绞吸式挖泥船水下潜管技术的应用

秦大超

【摘  要】随着国家“走出去”战略和“一带一路”倡议的实施，港口航道挖泥船疏浚施工越发显得重要，作为专门的水上疏浚配套技术—水下潜管施工，越来越多的应用到工程实践中。为此，完善水下潜管施工，使之成为一种高效、经济、便捷、环保的隔江取土施工方法尤为重要。

【关键词】挖泥船  ;水下潜管;  隔江取土;  上浮下沉

引言

绞吸式挖泥船在港口、航道疏浚施工时，当挖泥船排泥管线横跨整个水域时，水面航行船舶受阻。为了解决这一难题，挖泥船水上排泥管线通常采用水下潜管施工技术。

1.水下潜管技术特点及原理

水下潜管是以前后两个端点站、若干数量的橡胶软管和钢管组成。主要特点是在航道通航的条件下解决绞吸式挖泥船隔江取土，并通过排泥管线和水下潜管进行吹填施工，从而满足挖泥船的施工又不影响航道通航。

工作原理和潜水艇相似，利用管线的重力和所受浮力的变化来控制管线的浮沉。水下潜管通过端点站（或挖泥船本身）向管内注水使之下沉，起浮时使用空气压缩机向管内充气，排出管内存水后使得管线重力小于所受浮力，管线便浮到水面。

2.管线展布

（1）挖泥船就位。由拖轮拖带挖泥船到预定地点，采用GPS系统确定挖泥船的位置，定位后落桩下锚使挖泥船处在稳定状态。

（2）潜管的组装。潜管的组装一般选择在离施工区域近、地势开阔的岸边进行。当潜管区与施工区域比较远时，考虑到拖运的方便，每次组装长度宜控制在200m以内。钢管与橡胶管的组合形式要根据水下地形情况决定，一般地形平坦区域由4-5节钢管和1根橡胶管组成;地形变化较大区域，由2-3节钢管和1根橡胶管组成;在靠近两处端点站处应由1-2节钢管和1根橡胶管组成。这样做的目的是防止潜管在地形变化大的区域发生断裂，增加柔韧性。此外，在钢管连接处必须加橡胶垫，确保管线严密性符合要求，防止由于漏气而不能上浮。

（3）潜管配套设施。可根据现场实际情况确定，一般应包括以下设施：柴油机1台、水泵1台、空压机1台、发电机2台、起锚绞车4台、闸阀2座。

（4）潜管敷设和下潜。潜管下潜的方法根据潜管的长度和结构条件不同而分为整体和分段下潜的方法，其中整体展布一次下潜的施工方法无论从工期角度还是经济性角度来看，都要优于分段下潜方式。具体施工方法：先用法兰将钢管和橡胶管连接起来，检查合格后用拖轮拖到施工区附近合适位置，在航道封航后由拖轮拖带就位。然后利用抛锚艇将端点站的锚抛向预定位置，待调整好锚缆角度后拖轮解缆。潜管的另一端若处在岸边则利用地拢固定，若处于水下则利用锚艇抛锚固定。潜管的位置固定后，启动端点站水泵向潜管内注水使潜管逐步下沉，直到整条管线下沉结束解除封航。

（5）水上浮管连接。先将水上管线按预定长度分段连接到挖泥船的尾部，待潜管端点站固定之后再利用拖轮、抛锚艇配合连接。最后按照水流方向抛领水锚，如在海滩上有往复水流时还需抛背水锚。连接方式如图1所示：

（6）水陆接头连接。为防止水位变化使水陆接头的管道产生折斷，在水位变化的高度范围内采用橡胶管连接，并在水上管的上水方向抛锚固定，如在海滩上有往复水流时还需抛背水锚固定。

（7）围堰与退水口。吹填加固或河道疏竣的吹填泥浆通过管线进入排泥场，其围堰形式根据工程特点主要有土筑堤、袋装土堤、吹填袋和桩模围堰等。围堰的挡水高度和退水口的过水能力应符合设计要求，修筑应在投入使用之前完成。

