科技论文：抓斗船浅层取砂施工工艺与运输船舶管理(吕).doc

抓斗船浅层取砂施工工艺与运输船舶管理张鼎1 吕田林2（中交天航南方交通建设有限公司，广东省深圳市福田区农林路 鑫竹苑 A座 21层，518040）摘要：在港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程施工关键阶段，中细砂量缺口巨大，通过抓斗船浅层取砂施工工艺与运输船舶的合理管理，提高了船舶的航次，增加了每日的供砂量，加快了整个人工岛工程的施工进度.不仅是保障工程工期目标的关键因素句号改逗号，不仅后面的是删除，更是台风季节工程结构安全的重要保障。关键词：抓斗船 浅层取砂 砂质量控制 调度船舶 船舶调度1工程概述序号港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程的陆域形成，是整体工程的主要工序，其设计结构为：岛内区0m标高以下和岛壁区+2m标高以下以及充填袋临时围堰回填料均为中细砂，岛内区0+2m和岛壁区+2+3m标高为中粗砂。项目清单表序号项目编码项目名称计量单位工程数量1100503001201 中粗砂m2757408.6472100503044202 中细砂m7151839.263100503027201 砂袋m97661.6在项目组织施工过程中，中细砂的开采、运输、回填成为项目施工重点、难点。石栏洲砂源地位于珠海横琴石栏洲方向往南约1公里处开阔水域，共有1、2下表1、2两处采砂点，储量达到3.4亿立方米，属河口淤积型砂质浅滩。其周边水深较浅且有部分中细砂浅滩裸露在外，但水下部分砂层淤泥夹层多，经现场随机多点取样试验，含泥量高达30%-50%。因港珠澳大桥中细砂质量要求含泥量在10%以内，则此砂源地仅标高-1m以上部分才能满足需求。石栏洲取砂区虽然距离远、取砂成本高，但为满足工程用砂强度，保证对工期目标的实现，项目部组织3-5台抓斗船，配合40-60条仓容不等的运砂船，进行取砂施工。如何合理利用好抓斗船及调配好运砂船，对整个项目的成本目标与进度目标都起着至关重要的作用。图1:取砂位置平面图图2：低潮时砂源地露出大面积浅滩2抓斗船浅层取砂施工工艺工艺原理本工程采用非自航式抓斗船(4-13m斗容不等)配合平仓船(400-1500m仓容不等)运砂和卸砂，工作时运用钢缆上的抓斗，依靠其重力作用，放入水中一定的深度，通过自重和闭合抓斗的咬合力来抓取泥沙，后通过操纵船上的起重机械提升抓斗出水面，回旋到预定位置将砂卸入运砂船中，如此反复进行。根据抓斗船各项性能将其安排在生产能力发挥至最大的施工位置，同时根据砂质量的要求划定施工位置。要求所有抓斗船在规定区域、深度内采砂，真正做到从源头控制进场砂料的质量。2.1由抓斗船各项性能确定抓斗船取砂位置跟下面的内容不符，这个标题理论生产量，破土能力与抓取能力（由抓斗挖泥船的小时生产率计算公式）W=ncfmB式中 W抓斗挖泥船小时生产率（m3/h）n每小时抓取斗数c抓斗容积（m3）B土的搅动系数fm抓斗充泥系数，对于淤泥可取1.2 1.5；对于砂或砂质黏土可取0.9 1.1；对于石质土可取0.3 0.6。