絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》是中交天津航道局有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是董保順、趙鳳友；適用範圍是絞吸挖泥船在無掩護條件、海況差、土質及水深對使用鋼樁定位受限的疏浚、吹填造陸工程，以及一般情況下鋼樁作業時出現故障後的連續作業。

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》主要的工法特點是棄用"五錨五纜"施工法中兩口定位邊錨，借用兩口橫移錨（兼做定位邊錨）一錨兩用；棄用兩口定位邊錨；消除了水深、土質對用鋼樁定位的限制。

2008年1月31日，《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法
• 工法編號： YJGF230-2006
• 完成單位：中交天津航道局有限公司
• 主要完成人：董保順、趙鳳友
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

在港口與航道疏浚和吹填造陸工程中，絞吸式挖泥船是主要的挖泥機械之一特別是對黏硬密實土質、珊瑚礁、風化岩的開挖具有極大的優勢。隨著港口向大型化、深水化發展和吹填造陸規模的擴大，施工區域風浪越來越大，土質越來越堅硬。為了提高設備利用率和挖泥船時間利用率，滿足工程建設的需要，中交天津航道局有限公司在傳統的絞吸式挖泥船“五錨五纜”施工法的基礎上，經實踐、總結、完善、創新形成了《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》（下簡稱“三錨五纜”工法）。在山東石白港疏浚工程、天津港北港池疏浚工程以及蘇丹綠地工程中，皆採用了“三錨五纜”工法施工，保證了工程順利實施，取得了明顯的經濟效益和社會效益。

工法特點

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》的工法特點是：

1.棄用“五錨五纜”施工法中兩口定位邊錨，借用兩口橫移錨（兼做定位邊錨）一錨兩用，避免了“五錨五纜”施工法的一些缺陷，一定程度地提高了有效挖泥時間。

2.棄用兩口定位邊錨，降低了絞吸式挖泥船對挖槽兩側水域、水深的要求。

3.棄用兩口定位邊錨，減除了兩口定位邊錨獨立的拋設和移動工作程式（定位錨、橫移錨兩錨合一，可直接用起錨拔桿起下），減少了對輔助船舶的需求。

4.消除了水深、土質對用鋼樁定位的限制，提高了施工船抗風浪能力和設備利用率。

操作原理

適用範圍

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》適用於絞吸挖泥船在無掩護條件海況差、土質及水深對使用鋼樁定位受限的疏、吹填造陸工程，以及一般情況下鋼樁作業時出現故障後的連續作業。

工藝原理

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》的工藝原理敘述如下：

三錨五纜”工法是在“五錨五纜”施工法基礎上的拓展和創新，其原理是利用平面“三點定位”幾何原理和海水中多維空間內船體浮力與錨纜拉力的相互作用，在克服風、流、土等外力影響後，使船舶在水面上固定、施工作業。

“三錨五纜”定位屬柔性定位，是由三口定位錨（尾錨、左邊錨、右邊錨）、三根定位纜（尾纜、左邊纜、右邊纜）、三纜、及絞錨設備組配完成。三纜柱是定位的中心樞紐，三根定位鋼纜經過柱中心通過各自的導向滑輪後與定位錨相接（圖1）。挖泥時三纜柱與船作相對位移轉動，始終固定一個位置，起到固定船位的作用。

圖1 三纜鋼樁設備示意圖

施工中以三根定位纜固定船舶的平面位置，以橫移纜引船擺動挖泥。進步時先放鬆尾纜一定長度，再收與橫移錨相連的左右兩根定位邊纜，實現船舶前移完成挖泥循環（圖2）。當一個挖泥循環完成後，船舶向前移動，這時絞收左右兩根定位纜，適當放鬆尾纜即可。當一個定位循環完成後，則用起錨拔桿將左右兩定位錨纜（與擺動錨纜一起）向前移動來完成。

圖2 三錨五纜施工示意圖

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》的智慧之處是左右兩定位邊錨（纜）的調整與橫移錨的調整同時進行，由船上的起錨拔桿次完成；可省去拋設兩口定位邊錨及倒鋼樁台車的流程和時間。

