技術，提鍊形成了《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》，在上海港黃浦江、山東日照等航道維護、基槽開挖工程中套用此工法，有關公司“新海蚌”輪見圖1所示。

圖1 大型鋼樁式抓鬥挖泥船"新海蚌輪"全貌

工法特點

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》的工法特點是：

1.鋼樁式抓鬥挖泥船定位、移船具有靈活、準確、穩定的特點，在不影響碼頭作業、船舶通航的情況下，能確保施工質量和工期。

2.減少了施工占用水域，最大程度上減少避讓等施工停歇時間，提高了挖泥船的施工時間利用率。

3.降低了挖泥船對挖槽兩側水域寬度、水深的要求，在狹小以及兩側水深淺的區域無須地壟等系纜裝置，減少了施工前準備工作。

4.通過對鋼樁定位、移船施工技術的實踐分析總結，挖泥船橫向移動也可以利用鋼樁和抓鬥自行完成，降低了施工輔助成本。

5.該工法的使用，能有效降低施工中的安全風險，船舶操作靈活、方便可靠、簡單易行。

6.該工法工藝簡單，能廣泛適用於內河和沿海地區港口工程中的疏浚工程。

操作原理

適用範圍

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》適用於鋼樁式抓鬥挖泥船在水深條件滿足鋼樁定位深度的內河、沿海地區的軟質土、中粗砂、砂質黏土、卵石、礫石和抗壓強度不大於50兆帕的強風化岩等疏浚土質的航道港池、碼頭泊位、基槽、深坑或管溝等疏浚工程。

工藝原理

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》的工藝原理敘述如下：

1.鋼樁定位。利用船舶配備的3根鋼樁（船觸左右舷各一根，船腥中部一根）插入海底，構成平面三角形固定船位，利用三角形的穩定性，克服自然風、流和施工中荷載等外力影響，使船在水面上固定、安全施工作業。

2.鋼樁步進。通過擺動船膈可傾斜式定位樁實現步進。當鋼樁處於垂直位置時，液壓頂桿、鋼樁、基座系統形成一個直角三角形（圖2），液壓頂桿為斜邊，鋼樁為垂直直角邊，基座為水平直角邊，通過斜邊長短的變化，使垂直直角邊即鋼樁前後傾斜，鋼樁角度的變化使船舶發生前後位移，完成步進。具體步進步驟可參見圖5抓鬥挖泥船鋼樁步進船體前移流程示意圖。

圖2 可傾斜定位樁傾斜步進原理圖

施工工藝

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

工藝流程

大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工藝流程圖如圖3所示。

圖3 大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工藝流程圖

操作要點

一、工前準備

1.工前施工、安全技術交底。工前組織挖泥船船長、自航泥駁船長、駕駛員及相關施工操作人員，根據作業任務書和施工圖，查看相關資料，研究風、流對施工的影響，收集港內其他作業船舶進出港、靠離泊、施工區障礙物、施工區域內水深狀況、底質等信息資料。

2.制定科學合理的施工方案和安全應急預案。包括分條施工邊線、船位中線、起挖點位置等確定，並在船舶計算機疏浚管理系統中標註明確。

3.開工前必須對挖泥船疏浚、鋼樁定位等設備、自航泥駁航行、泥門開閉等設備進行檢查和必要的保養維修，確保處於良好可靠的適挖適航狀態。

二、進點駐位

1.挖泥船上線定位。由於大型鋼樁式抓鬥挖泥船一般為非自航船舶，開工展布需拖輪配合。進點一般宜選擇在風力較小、流速較慢、通航密度較小的時段進行。由拖輪綁拖，根據計算機疏浚管理系統GPS平面監控顯示的實時船位駕駛至設定的 ，起挖點，慢速或停車，做好下放抓鬥或定位樁的準備工作。

2.調整船位，實現精確定位。待鋼樁下放到位，船位穩定後，校對船位與起挖點實際偏差。如果偏差較大，利用拖輪或者錨艇配合移船至起挖點；如果偏差較小，利用風、流、鋼樁定位移船系統自行移船至起挖點。