3.带水下潜管作业具体施工过程

（1） 带潜管施工时的操作。挖泥船正常施工并开始输泥时，由于水上浮管内存有大量的空气，在水下潜管内已充满了水的情况下，水上浮管内的空气将因泥泵传来的泥浆挤到水下潜管中，造成水下潜管起浮，严重威胁施工航道安全。因此，带潜管施工必须遵循如下操作规则：①挖泥船合泵前操作人员必须注意观察航道过往船只情况，严禁在船只通过潜管时合泵。②开始合泵的转速必须缓慢提速，防止管道中的空气突然加大，使放气阀排气不及时而进入潜管，使潜管起浮。一般初始转速控制在550～600r/min，待运转3～5分钟后再提到正常转速，一般水上浮管长则气体多，水上浮管短则气体少，具体初始运转时间要根据水上浮管的长度确定。③合泵前设专人在潜管与水上管的端点站上开启放气阀，待潜管无起浮时挖泥船泥泵方可提高到正常生产转速，并关闭阀门。④由于潜管处在输泥管线的最低点，因此挖泥船吹填的泥浆含量不得大于30%，泥泵压力不小于0.4-0.6MPa。停机前必须先吹清水，使潜管内的淤泥清除管体，防止潜管堵死而无法施工。

（2）潜管的上浮。在下述三种情况下需要上浮潜管。

①在施工过程中排泥管压力下降，排除设备等其他因素确定是潜管发生磨损穿孔。②疏浚土质较硬或是砂性土时，需每隔500h浮起潜管进行检查，防止发生意外。③施工结束后转移工地。

目前，一般采用充气法浮起潜管。起浮前要对潜管进行检查是否被淤埋并判断能否用充气浮起，否则应先清淤。起浮时，速度不宜过快，防止浮力过大而造成管线断裂。

（3）潜管起浮方法。①当施工结束后，关闭设在端点站上的闸板阀，使潜管的首端与挖泥船的水上管断开，利用端点站上的空压机向潜管内加压空气，所需气压只与潜管内、外径和潜管本身以及水的密度有关。②在加气开始时，气压控制在0.1MPa左右，当潜管另一端开始出水后气压逐渐增加到满足潜管上浮的压力，直到潜管全部起浮为止。

（4）潜管防淤埋的措施。由于潜管横放在水底，受水流冲击作用，管道与水底接触造成水流受阻，水底泥沙集中沉淀在管体上游。并且潜管在施工时产生震动，使得管体周围的砂性土产生液化现象造成管体下沉，随着时间的推移潜管必然被淤埋，如果淤埋时间过长将使潜管无法正常起浮。因此，根据经验水下潜管需做定期起浮，其时间的确定须根据水的流速和泥沙的颗粒大小确定，一般每隔20-30天起浮一次为宜。起浮的方法是利用端点站的空压机向潜管内充气，使潜管形成起浮状态。具体操作如下：

①与航道管理部门协商确定具体时间和具体时段，即选择过往船只最少的时段临时封航2-3小时。② 由航道管理部门在潜管上、下游各800-1000m处派监督艇执行封航任务。③挖泥船在封航前先吹清水，完成管道泥浆清理。然后潜管脱泵并关闭端点站闸板阀，封闭潜管。检查合格后开启空压机向潜管内充气，使潜管上浮。④当潜管起浮到7-8节或管线长度的1/3左右时开始向潜管内充水，使潜管形成驼峰式起浮状态。⑤当空气全部通过潜管后，注意观察端点站的位置是否移动（指左右移动），若有移动应及时调整。⑥按照潜管下沉工序下沉潜管，解除封航继续施工。

4.结束语

水下潜管技术是解决挖泥船隔江取土施工最经济、最简洁、工期最短的方法，这一点在国内许多工程已得到证实。水下潜管技术方法简单、技术成熟，在保护生态环境，减少施工对航道通航安全影响等方面具有明显优势，具有极高的经济、社会效益，应用前景极佳。