摘要：工程行业对疏浚质量的精细化要求日趋提高，某些工程中疏浚精度的要求已经超出了国内外规范所界定的范围；目前大型绞吸式挖泥船的技术装备能力与以往相比已经有了较大提升，但精细化疏浚的工艺尚未进行系统的匹配研究。本次研究对比了国内外疏浚规范精度要求，深挖大型绞吸式挖泥船自动扫坡疏浚性能，通过大量的疏浚对比试验，验证了提高疏浚精度的可行性，编制通过了高精度疏浚施工工法。为高标准疏浚要求提供了解决方案，也为疏浚质量标准优化奠定了基础。
关键词：疏浚；规范；精度；大型绞吸式挖泥船；扫坡
1.前言
依托孟加拉国Padma河道整治项目，通过试验研究粉土和复杂水流条件下，深水边坡高精度疏浚施工，对比国内外疏浚规范中对疏浚精度的规定，探讨绞吸式挖泥船在高标准疏浚工程中的应用，以及疏浚精度控制标准的优化空间。
参与对比分析的国内标准有：《疏浚与吹填工程设计规范》JTS 181-5-2012、《疏浚与吹填工程施工规范》JTS 207-2012、《水运工程测量规范》JTS 131-2012、《水运工程岩土勘察规范》JTS 133-2013；国际标准主要为：英标《疏浚和陆地填筑规范》BS 6349-5。对比角度：水下验收测线间距，水深测量精度，疏浚精度标准。
2.绞吸式挖泥船疏浚质量控制标准现状
（1）中、英标准中各类挖泥船施工超深值的主要论述
交通部规范超深值[1]：疏浚工程设计应考虑疏浚作业的水平和垂向偏差，在宽度和深度上分别增加计算超宽和计算超深，参见下图1。
.png)
图1 疏浚施工超深超宽示意图
各类挖泥船计算超深和超宽值可按下表1确定。
.png)
英国标准[2]：英国《疏浚和陆地填筑规范》BS 6349-5则根据船型不同，考虑了疏浚土质条件、开挖区是否为掩护海域、开挖区水流大小以及船机大小等因素，分别给出了深度允许偏差和宽度方向允许偏差的参考值，并且指出这些参考值是在不严重影响施工的经济性的条件下给出的。
（2）验收手段的规定
疏浚工程验收主要采用水深测量的方式，包括测绳测量、单波束测量、多波束测量。影响验收效果的参数包括测线间距及深度测量误差范围。
深度测量线路的规定：中国标准根据测量类别、工程类别或阶段、工程所在区域分别提出图上测深线间距值和测深线间距值。 英国标准，对于疏浚工程根据测量目的分别提出测线中心间距范围值；对于吹填工程提出测线中心间距范围值。
关于水深测量误差的规定：
国内规范：不考虑平面位置时水深测量的深度误差限值不应大于（1）水深≤20m时，深度误差限值±0.2m；（2）水深＞20m时，深度误差限值±0.01H。
英标规定：通常，精确的水深测量只有在海上风平浪静时才可能做到。测量的精度随波高或涌浪的增加而恶化。深度测量的或然误差考虑了河床材质、水流及波高等因素。
（3）国内外标准分析：
交通部规范给出的是计算超深超宽，而没有给出欠挖范围，而英标给出的开挖精度为正负值，允许开挖线高于或者低于设计线一定的范围，英标更能体现出开挖精度的概念，同时英标开挖精度确定所考虑的外部环境条件更充分，更符合实际情况。
另外，针对疏浚的允许偏差，国内外的规范都是从开挖深度（竖直方向）和开挖宽度（水平方向）的允许偏差上分别进行规定，而沿疏浚面法线方向上的偏差值对于工程结构安全评判更有意义，法向方向上的疏浚精度值需要根据设计坡度和施工条件进行换算。
对于河道整治工程，采用大型绞吸式挖泥船进行边坡疏浚，可以尽可能的兼顾疏浚效率和质量要求。从英标规范可以查得疏浚精度在设计边坡法线方向上基本上都接近±0.4m，而国内的计算超深值也接近0.4m。参见下图2：