三、挖泥施工方法

利用鋼樁定位和步進，採用縱挖法（分段、分層、分條）進行挖泥施工。施工中，依據每條的泥層厚度分層依次排斗開挖，挖完成一個斷面（關）時，用水駝和水下地形探知聲納系統進行水深自檢，當達到設計深度後，前移挖下一斷面（關），依此類推，見圖4所示。

圖4 抓鬥挖泥船施工軌跡圖

四、步進

當一個開挖斷面完成後需利用鋼樁系統前移步進。船醍可傾斜式定位樁樁後傾插入泥土一定深度後，起兩側固定式定位樁，放下抓鬥臨時固定船位，用液壓動力推動可傾斜式定位樁傾斜來撥動挖泥船向前移動，再放下定位樁固定船位，提起抓鬥，完成步進。具體可見圖5所示進行前移步進，後退步進流程類似，將鋼樁的後傾操作變為前傾操作即可。

圖5 抓鬥挖泥船鋼樁步進前移流程示意圖

五、移船

當一個施工區段完成後，如果下一施工區段相距較遠，可利用拖輪或錨艇轉移至下一施工區段。當下一施工區段相鄰，挖泥船可根據風、流及通航情況，利用自身抓鬥及鋼樁允許轉動角度進行橫移。橫移的原理是利用一根定位樁插入海底做轉動軸，其他兩根樁提起至海底泥面以上，將抓鬥拋入海底，旋轉吊機，使船體繞定位樁轉動，通過多次旋轉以及旋轉軸的變化實現船體橫移。如圖6所示，當船舶根據施工需要向右移至下一條施工區域施工時，可根據該示意流程圖進行移船。

1.將右、後定位樁提出泥面，左定位樁仍插入海底，將斗張開拋向挖槽左邊。

2.吊機向右旋轉，待後定位樁到達下一條挖槽中心線時，吊機停止轉動，將後定位樁插入海底。

3.提起抓鬥，拋向挖槽的右側，然後提起左定位樁，吊機向左旋轉，將船位調整至挖槽中心線上，將左右兩根定位樁插入海底，完成橫移過程。如果船舶橫移的距離較大，可通過多次上述操作，實現船舶橫移。

4.船舶在施工步進中，船可能受橫向風、流或其他因素影響，船頭偏離挖槽中心線，也可以通過上述中移船的操作方法，實現精確校準船位。

圖6 船舶利用鋼樁吊機橫移流程示意圖

六、掃淺

由於受水深、土質、風流、通航避讓以及操作人員操作水平等等各種因素影響，鋼樁式大型抓鬥挖泥船在完成一個工程的開挖施工後，往往會不可避免的出現淺點，利用鋼樁定位較傳統拋設錨纜定位靈活、精準的優勢配合疏浚管理系統和水下地形探知聲納系統可以實現高效便捷的掃淺施工，這也是該工法的一大優勢。

七、收工集合

材料設備

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》所用的材料及設備明細如下：

材料

1.船舶配件及機械耗材。

2.燃、潤油：船用輕、重柴油及潤滑油等各種油料。

機具設備

1.施工主船

實施該工法施工的抓鬥挖泥船必須為鋼樁式抓鬥挖泥船，且利用鋼樁步進。有關公司大型鋼樁式3926

抓鬥挖泥船“新海蚌輪”的主要性能見表1所示。

2.輔助船舶

配合施工主船施工時一般需配備足夠數量的自航泥駁和一艘錨艇。泥駁承擔裝運疏浚土任務，錨艇主要負責挖泥船移船避讓等輔助工作。泥駁數量根據艙容、裝駁時間、運距以及泥駁輕重載航後速度等確定。

質量控制

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》的質量控制要求如下：

• 施工質量執行以下標準

一、《疏浚工程技術規範》JTJ 319-99。

二、《水運工程質量檢驗標準》JTS 257-2008。

三、《水運工程測量規範》JTJ 203-2001。

四、企業定額。

• 質量控制措施

一、嚴格按照工程施工質量、環境和職業健康安全管理體系要求，結合工程實際開展質量管理工作，確保施工全過程始終處於受控狀態。

二、成立質量管理小組，工程項目總工程師為質量管理小組組長，疏浚工程師、測量工程師、設備工程師按泥船船長（含船舶施工員）、泥駁船長。泥級駕駛員等為質量管理小組成員。針對質量管理開展工作，通過PDCA循環程式解決質量難題。