施工工藝

工藝流程

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》的工藝流程見圖3。

圖3 絞吸船三錨五纜施工工藝流程圖

操作要點

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》的操作要點如下：

一、施工準備

（1）棄用左右兩口定位錨，根據土質情況選用抓力好、重量適宜的橫移錨（兼定位錨）。

（2）檢查定位邊纜的破損情況，如不符合要求應進行更換。

（3）將左右兩根定位邊纜、橫移纜同時與選好的左右橫移錨錨尾相連。

（4）進行聯動操作調試，熟悉掌握多錨纜聯動操作要領。

二、進點駐位

（1）挖泥船由拖輪拖帶進入施工區域後，利用DGPS平面定位系統，找尋設計的起始挖泥點，然後停船將橫移錨拋入海底，定住船位。

（2）將絞刀調整挖槽中線上，下橋樑讓絞刀著地。

（3）拋尾錨，錨位儘量拋在挖槽中線上，距設計起挖點船尾約50~70米為宜。

（4）收絞尾纜，將船調整順直，船中線基本在挖泥中線上，然後將尾錨剎緊。

（5）將絞刀橋樑離開海底，用配備的輔助船舶頂推挖泥船，以下放的尾纜長度加船長為半徑，使絞刀先後移至挖槽左右邊線處將絞刀下放至海底，並用錨拔桿分別拋設左右橫移（兼定位）錨也可反覆起下、收絞橫移錨，將絞刀絞至左右兩邊線處下錨。

（6）將絞刀移至挖槽中線並下落到海底，收緊左右定位纜將三纜柱調整到設計的挖泥中線（或參考線）上，而後即可施工挖泥。

三、挖泥

施工船利用三根定位纜固定船位，以三纜柱為中心，用橫移纜絞船左右擺動進行挖泥施工。施工中可根據開挖泥層厚度，在一個開挖斷面上控制絞刀逐次下放分層開挖至設計深度（圖4）。

圖4 絞刀挖泥軌跡示意圖

四、進步

一個開挖斷面完成後需前移進步。方法是將尾纜放出一定長度，同時收絞左右兩定位纜前移距設計一般為1.5米左右，可視其土質和開挖泥層厚度進行確定，軟土質步距可稍大一點，硬土質則要控制在1.0米以內。施工船前進一個步距後，即完成一個小的挖泥循環，之後可繼續下個斷面（小循環）的施工。

五、移錨

當施工船前進一段距離（約25米）時，施工船的橫移錨、纜與船舶擺向遠端邊線時的船軸線夾角已過小，這時應該調整橫移錨位。移錨時，先將絞刀絞挖到移錨一側邊線停住，並停止絞刀轉動，絞刀不抬離海底；收絞起錨纜起錨；錨離地後絞橫移纜調整錨位到預定位置後下錨，收絞橫移纜、定位邊纜，使橫移錨達到一定抓力；調好船位，開動絞刀即可恢復施工。待挖至另一邊線時停止，按前一程式將另一橫移錨移好後恢復施工；此時即完成一個大施工循環，如此往復進行。

六、移船

施工船完成一個條、區後需移船進行下一個條、區的施工。如果移船到相鄰的條、區較近，可充分利用尾錨長度先移尾錨、纜到設定位置，然後起橋樑和兩口橫移錨，同時收絞兩定位邊纜、橫移纜離開海底；絞收尾纜，並用橫移錨協助移船到位。如果移船距離較遠，則將左右橫移錨收起（吊在拔桿上即可）起尾錨收尾纜（留有適當長度），起橋樑到一定高度，用起錨艇或拖輪將挖泥船拖帶至新的施工地點；依進點程式進行布錨駐位即可。

材料設備

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》所用的材料及設備明細如下：

一、材料

1.燃、潤油：船用輕、重柴油及潤滑油。

2.船舶機械耗材。

3.挖泥機具備配件及耗材。

二、施工主船

採用《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》施工的絞吸式挖泥船須具備三纜定位系統。中交天津航道局有限公司的津航浚215船（絞吸式）具備此條件，主要性能見表1。

