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1、挖掘机在疏浚内河航道硬土质浅滩中的应用 江西省航务管理局疏浚工程处 闽宇勋 一，工程概况 改革开放以来，我国经济高速发展，人们对交通运输的要求不断提高，特别是水运，以 其运输成本低，装载量大，水运工程投资也远远低于铁路、公路等特点，倍受人们青睐。赣 江是贯穿江西省南北的主要河流，上始于章江、贡江，汇合于赣州，下至鄱阳湖后流入长江。 自古以来是赣州市及下游市、县入长江的黄金水道，是江西省的运输大动脉。其沿途有赣州 市、吉安市、南昌市、九江市四个地级市和丰城、樟树、峡江等十几个县城及县级市，对江 西省的经济发展起着举足轻重的作用。江西省为了加快水运的发展，分阶段对赣江进行整 治，通过投标竞争，吉安
2、。樟树航道整治工程的疏浚工程由我处承接。工程项目为疏浚浅滩 3 9 个，其土质最复杂、最硬、施工难度最大的是宋家滩，本文探讨的就是关于该浅滩的疏浚 施工。 。 1 航道概况：宋家滩地处赣江中上游，在峡江下游2 O k m ，属丘陵河道。由于峡江河 段江两边是高山，河道在此处成瓶颈状，水流较其它河段湍急，上游来沙被冲走，卵石就在 宋家滩沉积。该浅滩设计挖槽范围内，水深大部分1 O m 左右，最小水深( 靠挖槽右边) 只 有0 2 m ，设计挖槽内原河床右高左低。 2 水文概况：每年3 5 月，雨水较多，水位较高；6 7 月，属洪水期；3 7 月份由于 河流水位高不宜施工，为船舶修整期；8 月。次
3、年2 月，雨水较小，水位较低，属施工期，其 中1 1 月次年2 月属枯水期。 3 土质概况：根据该浅滩的钻探资料，河床土质主要分为三大类：砾砂：砾含量3 8 1 4 6 4 ，粒径2 2 0 r a m ，少量达5 0 7 0 r a m ，厚度0 2 0 7 m 。风化岩、砂岩：浅 黄色，风化裂隙很发育，裂面见铁锰质薄膜，岩芯沿裂面断开，呈碎状及碎片状，开挖厚 度0 3 1 O m ，揭露厚度为0 4 2 O m 。岩石：量较少。砾砂覆盖在表面，中间为风化 岩，最下层为岩石。 4 、设计要求：该浅滩按内河5 级航道设计，设计通航船舶为5 1 ) 0 吨双排双列船队与机 动货船相互逆行，设计宽
4、度6 0 m ，设计水深( 无备淤水深) 1 5 m ，超深0 4 m ，设计挖槽长 度1 9 0 0 m ，工程量8 2 0 0 0 m 3 。根据业主要求，一个枯水期完成该浅滩施工任务，并定于2 0 0 5 年1 2 月3 1 日之前竣工。由于土质坚硬，根据设计书，该浅滩疏浚施工不宜选用抓斗挖泥船 及链斗挖泥船，仅可采用铲斗式挖泥船或松动爆破方法进行施工开挖。 二施工船舶选型及改造 根据宋家滩土质及水深情况，我们讨论了许多施工方案： 1 爆破：整个设计挖槽范围内绝大部分分布有风化岩和砂岩，其开挖厚度0 3 1 O m 不等。我们咨询了有关水下爆破公司，由于爆破厚度薄，钻孔不打深，每钻孔的爆
5、破面积就 小( 爆破松动范围是沿孔深向上成V 型扩大的) 。钻孔浅，不但每孔的爆破松动范围小，且 会导致爆破力也小，这样钻孔就要很密，爆破的工作效率就会很低，爆破成本也很高。而且， 爆破公司要求我方清除完表层的砾砂层后才施行钻孔爆破，如此不但成本太高，施工工期也 不允许，所以，未选择此方案。 2 抓斗挖泥船施工：对于砾砂( 卵石) 土质的施工，抓斗挖泥船的生产效率不高；对 于风化岩、砂岩，抓斗挖泥船虽然可以施工，但应具备斗容8 方以上，斗重2 0 吨以上的抓 斗挖泥船。由于江西境内都是内河，没有这么大此类的挖泥船，即使到长江沿线或沿海地区 找到了8 方以上的抓斗挖泥船，但其船舶吃水一般都在2