三、不斷最佳化施工工藝，向施工船舶作詳細的施工技術交底，明確質量控制內容要點，嚴格執行操作規程。

四、及時掌握施工效果，分析影響質量的因素，制定對策。

五、控制超深措施

1.定期對抓鬥下放深度指示器進行復零位校核，控制誤差在允許範圍內，同時利用生產間隙實踐不定期地進行校核。

2.嚴格按照有關操作規程，做好施工水深自檢記錄，及時了解施工情況，必要時應調整施工方案，碼頭前沿施工時應嚴格控制超深，港池、航道斷面控制在允許值內。

3.利用計算機疏浚管理系統、水下地形探知聲納系統，設定符合施工情況的相關參數，便於施工操作人員及時掌握施工質量。

4.由於受抓鬥幾何形狀所限，抓鬥挖掘的軌跡成類似"W"的曲線型軌跡。如圖7所示，BC之間的凹陷和BA殘留山形會使得工程中很容易出現淺點或者超深，施工時應根據斗的大小、土質情況確定其誤差，保證施工質量。

施工主船挖泥方式主要有3種工作模式；定深挖泥、平挖以及沉挖，其中平挖工作模式是通過控制升降鋼纜的放纜量進行挖深控制，從而使抓鬥的挖掘軌跡線形成一個近似的平面（圖8）。可用於工程後期的精挖施工，保證施工質量。

六、控制超寬措施

1.施工中，實行定期校核船位制度，確保船位始終與施工條保持平行或重合，發現偏離，及時調整到位，並記錄在冊。

2.根據施工土質、設計邊坡，設計出合理的開挖終止線，輸入計算機疏浚管理系統。碼頭根部安全距離嚴禁超挖。

3.套用船舶計算機疏浚管理系統和水下地形探知聲納系統，實時顯示疏浚深度和抓鬥軌跡，輔助施工人員合理分布抓鬥每斗的下放位置，結合施工輔助線，正確合理的掌握開挖寬度，防止超挖和欠挖。

4.加強水深檢測，將超寬嚴格控制在規範、標準規定值以內。

七、控制邊坡措施

1.按台階式開挖邊坡。設計台階的高度主要以設計邊坡和抓鬥一次所能開挖的泥層厚度而定。如果工程對邊坡質量有較高的要求，台階高度可適當放低些。

2.邊坡的控制，也就是邊坡台階寬度和深度的控制，其控制的方法與挖寬、挖深控制相同。

安全措施

採用《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

• 工前準備

1.成立安全管理小組。以項目經理、挖泥船船長、自航泥駁船長、駕駛員等組成的安全管理組織體系，嚴格按照公司質量、環境和職業健康安全管理體系，開展危險源辨識與風險評價工作，確保施工全過程安全處於受控狀態。