图3：浅层取砂施工平面图图4：浅层取砂施工断面图2.1.1抓斗船施工能力建议这一小节删除根据砂源地现场实际情况（浅层取砂）与理论计算式可知生产能力的高低不仅要考虑抓斗船配备的抓斗容积、起重机马力的大小，还要考虑抓斗船要有足够向沙滩测的拉力。由于取砂为浅层取砂，要保证砂的质量与施工进度必须向沙滩内部挖取。内侧水深较浅，如何让抓斗船有足够的向内侧的拉力即为取砂的关键所在。2.1.2抓斗船抗风浪标题改为风浪因素能力本区内易受风浪影响，尤其在涨潮时外侧涌浪过大，运输船舶不易靠泊。靠泊后由于涌浪原因同时也带来严重的安全隐患，所以在抓斗船施工位置选择时要考虑将自重较轻，规格较小的抓斗船安排在沙滩内侧受风浪影响较小处，避免因涨潮时涌浪过大运砂船不能靠泊而影响施工效率。13m大型抓斗船放在前侧风浪较大处4m小型抓斗船放在后侧风浪较小处图5:抓斗船安排不同位置取砂2.2抓斗船浅层取砂本工程取砂为浅层取砂施工工艺。砂层厚度1-6m不等，靠近浅滩砂层厚度逐渐增大，即越靠近浅滩取砂，砂的质量越容易控制，可以抓取出符合设计规范的砂。运砂船将砂运至人工岛现场后采用泵砂船进行施工，将砂吹填至岛内。根据泵船实际施工效率分析，20的疏浚土影响80的施工效率，砂质量的好坏哪怕很小一部分一小部分砂质量不合格也会影响到现场泵船的施工效率。不合格的砂势必会增加施工时间，同时也增加施工成本（油耗，租金，人工费等），降低了运砂船每日的航次，减少产量影响工程的进度。作为人工岛场地填砂供砂的源头，对砂的质量控制不仅仅体现在对砂源地现场质量的监督，更体现在对本工程质量，进度，成本的要求。2.2.1使用新的工艺保证取砂质量、进度工艺改进，这之前的东西我觉得都可以简化，这才是重点根据砂源地现场实际情况，取砂为浅层取砂，要保证砂的质量与施工进度必须向沙滩内部挖取。由于内侧水深较浅，如何让抓斗船有足够的向内侧的拉力为取砂的关键所在。为保证取砂质量与效率，项目部尝试新的施工工艺：（1）抓斗船前锚改装由于内侧较浅，低潮时大面积露出浅滩向内侧延伸可达500m左右，高潮时的水深不超过2.5m，锚艇即使在高潮时抛锚作业，下锚的位置也无法为抓斗船提供足够的拉力，抓取符合质量要求的砂。基于此，项目部将抓斗船3吨重的大锚换成5个200公斤重的小锚（多人可抬动），先用锚艇将锚送至浅滩处，在低潮时由人力将锚抬至浅滩的另外一侧，为抓斗船提供向内侧足够的拉力。图6：工艺（1）断面图（2）抓斗船滑轮改装为提供向沙滩侧足够的拉力，在船的左舷锚缆处订做一滑轮直接用缆绳绕过一侧，增加向右侧的拉力，增大向内侧挖取浅滩的面积。图7：工艺（2）平面图（3）抓斗船锚鼓改装减少锚艇起锚后的吃水。根据现场砂地实际情况将起锚后吃水过大的锚进行处理。由于前侧为浅滩锚艇无法驶入，可摘除锚鼓将其换成小浮漂减少锚艇吃水，从而增加锚向前送出的距离，增加挖取沙滩面积，挖取符合设计规范要求的砂。（4）抓斗船抛锚方式改变改变抛锚方式，增加内侧拉力。砂源地低潮时大面积露出浅滩，向内侧延伸约500m，面积不少于10万。根据此特点，采用反铲式挖掘机沙滩上抛锚的工艺进行施工。首先，通过自航驳装载反铲式挖掘机运至砂源地并靠近沙滩定位。其次，待潮位允许令反铲式挖掘机驶向沙滩。再次，用锚艇将锚送至浅滩处，利用反铲式挖掘机将3吨重的锚抛向沙滩远处为抓斗船提供向内侧足够的拉力。最后，完成抛锚施工后反铲式挖掘机驶回自航泊驶离砂源地，抓斗船恢复施工。