6、O m 以上，宋家滩原有水深大部分 只有1 O m 左右，疏浚后的水深只确保1 5 m ，此船根本就无法调遣进来，更无法施工。 3 铲斗式挖泥船：4 p j 以下的铲斗挖泥船很难挖动风化岩，需4 方以上的铲斗挖泥船尚 可，一般4 方铲斗挖泥船吃水都要超过2 m ，同样面临着该种船舶吃太深而无法调进及施工 的问题。 4 船舶改造：我处召集有关机械设备、施工技术人员就该浅滩如何施工、船舶选型及 船舶改造等问题进行了讨论及探讨。通过探讨，并根据有关资料及平时观察到的情况，大家 认为：1 3 方以上的履带式挖掘机由于其自重，臂力大，可以挖掘风化岩、砂岩，并且其成 本会远远低于先松动爆破再清挖。同时，我
7、们翻阅了大量的国内外有关挖泥船的资料，资料 显示：在日本，有一种反铲式挖泥船，船的型体较小，灵活且吃水较小，该船为了克服挖掘 时，斗的作用力使船体产生移动，在该船的尾部设置了一根定位桩，同时又在船的两侧的腰 部各设置了一根定位桩，以免挖泥时船舶会移动、晃动及走位。另外资料中还介绍了这种施 工船舶适宜的土质及性能等。根据宋家滩的水深及土质情况，这种施工船舶能适应该滩的施 工，但购买一般这样的施工船舶需资金1 0 0 0 万元以上，且订购、生产及办理各种手续需1 0 个月以上，工期不允许，。而且我处一时也难揍到这么多的资金。怎么办? 我们作了一个大胆 的构思和设想：利用一艘已使用了3 0 多年且设
8、备陈旧的1 2 0 方绞吸式挖泥船进行改造，并 将履带式挖掘机定位在改造后的挖泥船的甲板上。我们将该种挖泥船称之为“反铲式挖泥 船”。该挖泥船应该可以达到日本产的此类挖泥船同样的生产效果。 船舶结构改造：原有的船艉两根定位桩保持不变，在左右两侧各加宽1 O m ，并在左右 一11 6 两侧的腰部各加一根定位桩( 这两根定位桩及液压缸是我处以前改造其它绞吸式挖泥船时换 下来的旧桩和l E t 液压缸) 。把原有的绞刀架、绞刀头及吸泥管拆除，同时在船艏适当加长，以 防船舶承载能力不够。用于发电、带动液压的付机及液压装置保留不动。 我处为改造该船，新购了一台韩国生产的3 0 5 L C 一7 型挖掘
9、机，该机定位于船舶的前甲 板上，履带周围全部用槽钢围住，并将槽钢焊接在甲板上，以防挖泥船工作时滑移。如果挖 掘机以后要到陆地上进行其它工程的施工，可以把槽钢上的焊解除，还可以为我处创造经济 效益。 通过我处机务技术人员精心设计及组织我处船厂工人施工、安装，利用洪水期4 月、5 月、6 月三个月的时间，顺利地完成了该挖泥船的改造任务。除购置挖掘机1 0 1 万元外，改 造该船仅投资了4 3 万元。该船于2 0 0 5 年7 月底调遣到宋家滩投入使用。 改造后的反铲式挖泥船主要技术参数为：总长2 6 8 m ，总宽9 8 m ，型深1 4 m ，吃水 0 8 m ；挖掘机型号：3 0 5 L C
10、一7 ，发动机为康明斯C 8 3 一C ( 6 C T A ) ，额定功率1 9 0 K W 2 5 5 H P ；总重量2 9 4 0 0 k g ，铲斗容量1 3 8 m 3 ，最大挖掘深度7 5 m ，水面以下最大挖掘深度 6 9 m ( 对江西省内河疏浚挖深能满足要求) 。 该船保留了原有的左右横移装置，使船艏能左右横移，同时增加了尾锚( 向后移) 的装 置，使船舶象抓斗、链斗挖泥船一样能向后移动。 四。施工 1 横移：由于该船配有两根艉桩，施工时可以利用船左、右摆动时起落桩，使船能前 移或后移，其原理与绞吸船前移大致相同。横移时分为左2 5 。、中、右2 5 。三次，由数学 公式可计
