(浙江省疏浚工程有限公司，浙江 湖州 313000)

太湖是我國(guó)第三大淡水湖，流域面積3.69km2，太湖流域中80%為平原，是典型的平原河網(wǎng)地區(qū)，流域內(nèi)河流水系以太湖為中心，河道總長(zhǎng)約12萬(wàn)km。根據(jù)2017年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，太湖流域以約占全國(guó)0.38%的土地面積、占全國(guó)4.4%的人口，創(chuàng)造了全國(guó)GDP的9.8%，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一[1]。

1 工程概況

太湖西岸應(yīng)急清淤工程是為消除局部水域的水質(zhì)異?，F(xiàn)象，防止大面積湖泛發(fā)生，在閭江口、月亮灣、楊灣藻水分離站近岸水域?qū)嵤┑膽?yīng)急清淤工程，共分為2個(gè)標(biāo)段，清淤方量69.65萬(wàn)m3，爬高約4.5m，綜合運(yùn)距34.835km，堆泥場(chǎng)主要是填筑圍堰工程及修建防護(hù)圍欄。

2 工程施工難點(diǎn)分析及解決措施

工程是以改善水環(huán)境為目的的環(huán)保清淤工程，施工時(shí)優(yōu)先選擇對(duì)水環(huán)境影響小的環(huán)保清淤工藝，開(kāi)挖土方通過(guò)全封閉管道輸送至堆場(chǎng)，以防止二次污染。項(xiàng)目施工質(zhì)量和環(huán)保要求高，不但需要從定位精度、設(shè)備改進(jìn)、施工工藝上采取技術(shù)措施和管理措施，使工程達(dá)到環(huán)保工程的要求，而且應(yīng)對(duì)此所產(chǎn)生的費(fèi)用作出充分的估計(jì)。因此采取分區(qū)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)挖法施工，結(jié)合DGPS、測(cè)深儀等儀器設(shè)備，實(shí)施開(kāi)挖自動(dòng)化監(jiān)控，以保證開(kāi)挖精度。清淤湖區(qū)內(nèi)的淤泥質(zhì)量輕、含水量高，特別是表層淤泥極易流動(dòng)和碰觸擴(kuò)散，因此采用專用的環(huán)保型絞吸式挖泥船進(jìn)行施工，確保湖區(qū)水質(zhì)不受施工影響。

3 工藝原理

挖泥船分區(qū)、分條開(kāi)挖。開(kāi)挖前先進(jìn)行分區(qū)布置，將開(kāi)挖區(qū)分為S1區(qū)域和S2區(qū)域，S1區(qū)域淤泥中含大量雜物，采用鏟斗式挖泥船進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖淤泥由駁船運(yùn)至岸邊，通過(guò)裝車封閉外運(yùn)處理。

S2區(qū)域采用環(huán)保絞吸式挖泥船進(jìn)行開(kāi)挖。首先在S2區(qū)至排泥場(chǎng)線路內(nèi)，組建1條由挖泥船、排泥管道全封閉串聯(lián)的清淤生產(chǎn)線。通過(guò)挖泥船定位樁實(shí)現(xiàn)船體的中心定位，通過(guò)液壓軸臂的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)定位樁臺(tái)車在船尾滑道內(nèi)的位移，船體通過(guò)反作用力短線推進(jìn)，并依靠挖泥船前端左右絞車收放錨纜，使絞刀頭隨著船身左右扇形移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)扇形橫挖法作業(yè)。

環(huán)保絞吸式挖泥船采用自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，GPS全球定位儀實(shí)時(shí)監(jiān)控船位；深度監(jiān)控儀表動(dòng)態(tài)控制挖深及調(diào)節(jié)絞刀下放深度；回聲測(cè)深儀通過(guò)回聲測(cè)深信息反饋數(shù)據(jù)與深度監(jiān)控儀表配合操作，調(diào)整絞刀的開(kāi)挖深度，實(shí)現(xiàn)了挖深±5cm級(jí)精度監(jiān)控。挖泥船密封開(kāi)挖、薄層開(kāi)挖和開(kāi)挖系統(tǒng)實(shí)施速度限制實(shí)現(xiàn)低擾動(dòng)清淤施工，專用環(huán)保絞刀配備導(dǎo)泥擋板、絞刀密封罩、絞刀水平調(diào)節(jié)器，控制有效開(kāi)挖厚度在20～50cm之間，并使絞刀保持水平狀態(tài)[2]，清淤時(shí)將絞刀外罩底邊平貼著湖底，控制絞刀擾動(dòng)范圍始終在密封罩內(nèi)，確保開(kāi)挖的淤泥吸入泥泵，避免出現(xiàn)逃淤的情況，保證開(kāi)挖斷面質(zhì)量。