2.組織安全培訓，落實施工安全技術交底，增強施工人員安全意識。

3.根據當地施工區域特點，因地制宜的配備水上施工安全設施，定期對船舶進行安全檢查，消除隱患。

4.建立暢通的聯繫渠道，及時與海事、業主、項目經理部等相關方溝通交流，建立施工安全專項應急預案。

• 施工過程

1.嚴格按照航行通告規定的水域進行施工作業，施工懸掛規定的作業信號。

2.及時掌握施工水域船舶動態，加強瞭望和安全值班，及時處理應急情況。

3.施工操作人員嚴格按照規章制度配戴勞防用品，嚴格按照作業程式操作。

4.定期組織召開工程施工安全例會，加強安全風險教育，增強安全意識。

環保措施

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》的環保措施如下：

• 環保措施

1.根據公司質量、環境和職業健康安全管理體系進行環境因素辯識與分析評價，編製成冊並分發至施工人員，結合工程實際情況制定管理方案加強環境保護工作。

2.嚴格執行《中華人民共和國水污染防治法》、《中華人民共和國海洋傾廢管理條例》、《船舶污染物排放標準》及地方水域污染管理條例等章程，不違章或超標排污。

3.編制環保實施細則和操作規程，制定環保預警和應急救援搶險預案，制定專人負責環保工作的實施。

4.各施工船舶、機具嚴禁向水域排放廢油、殘油、有害金屬及可溶性劇毒廢渣。

5.在施工生產和生活區的垃圾，套用專用垃圾袋、箱集中分類放置，妥善處理。

6.船舶應集中油污、污水並妥善處理，嚴防泄漏到施工水域中。

• 節能降耗措施

1.減少倒換鋼樁等生產性停歇時間，增加船舶有效挖泥時間。

2.減少輔助船舶設備作業時間。

3.減少相應設備的使用和消耗。

4.控制工程施工質量，減少廢方量。

效益分析

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》的效益分析是：

與常規錨纜定位的抓鬥施工方法相比，《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》具有如下優點；一是通過鋼樁定位步進前移，極大地減少了施工占用水域，使原來許多工況不能施工變成了可能，提高了船舶的適應性和設備利用率；二是有效地降低了風、流以及靠離泊等荷載對船舶定位的影響，能實現高精度定位。有效減少了後期掃淺施工時間。隆低施工成本；三是定程度上隆低了對拖輪、錨艇的需求；四是定位靈活、迅速，省去了傳統繁瑣的拋錨作業時間，簡約了工作程式和生產成本，提高了船舶的施工效率和時間利用率。由此，產生較好的經濟效益和社會效益。

2009年6月至8月，上海港黃浦江關港航道淺段應急維護疏浚工程，由於疏浚土中存在大量建築垃圾自航耙吸式挖泥船不適應該工程，傳統拋錨定位施工的抓鬥挖泥船影響航道通航也不適應該工程，後經多方論證，選擇了"新海蚌輪"，通過套用《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》，成功解決了以上兩大施工難題。在該工程施工中，通過採用該工法，施工時間利用率提高了10%，每月增加工程量2.64萬立方米，月新增產值115.98萬元。

2009年9月，新海蚌在嵐橋一期泊位、滑道疏浚工程施工，施工區域為油碼頭前沿泊位，不允許船舶系帶鋼纜，新海蚌輪套用《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》，無須帶纜，在不影響施工的情況下，消除了安全隱患，"新海蚌輪"施工效率提高了10%，利用率提高了12%，每月增加工程量1.32萬立方米，月新增產值46.2萬元。

2009年9月上旬到11月下旬，"新海蚌輪"承擔了山東日照嵐橋15萬噸級散貨泊位工程施工任務，施區域近令防方波提。無法拋錨施工。傳統拋錨定位施工困難，需在防波提上開挖地壟實現拋錨。"新海蛙輪"套用《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》施工，解決了施工水域限制問題，減少了其他的施工準備事項，節省了人力物力，節約了施工成本，優質快速的完成了施工任務，取得了良好經濟效益和社會效益。在該工程施工中，通過採用該工法，"新海蚌輪"施工效率提高了15%，時間利用率提高了12%，每月增加工程量1.87萬立方米，月新增產值65.45萬元。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》的套用實例如下：

• 實例1

2009年6月中旬到8月上旬，黃浦江關港航道淺段應急維護疏浚工程，套用《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》，施工中只占用不到1/3航道寬度，消除了對航道通航的影響，保障了施工工期。由於套用施工工法得當，施工中對通航干擾降低到最小程度，保障了航道上游港口的正常運轉。

• 實例2

2009年9月，新海蚌在嵐橋一期泊位、滑道疏浚工程施工，施工區域為油碼頭前沿泊位，施工業主不允許船舶系帶鋼纜，"新海蚌輪"套用《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》，無須帶纜，在不影響施工的情況下，消除了安全隱患。

• 實例3

2009年9月上旬到11月下旬，新海蚌輪承擔了山東日照嵐橋15萬噸級散貨泊位工程施工任務，施工區域近鄰防波堤，無法拋錨施工，傳統拋錨定位施工困難，需在防波提上開挖地壟，用來拋錨。新海蛙輪套用《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》施工，解決了施工水域限制問題，減少了其他的施工準備事項，節省了人力物力，節約了施工成本，優質快速的完成了施工任務。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《大型鋼樁式抓鬥挖泥船施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。