关键词：绞吸挖泥船；主航道；沉管敷设；安全管理；质量控制
引言：因海外某港口工程绞吸挖泥船取砂吹填施工需要，需要在运营的港口敷设跨主航道沉管，将沉管敷设顺畅在跨航道海床上。此港属运营港口，大型商船进出港频繁，跨航道沉管敷设后，若沉管异常上浮会产生较大的通航风险，所以必须优化绞吸船跨主航道沉管敷设工艺、加强沉管敷设期间的质量控制和安全管理，确保绞吸船在施工期间沉管不影响过往船舶特别是大型商船的通航安全。
1工程概况
该海外港口码头建设内容为在旧码头基础上扩建新的突堤式码头，包括滚装码头和集装箱码头，其后方陆域区为新建码头的后方堆场。根据工程总平面布置图，1#取砂区位于主航道西侧，码头后方陆域吹填区位于主航道东侧。在不影响港区主航道大型商船正常通航情况下，绞吸船在1#取砂区取砂吹填至码头后方陆域之前，要敷设跨主航道沉管。
2沉管敷设工作原理
绞吸挖泥船的沉管是利用管线的重力与所受浮力的相对大小变化来控制潜沉和浮起。即应用阿基米德原理，通过向管内腔灌水和充气排水来改变管线的浮力大小达到使沉管下沉或上浮的目的。
沉管的沉放是通过向管内注水，使沉管浮力减小后逐节下沉来实现。本次采取便捷的注水方法：沉管就位后，对接水上管线及施工船船尾管，施工船开启泥泵注水。
3跨主航道沉管敷设实例
3.1施工准备
3.1.1 沉管敷设方案
根据最新的港区水深测量数据分析，将跨主航道段沉管敷设在主航道水深变化较小即海床地势较平缓的位置。主航道中部水深为16m区域，航道宽180米。本次计划敷设沉管总长为700m，敷设沉管内径分别为0.7和0.8m，经计算敷设后主航道水深大于14.5m，满足港方要求航道通航水深要求。计划敷设跨航道沉管平面布置图如下图1所示。
沉管敷设的具体施工方案步骤如下：
①根据港区的实际水深情况确定计划下放沉管位置走向和沉管两端头坐标，报备港务局，择机放置定位标；
②采用钢管与橡胶短管按1:1搭配组装成沉管，浮管则采用一条6m钢管配套一组PE浮体，一组为四片浮体，每两片浮体对合，组装前对管线质量全面检查包括钢管测厚、橡胶短管表观质量检查和PE浮体完整情况等。因吹填过程中沉管破损泄漏故障的修复难度大，耗时长，敷设前需全面检查管线质量，确保敷设沉管质量优良，避免吹填期间管线故障；
③拖带非自航绞吸船移至1#取砂区，提前移船就位；
④锚艇1拖带已组装完毕的400米水上管和700米沉管至1#取砂区附近抛锚固定，在敷设沉管前完成对接绞吸船尾管和水上管线及待沉放的沉管；
⑤收集近期天气海况预报，选择良好天气海况时间窗口，与港调沟通协调，确定主航道封航时间；
⑥锚艇2辅助沉管敷设作业，确保敷设顺利；
⑦在封航作业期间，安排3艘警戒快艇交通船，其中2艘快艇在计划敷设管线南北两侧警戒，1艘快艇作为机动警戒船，警戒船布置如图3所示。
⑧封航开始时，由锚艇1拖带沉管东端头从航道外西侧拖至航道外东侧放标位置，利用RTK校核沉管头位置，抛八字锚固定沉管头并预留锚缆收缩余量。锚艇2作为机动锚艇，协助敷设管线至计划概位；
⑨绞吸船提前备车，绞吸船合泥泵慢速向管内注水，使沉管浮力减小后逐节下沉；
⑩沉管吹沉到就位后，立即布设管线安全警示标志；
⑪利用多波束扫测沉管敷设区域，检查沉管是否出现弯曲或起浮等状态，及时调整。
3.1.2 敷设沉管相关准备工作
跨航道沉管敷设前需要准备工作如下：
①根据沉管敷设工作任务，编排任务分解表，将各分解任务明确负责人和协助人；
②沉管跨航道拖带前，利用RTK校核沉管两端头放置定位标位置；
③检查绞吸船和锚艇船机状态，保证管线拖带和沉管注水吹沉工作正常开展；
④收集近期港区天气海况预报，统计出白天的平潮、能见度良好、风浪小和无雨时间段，制作近期可敷设沉管时间段计划表，将计划沉管敷设用时4h，报备港务局 ，确定最终封航敷设沉管时间段。
3.1.3 确定沉管敷设时间段
因该港口日常运营期间，大型商船进出港频繁，需要向港务局申请对港区封航才可进行跨航道沉管敷设作业。项目部指派专人绘制跨航道沉管敷设图纸，同时将收集的近期可敷设沉管时间段计划表上报港务局，与港务局协商最佳封航时间段。
3.2沉管敷设过程
3.2.1锚艇1拖沉管跨主航道
港区封航前，锚艇1拖带沉管跨航道外西侧，安排3艘快艇交通船按计划就位警戒，锚艇1完成拖带东侧沉管头准备工作。封航开始时，锚艇1拖带东侧沉管头跨过航道开始敷设沉管作业；绞吸船提前备车，为合泵注水吹沉沉管做准备。锚艇1跨航道拖带东侧沉管头示意图如下图3所示。
3.2.2 测量仪器检查沉管位置
测量人员利用RTK再次校核锚艇1拖带后沉管两端头和管线中部实际位置，与计划敷设位置进行比对，偏差在控制范围内，满足敷设吹沉要求。
3.2.3 绞吸船合泵注水吹沉沉管