挖泥船機(jī)艙內(nèi)設(shè)置消音設(shè)施，并采用吸音板等吸聲材料進(jìn)行隔音，有效控制了施工噪聲。排泥管道采用浮管、潛管和岸管組配，每隔一段距離配一節(jié)波紋橡膠管，防止管道因熱脹冷縮而拉裂，防止泥漿在高流速的情況產(chǎn)生爆管現(xiàn)象，開(kāi)挖淤泥經(jīng)排泥管道運(yùn)輸至堆場(chǎng)。

通過(guò)控制可操作流速生產(chǎn)相對(duì)高濃度泥漿，降低吹填中的含水量，以減小余水排放量。在堆場(chǎng)一級(jí)退水口處設(shè)置余水處理裝置，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)在超標(biāo)的余水中投放絮凝劑，使余水中的細(xì)顆粒迅速凝結(jié)成較大顆粒，加快泥質(zhì)沉淀的速度。經(jīng)余水處理裝置處理后的余水進(jìn)入沉淀池沉淀，經(jīng)檢測(cè)達(dá)標(biāo)的余水通過(guò)二級(jí)退水口排放。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程

4.1 輸泥管線鋪設(shè)

4.1.1 輸泥管鋪設(shè)線路

挖泥船至堆場(chǎng)之間鋪設(shè)一條全封閉輸泥管線，在挖泥船后接300m左右的浮管，然后接潛管至岸邊，再接岸管至堆場(chǎng)內(nèi)(見(jiàn)圖2)。

圖2 輸泥管布置立面示意圖

4.1.2 輸泥管的組裝

挖泥船的輸泥管線直徑為414mm，采用浮管、潛管和岸管組配，挖泥船尾部連接300m長(zhǎng)度的水上浮管，再在浮管后連接長(zhǎng)距離的水下潛管，潛管再與湖岸邊岸管相連，將岸管直接延伸入堆場(chǎng)內(nèi)。

挖泥船輸泥管線組成：挖泥船、浮管、端點(diǎn)站、長(zhǎng)距離潛管(中途串聯(lián)接力泵船)、端點(diǎn)站、岸管、堆場(chǎng)。

4.1.3 輸泥管的鋪設(shè)

4.1.3.1 水上浮管鋪設(shè)方法

浮管前連接挖泥船，后連接潛管。由于敷設(shè)線路流線形彎曲，浮管之間用柔性橡膠管連接，跟隨挖泥船移動(dòng)(見(jiàn)圖3)。浮管管段間采用法蘭牢固連接，每隔100m進(jìn)行雙向拋小錨定位，防止因水流、風(fēng)速造成的管線大幅度擺動(dòng)影響施工。

圖3 浮管聯(lián)接示意圖

4.1.3.2 水下潛管鋪設(shè)方法

在清淤區(qū)至排泥場(chǎng)的湖區(qū)或水道內(nèi)，利用開(kāi)闊水域鋪設(shè)長(zhǎng)距離水下潛管；每隔3根輸泥鋼管配一節(jié)柔性橡膠管連接；當(dāng)潛管鋪設(shè)影響航運(yùn)時(shí)，先在湖底開(kāi)挖溝槽，將潛管沉入溝槽內(nèi)降低管面高程(見(jiàn)圖4、圖5)。