.png)
图2 边坡疏浚精度范围示意图
3.优化疏浚质量控制标准的必要性和可行性
3.1优化疏浚精度的必要性
（1）工程合同条款的要求
提高疏浚精度可能会造成效率降低和成本增加，但是在一些工程的设计阶段，提出了超过国内外规范的疏浚精度技术要求。
以孟加拉国Padma河道整治工程为例，设计要求“在-2.4米以下的永久工程中，疏浚施工面垂直于设计剖面容差为±250毫米。在-2.4m PWD至+1.2m PWD之间，疏浚施工面垂直于设计剖面容差为+100毫米至-150毫米之间。若设计坡度任何方向上测得局部偏差和平整度大于1:20，则不可接受”，疏浚精度验收手段为“使用测量船载多波束回声测深仪和RTK-GPS完成水下测量”。以上技术要求远远超过了国内外规范所规定的的疏浚精度偏差，验收手段先进，水下测量密度高。为了满足合同要求，必须合理选择疏浚设备，研究开发科学的施工工艺，在尽量减少高标准对施工效率和成本的负面影响的同时，提高疏浚精度。
（2）工程施工安全的要求
孟加拉国Padma河道整治项目中，河道岸坡水下防护结构的反滤层为0.45m厚的125kg土工砂袋，土工袋抛填后连续性差，如果疏浚后的岸坡精度不足，将会导致反滤层土工袋厚度无法满足设计要求，导致防护结构失效。参见下图3，在重力作用下，反滤层土工袋容易在超挖位置过渡堆积，而在欠挖位置，则出现层数不足的现象。
.png)
图3 边坡防护结构示意图
此外，该项目河道土质基本为粉细砂+淤泥，云母含量高，土层粘性差、渗透性好，边坡稳定性差，局部扰动容易引发滑坡，传统台阶开挖法，受其原理所限，最终边坡不可控，容易因为局部坍塌引发整体滑坡。
（3）行业发展的要求
随着科技的不断发展，近年来挖泥船的装备能力得到了极大的提高，绞吸式挖泥船的疏浚工艺从原来的“矩形开挖”、“台阶开挖”逐渐发展出了成熟的“自动开挖”系统，挖泥船的机械性能和定位精度也得到了很大提高，具备了一定的高精度疏浚的能力。研究推广领先的技术标准，将疏浚行业做大做精做强，也是国内建筑业“走出去”战略的必由之路。
3.2优化疏浚精度的可行性
边坡疏浚精度主要受三个方面的影响，一个是铰刀的深度和水平偏差，另一个是铰刀扫坡时运动控制的平滑度，第三个是开挖土的残留率控制，本工法主要从克服这几个方面的影响入手，达到高精度的疏浚边坡。
现代大型绞吸式挖泥船的装备能力已经有了极大的提升，定位准确，疏浚动作连续性好，能够实现自动开挖，设备硬件提供了高精度开挖的基本支持；在控制开挖土残留率方面，可以通过调整挖泥船开挖工艺和疏浚顺序，减少水下土方的过渡开挖和残留回淤，从而达到高精度疏浚的目的。
从孟加拉Padma河道整治工程来看，在保证合理的疏浚效率和施工成本的情况下，-2.4m标高以下的土方疏浚精度能够达到±250mm，持续性好。
4.高精度疏浚施工工法
（1）边坡高精度疏浚试验
为了全面掌握高精度疏浚技术，总结施工工法，研究人员依托孟加拉Padma河道整治工程中的河道疏浚施工项目，进行了边坡高精度疏浚试验。疏浚试验历时9个多月，投入的设备为IHC3800型、IHC7025型和IHC9029型绞吸式挖泥船，其中IHC3800型挖泥船采用传统手动台阶开挖方式，IHC7025型采用自动台阶开挖方式，IHC9029型挖泥船采用自动扫坡施工工艺。