图8：工艺（4）断面图1图9：工艺（4）施工图根据现场实际施工，工艺（1）在实际施工中虽然可提供足够的拉力，但是由于抓斗船需要的拉力大于小锚所提供的拖拽力，施工一天后已将小锚拉至较近处无法提供足够的拉力。工艺（2）由于浅层取砂，需要经常调整船位，对滑轮磨损大，一周后滑轮已经无法使用。工艺（3）减少的吃水有限，并且每天高潮都需要进行抛锚作业，降低施工效率，影响取砂进度。工艺（4）虽然需要增加成本（反铲挖掘机台班费），但效果是最理想的。图10：使用新工艺后抓取符合质量要求的砂2.2.2质量保证措施施工前项目部进行多次施工工艺研讨会，并对船长、抓斗船驾驶员、水手进行技术交底，对砂质量的控制进行反复交流，加强船长、抓斗船驾驶员、水手的责任心、质量意识，使其在主观上重视砂的质量。严格要求每个操作人员按照技术交底中的要求进行操作，以保证砂的质量；每天水手负责对施工区水流与潮流条件勤加掌握，不仅要对本船锚与锚缆长度有很好的估测，还要对附近其他船舶的锚与锚缆做到心中有数，避免交叉施工影响施工效率。做到下锚快，准，移船移锚迅速，船舶定位准确，保证抓机手的取砂位置尽量靠近沙滩。抓机手做到操车平稳，尽量控制抓斗竖直悬吊，做到下斗稳，起斗快，转斗平，并且保证每一斗都为符合规范要求的砂。建立取砂质量责任制。首先，建立取砂明细台账，以抓斗船的船员为单位，当运砂船靠泊后将当值抓机手与水手记录在取砂明细表中，将取砂明细表置于运砂船上并带回人工岛现场，做到每条运砂船责任人明确。其次，每日与人工岛现场进行砂质量的反馈，了解每条运砂船的砂质量情况，并将砂质量的情况填写在置于运砂船的取砂明细表上，并令其带回砂源地归档。最后归档后严格按照明细表的信息填写台账，出现砂质量达不到标准的，追究责任到当值抓斗船驾驶员与水手。最后，建立奖罚制度，对于责任心不强，工作态度不认真者给予相应的经济处罚，同时奖励那些操作优秀，责任心强的船员。 3运砂船现场管理与调度为保证节点工期满足施工进度要求项目部组织了近60条400-1500m3不等的平仓船运砂，以达到进度计划中要求的施工强度，如何合理的对运砂船管理与调度使砂源地与人工岛现场之间形成一个有序的流水作业，减少过程中不必要的时间成本的流失（包括抓斗船的租金，现场泵船的租金，运砂船的租金）同样也是控制成本，保证节点工期的重要条件。3.1运砂船在砂源地靠泊、离泊的管理与调度砂源地距离人工岛现场约18海里左右，航行区域为内河航道，重载时受风浪影响较小受涨落潮影响较大，尤其是1000m3以上的运砂船，逆水航行航速最低可达1.1节（正常航行航速大约为6节左右），相对的方量较小的运砂船逆水航行影响较小。平均每条运砂船靠泊的时间可以占到装砂时间的1/6左右，故需有效的减少靠泊时间增加每日装砂的航次，将抓斗船与运砂船的能力发挥至最大。3.1.1管理办法（1）每条运砂船至砂源地后用高频通知砂源地调度，调度将船名船号与船舶报道时间作为排档依据记录下来。（2）熟悉每天的潮汐时间段，每条抓斗船的小时生产能力，预计离档后时间（重载船在开始落潮后2小时逆水情况严重）避免装砂后由于逆水增加航行时间，再根据抓斗船附近水深情况，安排合适吃水的运砂船靠泊。（3）离泊前10分钟根据现场情况安排下一船起锚，向抓斗船靠近，在离泊的船舶驶出待泊区域后立即靠泊，减少抓斗船的等待靠泊时间尽量使抓斗船的时间生产率发挥至最大。