表1 津航浚215船舶性能表

施工船名稱	施工船舶性能
津航浚215船	建造廠：日本IHI愛知工廠	出廠日期：1985年6月
	總噸位：4380噸	滿載排水量：5904噸
	總長：113.01米	最大挖深：30米 最小挖深：6米
	總寬：19.5米	燃油艙容：818立方米
	型深：5.8米	淡水艙：236立方米
	滿載吃水（船尾）：4.71米	挖寬：30~100米
	流量：11500立方米/小時	排距：500~4500米
	公稱生產率：2500立方米/小時	最高建築：26.3米（基線上）
	主發電機功率：4263千瓦	副發電機功率：441千瓦
	艙內泵功率：2940千瓦×2	艙內泵主機額定轉數：600轉/分鐘
	艙內泵轉數：340轉/分鐘	葉輪寬度：460毫米
	水下泵功率：900千瓦	水下泵主機額定轉數：900轉/分鐘
	水下泵轉數：900轉/分鐘	水下泵葉輪寬度：560毫米
	絞刀功率：750千瓦	絞刀轉數：2.5~30轉/分鐘
	絞刀重量：19.2噸	橋樑重量：590噸
	絞刀直徑：3.0米	橋架長：41.7米
	三纜柱長：10.7米	三纜柱直徑：1.4米
	定位纜長度300米×3（纜長可臨時加長）
	鋼纜直徑：56毫米（三根鋼纜直徑相同）
	鋼樁：長46.5米、直徑1.6米、重量90.5噸
	橫移錨：8.5噸×2	三纜錨：尾7.5噸，邊15.5噸×2

三、輔助船舶

配備施工主船的輔助船舶為一艘專業錨艇，它的主要功能是輔助施工主船移錨、移船、調整水上浮筒管線等。船舶性能見表2。

表2 輔助船舶性能表

輔助船名稱	輔助船舶性能
起錨艇（津航艇22）	總噸位：241噸	滿載排水量：286.04噸
	總長：28.5米	燃油艙容：37.68立方米
	型寬：10.0米	淡水艙：39.62立方米
	型深：2.9米	最大起錨力：45噸
	滿載吃水（平均）：1.88米	空壓機壓力：3兆帕
	航行主機功率：221千瓦	航速：9.7節/小時
	起錯速度：5米/分鐘	出廠日期：1985年5月

質量控制

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》的質量控制要求如下：

一、質量標準

施工質量執行以下標準：

1.《疏浚工技術規範》JTJ 319-99；

2.《疏浚工程質量檢驗評定標準》JTJ 324-96；

3.《水運工測量規範》JTJ 203-2001；

4.企業定額；

5.絞吸式挖泥船施工質量標準主要由超寬和超寬兩項技術指標衡量，其標準值見表3。

表3 超寬和超寬標準值（單位：米）

施工船型	計算超寬				計算超深
	部頒標準		企業標準		部頒標準		企業標準
絞吸式挖泥船	絞刀直徑1.5~2.5	3.0	1600~2500立方米/小時絞吸船	3.0	絞刀直徑1.5~2.5	0.4	1600~2500立方米/小時絞吸船	0。4
	絞刀直徑大於2.5	4.0	1600~2500立方米/小時絞吸船	3.0	絞刀直徑大於2.5	0.5	600~2500立方米/小時絞吸船	0.5

二、質量控制措施

1.嚴格按照工程施工質量管理體系要求，開展各項質量管理工作，確保施工全過程得到有效控制。

2.制定質量工作計畫，分析影響質量的因素，找尋對策。

3.成立TQC小組，項目總工程師為TQC小組組長，疏浚工程師、測量工程師、挖泥船船長、管線班班長等為TQC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。