11、算出每横移一次为1 0 m 宽，正好船宽也为1 0 m ，三次应为3 0 m ，但考虑每一次横 移后挖掘时都应有搭按部分，即每条挖槽的宽度应为2 5 m 。 2 前、后移：宋家滩施工采用的是横移分条逆流( 船向后退) 挖泥施工的方法。若采 用顺流( 向前移) 挖泥时，前移距稍为一时没有把握准或稍偏大一点，就会在横方向留下一 条小埂，且每行都要重新开口子，挖泥效率较低，但回淤小。采用逆流( 向后退) 挖泥时， 新挖的一行易于前面已挖完的部分搭接好，不易留下小埂，且每挖一行不需要重新开口子， 挖泥效率较高，但在挖泥时，泥沙、砾砂、碎石易被水流冲入已挖好的下游，造成前挖后淤 现象。由于该浅滩土质坚硬
12、，较难挖动，大部分为卵石和风化岩，挖掘时水流很难将其冲动， 所以我们采用的是逆流挖泥法。该挖泥船艉桩间距为3 m ，满桩( 最大偏角即左、右2 5 。时 换艉桩) ，每桩可后退1 2 6 m 。由于挖掘机在挖泥下斗前是尽量将斗向前伸的，斗着地后向 后钩挖，这就能与前一行会有较好的搭接，一般不会留下小埂。 3 挖深控制：船上必须配专职测水深的打水工，跟班作业，每挖一行在开挖前及挖 后都必须测一次水深，挖前测水深是为了知道该行需挖厚度，浚后测水深是看其是否符合设 计的水深要求。在挖掘机的小臂( 前臂) 上，以挖斗平放后小臂的竖直高度，用油漆标示 其刻度，每2 0 0 m m 为一个刻度，从挖泥时水
13、面与其刻度齐平上可判断挖后的水深。挖泥船 在挖完一行后，应将斗平放入水至要求水深，然后来回横扫一遍，如有河床碰到斗的地方， 应再补挖。同时，专职打水工应跟踪测量水深，以免产生漏挖或过多超挖。 五工作效率 1 疏浚砾砂、卵石：每分钟挖3 斗，斗充泥率约9 0 1 0 0 ，考虑到移动船舶及起落桩 等因素，每小时产量可达1 5 0 m 3 。疏浚砾砂、卵石土质时，斗充泥率高，且斗也不易摩损， 斗齿由于挖掘时用力不大也不易坏，生产率很高。 2 疏浚风化岩、砂岩：疏浚该类土质时，钩挖岩基的作用力需要在岩基上作用较长的 时间，与挖砾砂、卵石相比，斗速慢，斗的充泥率低，其充泥率约为2 5 6 0 ，平均每
14、小时 能完成5 0 m 3 。 六、工作效率及经济效益的比较 1 与抓斗挖泥船的比较：该挖泥船相当于2 方抓斗的主机功率，但2 方抓斗挖泥船挖 砾砂、卵石能力较低，以每分钟l 斗，斗的充泥率为5 0 计算，每小时只能挖6 0 m 3 ，只相 当于该反铲式挖泥船的4 0 的生产效率。再加上挖掘机比抓斗系统的性能好、故障少，使用 灵活方便等优点，其经济效益是抓斗挖泥船的2 5 倍以上。以挖风化岩、砂岩比较，2 方抓 斗无法挖动该类土质。 2 与爆破后再用抓斗挖泥船清挖的比较：前面已经叙述，由于该浅滩面积太大，用爆 破的方法很难按期完成任务，这是其一；其二是爆破厚度太小，平均不到1 O m ，导致其
15、爆 破的经济效益很差；其三是爆破后还是要用船去挖，成本会非常高，必将导致严重的亏损。 结束语 宋家滩施工，我们还采取了由一艘1 方抓斗挖泥船卸除抓斗及主机部分后，将一台1 O r e 3 的挖掘机安装在其船艏的甲板上，该船没有定位桩，可用于清除宋家滩表层的砾砂及卵 石。下层的风化岩、砂岩由改造后的“反铲式挖泥船”施工，以达到两艘挖泥船工作性能互 补。通过两艘挖泥船船员的共同努力，按期于2 0 0 5 年1 2 月完成了施工任务，并取得了较好 的经济效益。 综上所述，我们一改传统的施工方法和模式，大胆创新，不仅克服了施工中土质硬及施 工船舶不适应等困难，还缩短了工期，同时为我处节约了大量的生产成本。 一1 1 8