（4）调度将离泊后运砂船的信息（船名船号，离档时间等）反馈人工岛现场。（5）运砂船至人工岛现场，现场调度将信息再返回砂源地，砂源地将该运砂船信息录入施工船舶明细表中下面格式调整。船舶进入砂源地通知调度调度根据现场情况排档 逆水，吃水浅 顺水，吃水深 安排方量较小吃水较浅的船舶靠泊安排方量较大吃水较深的船舶靠泊离泊前10分钟左右通知下一船起锚准备靠泊运砂船离泊后调度通知人工岛现场运砂船到达人工岛现场后将信息反馈回砂源地人工岛现场泵船吹填至岛内图11：砂源地取砂流程图综上，项目部通过合理的减少客观因素带来的不利条件，减少抓斗船的等待靠泊时间，调配好各个运砂船的靠、离泊时间及靠泊顺序等，以减少时间成本的流失，加快施工进度。3.2保证运砂船专用于人工岛工程的管理措施自2010年12月，中细砂由于外部势力冲突与相关执法部门频繁查处，处于半停工状态，直至2011年4月中细砂供应初步解禁，虽然已确定混抛方案，但是随着中粗砂价格的持续走高单价已经超过中标单价，造成了整个工程成本巨大的流失，处于亏损状态。随着横琴项目的增多，澳门人工岛的开标，本区内中细砂的供应矛盾突显，对于中细砂供应市场的争夺更为激烈。中细砂的供应不仅对进度提供了更有利的保证，还对中粗砂单价的上涨起到了一定的抑制作用，从而使整个工程的成本减少达到扭亏为盈的目的。确保中细砂的供应专用于人工岛就显得尤为重要。3.2.1管理办法砂源地 装砂后签字确认 凭 施工 装砂完毕现场负责人签字 证安排 完毕通 通知人工岛运砂船 靠泊装船 知砂源地人工岛 凭砂地确认单安排泵船吹填至人工岛 吹填完毕签发装砂凭证 图11：管理流程图（1）制定“砂源地现场砂源地”现场负责人签认返回制度。砂源地装砂后由现场负责人进行签字确认，将确认单由运砂船带至人工岛现场，人工岛现场接收到确认单认真核实单据上信息后，安排泵船将运砂船的砂吹填至岛内。运砂船施工完毕准备离开时，人工岛现场负责人进行签字确认，由运砂船带回砂源地作为装砂凭证，保证砂源地装出的砂专用于人工岛。 （2）运用各种通讯设施掌握每条运砂船的船舶动态。每条运砂船在砂源地装砂离泊后，砂源地调度立刻通知人工岛现场将船舶名称以及离开砂源地时间记入施工船舶明细表；运砂船到达人工岛现场后人工岛现场将信息反馈给砂源地，同时将到达时间记入施工船舶明细表；运砂船施工完毕离开人工岛现场的同时通知砂源地并将离开人工岛时间记入施工船舶明细表中。每条运砂船的施工动态真实的反应到施工船舶明细表中，使“装砂运砂吹填”整个过程闭合。如在上述过程中出现在离泊12小时后依然没有到人工岛现场或人工岛现场离泊后12小时没有到达砂源地的情况，马上通知其船队队长核实情况，保证运砂船的可控性。通过上述办法使整个运砂船队都处于项目部的控制中，做到砂源地的砂专用于人工岛工程，加快施工进度，减少成本的流失。4结语通过抓斗船浅层取砂施工工艺的优化与运输船舶的合理管理，在正常的施工环境中，提高了船舶的航次，增加了每日的供砂量，加快了整个人工岛工程的施工进度。在仅有2条主力抓斗的情况下，高峰期日产量可达3万方，保证了人工岛正常的细砂供应量。虽然后期由于外部因素等社会原因导致无法正常施工，但是对于浅层取砂施工工艺与船舶的