4.向施工船作詳細技術交底，明確質量控制內容，嚴格執行操作規程。

5.控制超深措施

（1）工前疏浚工程師會同挖泥船船長對挖泥絞刀下放深度指示器進行校核，誤差控制在正負0.1米以內。

（2）碼頭基槽斷面不得超挖，港池、航道斷面控制在允許值內。

（3）嚴格執行檢測制度，掌握自檢與專檢的誤差規律，總結分析不同土質造成的殘留程度，及時調整絞刀的下放深度。

6.控制超寬措施

（1）套用先進的DGPS定位系統指導施工，配備計算機輔助決策系統，實時跟蹤挖泥絞刀所處的平面位置。

（2）施工技術人員根據開挖土質情況、設計坡比及挖泥機具特性等，設計出正確合理的開挖終止線，基槽邊坡嚴禁超挖。

（3）施工船駕駛人員應根據DGPS指示的絞刀位置設計開挖終止線、土質塌坡情況等確定絞刀到線後的回擺時機，防止超挖和欠挖。

（4）加強檢測，根據檢測數據修正設計挖泥終止線及操作工藝後進行正確的挖泥控制操作，將平均超寬值嚴格控制在規範、標準規定值以內。

安全措施

採用《絞吸式挖泥船“三錨五纜”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：

一、施工前準備

1.組織人員培訓及海上挖泥施工安全技術交底。

2.根據施工區特點，為施工船配備安全防範設備，並對施工船舶及附屬船舶、設備進行徹底的安全檢查，消除隱患。

3.辦理航行通告和水上施工許可證。

4.建立海上氣象無線傳輸系統，建立覆蓋施工區的應急救助系統。

5.落實安全責任制，把安全生產指標落實到各崗位和人員；貫徹“誰主管誰負責的原則”。

二、施工過程

1.嚴格按照航行通告規定的施工區域進行作業，施工懸掛沿海作業信號標誌。

2.拋錨定位時，要先收後松定位纜，避免錨纜纏繞打架。

3.了解港口船舶進出港動態，加強瞭望和安全值班，及時避讓，防止碰撞。

4.施工人員水上作業時，應穿救生衣冬季要防凍、防滑，避免出現人身傷害事故。

5.施工船進行修理需明火作業時，要履行必要的申報手續，安排專人值班，備足消防設備。

6.經常檢查挖泥船吸、排管在機、泵倉段的磨損情況，防止爆漏、灌倉事故的發生。

三、防台

1.根據施工區的自然條件和工程的具體情況制定防台預案，及時收聽氣象預報，按照施工區當地海事部門規定避風錨地提前兩天撤離施工區進行避風。

2.建立防抗台指揮部，與海事部門防抗台指揮中心保持聯繫，布置防抗台方案和指揮處理應急時間。

環保措施

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》的環保措施如下：

1.嚴格遵守《海洋保護法》，嚴格執行國家關於海洋環境保護的各項規定。

2.督促施工船編制環保實施細則和操作規程，制定環保預警和應急救援預案，並指定專人負責環保工作的實施。

3.項目經理部所屬船舶均須採取有效措施，集中油污、污水並妥善處理，嚴防油污、污水泄漏到施工水域中。加裝燃、潤油時做好全過程管理，做好溢油事故的應急處理方案。

4.在施工水域和生活區的垃圾，應放置到專用垃圾袋、箱內，聯繫當地環保部門妥善處理。

5.積極配合當地海洋環保部門的工作，做好當地海洋環保部門要求的其他工作。

節能措施

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》的節能措施如下：

1.減少移錨纜、倒鋼樁等生產性停歇時間，增加有效挖泥時間。

2.減少輔助船舶作業時間。

3.減少相應設備的使用和消耗。

4.控制施工質量，減少廢方量。

效益分析

用《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》施工能提高時間利用率和設備利用率。

與採用鋼樁施工相比：一是解決了風浪大無法施工、水深大鋼樁夠不著底和底質硬鋼樁無法插入定位的問題，使不能施工變為可能，提高了設備的利用率。二是省去了倒收台車的程式，施工時間的有效利用率能提高5%左右，僅此一項，就等於增加了單船產值5%的利潤。例如津航浚215船年產值8000萬元，則可年增利潤400萬元。

與常規“五錨五纜”法施工相比：一是棄用兩口邊錨節約了移邊錨時間，減短移船時間，挖泥時間利用率可提高3%左右。二是少占用水域，消除了起下兩邊錨對挖槽兩側水域和水深的要求及移錨移船對輔助船的完全依賴；三是減少了施工干擾，增加了有效挖泥時間。

採用“三錨五纜”工法施工，不僅提高施工設備利用率、時間利用率，使得不可能施工的工程變為可能，同時還能使工程提前竣工，縮短建築工期，取得社會效益。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》在正常、特殊工況或定位鋼樁出現故障的情況下，仍能使施工船正常施工。如津航浚215船1988年在山東石白港施工時，開挖的泥層薄厚不均，開挖厚泥層時使用鋼樁定位施工，待開挖薄泥層時底質堅硬（弱風化岩），限制了鋼樁入泥深度，不能有效固定船位，並且施工區無掩護浪大施工困難；1987年開挖天津港北港池，因淤泥土層厚鋼樁重，施工時鋼樁漏樁嚴重，造成鋼樁起升困難；2000年在蘇丹綠地工程施工中，開挖珊瑚礁時船艉水深達200米，不能使用鋼樁；2006年在曹妃甸開闊水域和天津新港南疆工程鋼樁故障情況下皆採用了“三錨五纜”工法施工，解決了上述困難，保證了工程順利實施（圖5、圖6）。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《絞吸式挖泥船“三錨五纜”施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。