黄孝河明渠清淤设备选择及施工方案探讨

黄孝河明渠清淤设备选择及施工方案探讨吕拥军时永生(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，武汉430015)摘要针对黄孝河明渠河道泥沙淤积严重而导致明渠水位上升，排水能力下降，以及底泥大量消耗水体中溶解氧等问题，基于河道现状及沉积污泥的特点，选用挖泥船进行清淤，并根据底泥成分特点及相关施工要求，提出新的设计断面与现状断面套绘的方法，最终通过工程施工，使黄孝河明渠河道得到有效治理，并妥善处置疏竣底泥，为后续河道的综合治理提供参考。关键词明渠河道清淤挖泥船断面设计排泥场选择黄孝河1工程概况黄孝河原是汉口地区一条自然排灌明渠，至湖广总督张之洞修筑张公堤和岱山闸后，即成为汉口城区通往郊区直达江河的一条市内水上交通河，也是汉口中心城区内的排污、排渍的总排水渠道。为解决汉口城区严重洪涝之灾，改善城市人民生活环境，改变城区市容市貌，于1980年启动了对黄孝河的综合整治工程，主要是按设计开挖人工大型明渠，该工程于1985年1O月动工兴建，分三期建设，1989年5月完工。黄孝河明渠起自汉口京广铁路以北，止点为汉口张公堤南侧的后湖泵站拦污栅前，全长约5．4km，如图I所示。根据武汉市城市总体规划，黄孝河明渠汇水范围包括汉口旧城区(18．4km。)和后湖西区(15．Ikln)，面积为33．5km。现状明渠底宽为26m，设计水深2．5m，设计流量85～97m。／s。但明渠自投入使用以来，从未进行过底泥疏浚及边坡修整，通过校核计算，实际正常过水能力仅为30～75113。／s。根据最新的地形勘测，明渠底沉积淤泥平均厚为lm。由于河道淤积导致黄孝河河段存在如下主要问题：①泥沙淤积使河底积淤，过水能力大幅降低，导致防洪标准降低；②部分堤段由于长期雨水冲刷已变形，在高水位时极易出险，对堤防构成较大威胁；③底泥耗氧是河道水体耗氧的重要组成部分，大量底泥淤积使底泥耗氧加剧了河道耗氧速率，导致河道发黑、发臭，严重影响沿线地区亚洲银行贷款项目。104给水排水Vo1．42No．42016厂图1黄孝河明渠位置不意环境E，。黄孝河明渠作为武汉市重要的水上交通河及其自排明渠，保证该流域畅通、水环境良好，对武汉地区的城市人们生活环境及经济社会的发展有着重要的意义。因此，本工程通过对黄孝河清淤以达到如下目标：①降低明渠水位，规整断面，保证排水畅通，扩大明渠过流能力；②为下阶段拓宽、护砌创造条件；③减少明渠底泥有机物耗氧对水体的影响。尽管河道清淤的实际工程较多，但针对无清水源的河道明渠清淤研究实践仍相对较少，本文以黄孝河明渠为例，针对其清淤设备的选择及施工措施展开分析，以期为日后的河道明渠清淤工作提供借鉴。2河道清淤设备的选择国内外用于湖泊、渠道底泥疏挖的方法很多，从采用人力角度，可分为人工开挖、机械开挖和半人工半机械开挖[3；从水体是否排水角度，可分为排水干滩施工、水下疏挖施工等。水下机械挖泥施工具有高效、简单、施工灵活等特点，在大中小型湖泊、采矿和远洋、近海、港口中得到广泛应用，并发展出各种专业挖泥设备和船舶[4]。就机械清淤技术而言，目前主要包括：虹吸清淤、机械清淤、挖泥船清淤、气力泵清淤等E6]。(1)虹吸清淤。该技术不必泄空河道，故不需要专门为清淤消耗水量，但清淤量受上下游水位差影响较大，且清淤范围有限，一般局限在堤坝前。(2)机械绞刀。机械绞刀通过扰动对固结淤泥进行清除，但清淤效率及工作实效受绞刀材料影响较大。(3)气力泵清淤。气力泵清淤主要以压缩空气为动力进行清淤，排泥量大、机械磨损小、维修简便，但该方法电耗极大，不便于输送淤泥。(4)挖泥船清淤。挖泥船主要通过绞刀、靶头、吸头、抓斗等设备对河道内底泥进行清淤。挖泥船同时具备破土、挖掘、提升和输送等功能，操作简便，耗水少，后续处理简便，但挖泥船自身售价较高，不便于在深水区使用。本工程清淤开挖土质主要为沉积底泥，拟采用挖泥船进行水下开挖的方案施工。目前，国内外常用的水下挖泥的船舶和设备主要包括绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船、斗式挖泥船和吸扬式挖泥船E7,8]，各种挖泥船优缺点的比较如表1所示。基于各种挖泥船的优势，针对黄孝河明渠特点，将分段选择适宜挖泥船。由于受黄孝河施工条件的限制，在船舶能力选型时，需考虑以下条件：①河流断面较窄，适宜选择小型挖泥船；②在清淤工程后将进行渠底拓宽和护砌，因此挖泥船需要安装高精度定位装置，以便控制挖泥船进行精确施工；③本次清淤区水域附近水深约1．5m，挖泥船满载吃水深宜在1．5m以内；④排泥场较远，考虑到施工困难程度，宜尽量选取大排距挖泥船。结合以上分析，本工程初步选用小型绞吸式挖泥船。但黄孝河明渠经过表1不同疏挖设备选型比较对本工程的疏挖设备性能特点比较适应性①对土质适应性较好，排距远，且可直接串接泵站进行远距离输送，在生产率及排距的选择上亦较灵活，工作效率较高，绞吸式能耗和成本较低；②在输送过