锚艇将沉管拖至至计划概位经RTK校核后，抛八字锚固定东端头。在确定具备吹沉条件后，绞吸船合泵低速向沉管吹水排出管内的空气，达到使沉管逐步下沉的目的，整个沉管敷设过程用时约为2h，较好地控制在4个小时内。
4沉管敷设过程质量控制
沉管沉放质量对工作可靠性有重要影响，应保证在水底着床后平顺不出现死弯。沉管沉放过程，关键是控制沉放速度。
4.1利用测量仪器RTK进行定位
前期抛锚固定在1#取砂区附近的沉管，由锚艇1跨航道拖至概位后利用RTK校核沉管两端头位置和沉管中部位置，确保沉管实际下放位置与计划下放位置在计划控制范围内。
4.2 拖曳沉管端头保证沉管沉放平顺
锚艇1跨航道拖带沉管就位后，绞吸船合泵向沉管注水前，锚艇1利用缆绳固定沉管东端头。由锚艇1拖曳，对沉管形成纵向拖曳力，保证绞吸船合泵后向沉管注水下沉过程中，控制沉放速度，确保沉管平地平铺在水底泥面上，避免出现死弯。
4.3 多波束扫测检测沉管沉放后姿态
跨主航道沉管能否按预期敷设至计划位置、沉管是否全部下放至海床、沉管敷设后是否顺畅，对后续大型商船进出港和绞吸船能否正常施工有重大影响。沉管首次注水吹沉后需要对沉管进行位置和姿态检测。利用多波束在沉管区域进行全面扫海测量，可以做到水下地形全覆盖，从而全面分析沉管状态。
绞吸船跨主航道沉管吹沉后，项目部立即组织测量队利用多波束测深仪对沉管下放区域进行扫海测量，测量结果显示，本次沉管基本下放至计划概位，下放后管线较顺直，平铺放在海床上，该区域水深满足通航要求。详见下图3沉管下放后三维地形图。
5沉管敷设过程安全管控
5.1选择合适天气海况窗口期
沉管沉放作业需锚艇、拖轮、交通船等配合，操作过程比较复杂，是管线作业中的重点和难点。为保障安全，需对风力、浪涌、水流速度等进行严格监控，通常选择在低平潮期间进行作业。作业当天的天气海况良好。
5.2作业期间保持有效沟通
在项目工程人员与港务局沟通协调好封航时间之后，项目部安排1名专职安全管理人员驻现场港调办公室，实时监控沉管敷设期间航道船舶动态，同时使用甚高频电话与施工船舶、管线敷设作业人员保持沟通形成联动机制，增加一道安全防护屏障。
5.3 采用警戒船舶警戒
通过前期在港区施工经验，港务局下达的封航令对大型商船和其他大型船舶能产生禁航效果，港内小型拖轮和大型渔船等不可控船舶仍可能在沉管敷设期间管线占用的航道内通航，容易造成紧迫局面。为防止此种情况发生，沉管敷设期间项目部安排3艘警戒快艇，警戒船舶配置甚高频电话，其中2艘分别在沉管南北两侧警戒，另1艘作机动警戒船用。3艘警戒快艇分布见图3所示。
5.4 利用AIS监控港区船舶动态
沉管敷设过程中，项目部安排专人负责实时查看AIS关于港区船舶动态，发现其他船舶靠近沉管敷设作业区的动向时及时通知港调值班人员和警戒快艇，快速组织船舶绕行作业区，避免造成紧张局面。
5.5 加强沉管沉放过程管控
在跨航道沉管具备注水吹沉条件后，绞吸船合泵时应以低速向管内吹清水排出管内空气，控制沉管沉放速度，使沉管自西向东缓慢逐节下沉，否则会使沉管内空气排不净，导致沉管有上浮风险，容易引发事故。
5.6施工组织严密和加强安全监控
根据沉管敷设工作任务，编制详细的任务分解表，具体任务分工到人，通过严密的施工组织，对作业过程进行整体安全把控，确保沉管敷设安全。
沉管敷设作业期间加强参与人员作业安全管理，对所有参与人员进行作业安全技术交底。作业期间人员必须按要求穿救生衣、戴安全帽和穿工作劳保鞋。作业时人员调配要合理，以免拥挤造成安全事故，人员站在浮筒或排泥管的安全位置，不能同时着力与两个相对移动的漂浮物体上，以防掉下水。对接法兰口时，人员应密切配合，注意力集中，手不能放在两个法兰之间，防治手被挤伤。专职安全人员监督整个沉管作业，确保不发生作业安全事故[2]。
5.7布设水上管线和沉管头警示标志
结语
因该港口工程绞吸挖泥船取砂吹填施工需要，项目特定的施工区分布及港口运营需要，绞吸船1#取砂区取砂吹填施工期间需保证港区主航道正常通航，故绞吸船1#取砂区施工前需敷设跨主航道沉管。通过项目部管理人员和绞吸船船员、管线作业人员充分讨论和密切配合，在做足充分准备前提下，利用港务局批准的封航时间段顺利完成跨航道沉管敷设作业，沉管敷设效果良好，满足主航道通航和绞吸船施工要求，为以后类似工程提供宝贵经验。
参考文献：
[1] 沉管技术在航道疏浚施工中的应用[J] 周波 水运工程 2004.6
[2] 绞吸船挖泥船水下沉管施工技术浅析[J] 朱红久 广东水利水电 2003.9
论文作者:龙波明
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
标签：主航道论文; 航道论文; 作业论文; 管线论文; 警戒论文; 港区论文; 挖泥船论文; 《科技中国》2018年5期论文;