圖4 潛管各單元結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 沉放后潛管示意圖

4.1.3.3 岸管鋪設(shè)方法

在湖岸至排泥場(chǎng)的陸地上鋪設(shè)岸管。岸管采用人工挑抬鋪設(shè)，并利用法蘭加橡膠墊圈、螺栓連接。排泥管線遇到穿越道路時(shí)盡量從現(xiàn)有涵洞通過(guò)，如實(shí)在無(wú)法通過(guò)則采用破土深埋管道或架設(shè)引坡的辦法穿越道路(見(jiàn)圖6)。施工時(shí)，先破土開(kāi)挖一條深槽，槽底泥土進(jìn)行平整后，將鋼管埋入深槽，再由渣土進(jìn)行回填覆蓋，表層再澆筑一層細(xì)混凝土進(jìn)行埋管保護(hù)。

圖6 架設(shè)引坡施工示意圖

4.2 環(huán)保清淤

4.2.1 鏟斗式挖泥船清淤

4.2.1.1 分區(qū)分條施工

鏟斗式挖泥船施工區(qū)域?yàn)镾1區(qū)域，S1區(qū)域劃分為1個(gè)區(qū)塊，采用GPS定位儀放樣，采取分區(qū)施工。疏浚施工時(shí)相對(duì)臨時(shí)碼頭由近及遠(yuǎn)施工，區(qū)塊內(nèi)根據(jù)鏟斗式挖泥船的適宜挖寬和工藝特點(diǎn)，施工中采用縱向分條開(kāi)挖，分條寬度為10m左右，條間搭接2m以上。

4.2.1.2 單層開(kāi)挖

S1區(qū)域開(kāi)挖土層較薄，厚度約為0.5m，施工中采用鏟斗式挖泥船單層開(kāi)挖法施工。鏟斗式挖泥船施工時(shí)，根據(jù)開(kāi)挖厚度，嚴(yán)格控制設(shè)備下斗深度，以減少超挖量。

4.2.1.3 土方轉(zhuǎn)運(yùn)施工

土方轉(zhuǎn)運(yùn)采用挖掘機(jī)進(jìn)行施工，土方轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，長(zhǎng)臂挖掘機(jī)停在臨時(shí)碼頭上，抓取停靠在臨時(shí)碼頭邊的泥駁內(nèi)的土方，回旋后，將土方裝入自卸汽車內(nèi)，再由自卸汽車外運(yùn)至指定地點(diǎn)進(jìn)行處理。對(duì)臨時(shí)碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域，每天用水沖洗，以確保其清潔。

4.2.2 環(huán)保絞吸式挖泥船清淤

4.2.2.1 分區(qū)施工

環(huán)保絞吸式挖泥船施工區(qū)域?yàn)镾2區(qū)域，S2施工區(qū)域根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙劃分為20個(gè)清淤區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊內(nèi)再按100m×100m劃分清淤單元，并設(shè)定開(kāi)挖順序。

4.2.2.2 分條開(kāi)挖

挖泥船配備定位系統(tǒng)，在湖區(qū)內(nèi)清淤作業(yè)時(shí)，通過(guò)挖泥船定位樁實(shí)現(xiàn)船體的中心定位，通過(guò)液壓軸臂的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)定位樁臺(tái)車在船尾滑道內(nèi)的位移，船體通過(guò)反作用力短線推進(jìn)，并依靠挖泥船前端左右絞車收放錨纜，使絞刀頭隨著船身左右扇形移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)扇形橫挖法作業(yè)[3]。

4.2.2.3 低擾動(dòng)環(huán)保清淤施工

利用環(huán)保絞吸式挖泥船優(yōu)越的環(huán)保機(jī)械性能和自動(dòng)化程度，采用低擾動(dòng)清淤法施工。

a.密封開(kāi)挖。采用裝配絞刀水平調(diào)節(jié)器、絞刀密封罩、導(dǎo)泥擋板等裝置的專用環(huán)保絞刀進(jìn)行開(kāi)挖，絞刀水平調(diào)節(jié)器可使絞刀保持水平狀態(tài)，絞刀密封罩可將絞刀擾動(dòng)范圍控制在密封罩內(nèi)，確保絞刀開(kāi)挖淤泥充分吸入泥泵。

b.薄層開(kāi)挖。根據(jù)工程淤泥層厚度情況，分1～2層開(kāi)挖，保證湖底淤泥被充分吸取，提高開(kāi)挖精度。

c.開(kāi)挖速度控制。絞刀開(kāi)挖角度調(diào)節(jié)：環(huán)保絞刀頭具有水平調(diào)節(jié)裝置，可在一定角度范圍內(nèi)、不同高程變化條件下的開(kāi)挖調(diào)節(jié)，在緩坡地段清淤施工時(shí)，依靠絞刀調(diào)節(jié)裝置，使絞刀底邊始終緊貼湖底，密封吸挖淤泥，保證淤泥充分有效清除[4]。