通过对比疏浚试验，IHC9029型挖泥船在边坡开挖质量上与IHC7025挖泥船相比有绝对的优势；经过持续验证，疏浚效果满足合同技术规范的要求；操作人员经验丰富，并熟悉了项目疏浚施工操作要点；编制通过了大型绞吸式挖泥船高精度疏浚工法，能够应对大部分工况条件的疏浚施工。
（2）大型绞吸式挖泥船边坡高精度疏浚工法原理[3]
自动开挖控制系统：在挖泥船生产过程中依托疏浚地形监测（DTM）反馈绞刀开挖深度、依托疏浚剖面监测（DPM）反馈实时开挖剖面、依托挖泥船全球定位系统（GPS）反馈挖泥船实时平面位置，通过疏浚轨迹监测（DTPS），将挖泥船搜集到的疏浚参数进行分析、转化为船舶操作控制系统，指导挖泥船在疏浚时进行全方面的调节、控制，实现挖泥船高智能自动开挖。
开挖工艺：挖泥船先采用传统的分层、分条、分段方法先将开挖断面内的主要土方疏浚完成，并在设计坡面和基槽处预留约2.0m厚（垂直坡面方向）保护层；然后采用绞吸式挖泥船分层自动开挖扫坡方式，清除预留土层，预留土层开挖过程中，操作手调整铰刀正反挖掘、台车步进量、横移速度等参数，技术人员根据不同工况下铰刀轨迹线与设计边坡线的关系，制定出一套边坡自动开挖高效率、高质量的施工方案，从而完成坡面高精度疏浚。
（3）边坡高精度疏浚关键技术
边坡高精度扫坡是该工法的核心技术，需要利用IHC9029绞吸式挖泥船进行两次扫坡施工，第一次扫坡，开挖土层（垂直坡面）厚度为1~2m，边坡垂直方向预留0.5ｍ，为边坡粗开挖，目的是将不平整边坡进行初步整平，降低设计面以上覆盖的土层厚度；第二遍开挖至设计线，疏浚土层厚度在0.5~1m，施工造成的回淤量在可控范围内，便于永久边坡成型。在进行长距离扫坡时，疏浚土层厚度不宜超过3m，扫坡宽度不宜超过80m，疏浚试验过程中要总结形成横移摆速、铰刀转速、泥泵流速、台车步进量等开挖参数，实际施工中应谨慎操作抛锚、换桩等动作，最大限度减少对边坡土层干扰。
图4为IHC9029扫坡施工工艺示意图，其中的第7部分为第一次扫坡部分，第8部分为第二次扫坡部分。
.png)
图4 IHC9029扫坡施工工艺示意图
（4）工法适用范围
对疏浚断面精度要求较高的河道整治工程或有掩护的近海工程，疏浚深度不超过绞吸式挖泥船的最大挖深，疏浚土质为粉细砂或淤泥质粉土，疏浚设计坡比稳定，不易发生滑坡、流土现象，水流流速不超过1.0m/s。
5.结论
本次研究依托现有施工项目，深度挖掘大型绞吸式的开挖系统功能，通过大量的疏浚试验和数据分析，总结出边坡高精度疏浚工法，设计坡面法向疏浚精度达到±250mm，超出了现有的国内外疏浚精度标准，经过持续验证，施工成本和质量控制协同平衡，施工技术先进，经济效益显著。
本研究成果可为后续河道整治工程的施工提供经验借鉴和技术指导，必将推进我国大型河道整治工程，尤其是河道深水边坡高精度开挖控制技术水平迈向新高度，具有极大的社会意义。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准，《疏浚与吹填工程施工规范》JTS 207-2012，2012年12月第1版
[2]英标，《疏浚和陆地填筑规范》BS 6349-5，British Standard Maritime structures Part 5. Code of practice for dredging and land reclamation
[3]付光进，周林，孙旭亮等，大型绞吸式挖泥船边坡高精度疏浚施工工法，中国电建[2017]262号，工法编号ZGDJGF200-2017