絞刀開(kāi)挖速度控制：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，首先將絞刀轉(zhuǎn)速設(shè)定在一定區(qū)間內(nèi)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控絞刀壓力，保證開(kāi)挖斷面質(zhì)量。

d.邊坡開(kāi)挖。邊坡部位土方采用環(huán)保絞刀順坡開(kāi)挖法施工，通過(guò)控制絞刀開(kāi)挖深度和羅徑方位角的對(duì)應(yīng)操作變化，將邊坡淤泥清除干凈，確保邊坡清淤質(zhì)量。

e.自動(dòng)化監(jiān)控施工。使用船用GPS全球定位儀進(jìn)行開(kāi)挖精準(zhǔn)定位，并通過(guò)回聲測(cè)深儀逐點(diǎn)掃描開(kāi)挖高程，實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化挖深監(jiān)控施工。

4.3 余水處理

余水處理工藝流程見(jiàn)圖7。

圖7 余水處理工藝流程

4.3.1 余水處理施工方法

a.出泥口設(shè)置在距離堆場(chǎng)退水口的最遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)離退水口吹填施工，按堆場(chǎng)地形適當(dāng)增加格埂，以促使吹填泥漿在格埂的作用下以最長(zhǎng)的流徑進(jìn)行物理沉淀，以有效降低余水濃度。

b.設(shè)置退水口裝置，確保退水強(qiáng)度滿足吹填強(qiáng)度要求，若發(fā)現(xiàn)退水濃度偏高，及時(shí)抬高退水高程，通過(guò)增大富裕沉淀水深，控制余水排放濃度。

c.在堆場(chǎng)一級(jí)退水口外設(shè)置沉淀池，余水中的細(xì)顆粒泥沙經(jīng)過(guò)沉淀池沉淀后再外排，將有效減少余水排放濃度。

d.清淤施工時(shí)，通過(guò)控制可操作流速生產(chǎn)相對(duì)高濃度泥漿，降低吹填中的含水量，以減小余水排放量。

4.3.2 余水處理裝置

在堆場(chǎng)一級(jí)退水口處設(shè)置余水處理裝置，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)在超標(biāo)的余水中投放絮凝劑，使余水中的細(xì)顆粒迅速凝結(jié)成較大顆粒，加快泥質(zhì)沉淀的速度。

a.余水處理裝置由溶藥儲(chǔ)蓄罐、藥劑泵、計(jì)量泵和自動(dòng)程控系統(tǒng)等組成，需預(yù)先在堆場(chǎng)一級(jí)退水口旁的圍堰上布置安裝，搭建防雨頂蓬、工作房等。

b.采用符合國(guó)家飲用水處理標(biāo)準(zhǔn)的專用絮凝劑，確保不影響水質(zhì)。

c.余水處理時(shí)，在溶藥儲(chǔ)蓄罐內(nèi)添加規(guī)定量的絮凝劑，通過(guò)溶藥儲(chǔ)蓄罐內(nèi)的攪拌裝置拌和成絮凝劑溶液，通過(guò)配水管均勻噴淋入退水口內(nèi)與余水混合。

d.投藥系統(tǒng)根據(jù)在線觀測(cè)自動(dòng)控制投加量或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)控制投加量，在正常的工程運(yùn)行中，絮凝劑投藥量保持在20mg/L的水平。

e.經(jīng)余水處理裝置處理后的余水進(jìn)入沉淀池沉淀，經(jīng)檢測(cè)達(dá)標(biāo)的余水通過(guò)二級(jí)退水口排出。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以太湖西岸應(yīng)急清淤工程為例，介紹了一種有效避免二次污染的環(huán)保應(yīng)急清淤施工方法，可提高清淤施工效率，效益顯著，對(duì)同類工程具有借鑒價(jià)值。