水运工程港口航道疏浚施工技术研究

一、引言

港口航道作为船舶航行与停靠的基础设施，其水深、底质条件及通航能力直接关系到港口的运营效率。随着全球贸易量的增长，船舶吨位不断升级，对航道深度与宽度的要求愈发严格。疏浚施工通过清除航道内的泥沙、岩石等沉积物，维持或拓展通航空间，是水运工程中不可或缺的环节。当前，疏浚技术已从传统人工开挖发展为机械化、智能化作业，但在复杂水文地质条件（如潮汐影响、软土地基、深海作业）下，施工技术仍面临效率与安全性的双重挑战。明确疏浚施工技术的应用逻辑与优化方向，对推动水运工程可持续发展具有重要意义。

二、水运工程港口航道疏浚施工技术的应用现状

（一）疏浚施工技术分类与特点

1. 机械疏浚技术

机械疏浚以挖泥船为核心设备，常见类型包括绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船、链斗式挖泥船等。绞吸式挖泥船通过绞刀旋转破碎底质，利用泥浆泵将泥沙输送至指定区域，适用于泥沙、黏土等软质底质，具有成本低、效率高的特点，在内河航道疏浚中应用广泛。耙吸式挖泥船自带泥舱，可边航行边挖泥，适合远距离、深海航道疏浚，如天津港深水航道扩建工程中，耙吸船通过精准定位实现了深海泥沙的高效采集。

2. 水力疏浚技术

水力疏浚利用高压水流冲击底质，使泥沙悬浮后随水流排出，常用于环保要求高的区域（如生态航道）。该技术对周边环境扰动小，但受水流条件影响较大，需结合潮汐规律调整作业参数。

3. 环保疏浚技术

随着生态保护意识的提升，环保疏浚技术逐渐成为主流。其核心是通过封闭绞刀、泥浆水处理等工艺，减少疏浚过程中泥沙扩散与水质污染。例如，在长江口生态航道疏浚中，采用环保绞吸船搭配水质监测系统，实现了施工与生态保护的协同。

（二）技术应用的局限性

1. 地质条件制约

在岩石层、硬黏土层等复杂地质区域，传统机械疏浚效率低下，需辅以爆破或液压破碎技术，增加了施工成本与安全风险。

2. 潮汐与水流影响

潮汐引起的水位波动会导致疏浚深度控制偏差，强水流则可能造成泥沙回淤，影响施工精度。如珠江口航道疏浚中，涨落潮期间的泥沙回淤率可达施工量的 15%-20% 。

3. 智能化水平不足

尽管部分工程已应用 GPS 定位与自动化控制系统，但在复杂工况下（如多船协同作业、动态泥沙监测），智能化决策系统仍需完善，难以实现全流程精准调控。

三、港口航道疏浚施工的关键技术与工艺优化

（一）施工前的勘察与方案设计

1. 地质与水文勘察

通过多波束测深、钻孔取样等手段，精确获取航道底质分布、水深变化及水流参数。例如，在连云港 30 万吨级航道疏浚前，采用三维地质建模技术，直观呈现了海底岩石层的分布范围，为设备选型提供依据。

2. 方案优化策略

结合工期、成本与环保要求，制定差异化方案。如内河航道可优先采用绞吸式疏浚，搭配泥沙固化技术实现废弃物资源化；深海航道则以耙吸船为主，结合无人船监测提升作业效率。

（二）核心施工技术的创新应用

1. 高精度定位与挖深控制技术

采用北斗卫星定位系统与声呐测深仪联动，实现挖泥船定位精度≤ 0.5 米，深度控制误差 ⩽10 厘米。在上海洋山港深水航道疏浚中，该技术确保了20 米水深条件下的施工精度。

2. 泥水处理与环保工艺

通过设置围埝、絮凝沉淀等措施，降低泥浆水含沙量。如宁波舟山港绿色港口建设中，采用“绞吸 + 膜袋围堰”工艺，使泥浆水悬浮物浓度控制在 50mg/L 以下，满足生态保护要求。

3. 智能化施工管理系统

开发集成数据采集、分析与决策功能的管理平台，实时监控挖泥船作

业状态、泥沙输送路径及回淤情况。青岛港自动化码头疏浚项目中，该系统使施工效率提升 30% ，能耗降低 15% 。

（三）特殊工况下的技术应对

1. 岩石地层疏浚

采用“液压破碎 + 绞吸”组合工艺，先通过液压锤破碎岩石，再利用绞吸船清除碎渣。在广州港南沙港区岩石航道疏浚中，该工艺使日均施工量从8000 立方米提升至1.5 万立方米。

2. 高回淤区域施工

通过优化挖泥船作业轨迹（如采用“顺流开挖”模式），结合水流动力学模型预测回淤规律，动态调整疏浚方案。珠江三角洲某高回淤航道应用该技术后，回淤率降低至 8% 以下。

四、典型工程案例分析

（一）长江口深水航道治理工程

长江口作为长江流域的出海通道，其航道疏浚面临强潮汐、高含沙量等挑战。工程采用“分期疏浚、动态维护”策略，一期工程使用绞吸式挖泥船配合泥沙固化技术，将疏浚泥沙转化为陆域填方；二期工程引入耙吸式挖泥船与无人监测船，实现了 12.5 米水深的常态化维护。该工程通过技术创新，使航道通航能力提升至 5 万吨级船舶全天候通行，年货运量突破5 亿吨。

（二）天津港北疆港区C 段智能化集装箱码头疏浚工程

该工程是国内首个全自动化集装箱码头配套疏浚项目，要求水深达到 -18.5 米，且施工误差 ⩽15 厘米。施工中采用“北斗定位 + 三维声呐扫描”技术，结合智能化挖泥船操控系统，实现了边坡坡度控制精度≤ 1%。同时，通过泥浆水处理系统将悬浮物浓度控制在 30mg/L 以下，确保了邻近海域生态安全。工程完工后，码头年吞吐量可达 500 万标准箱，成为智慧港口建设的典范。

五、疏浚施工技术的发展趋势

（一）智能化与无人化作业

随着 5G、人工智能技术的普及，无人挖泥船、自主监测机器人将成为主流。例如，荷兰 IHC 公司已研发出全电动无人绞吸船，可通过远程操控实现24 小时连续作业，能耗降低 40% 。

（二）绿色环保技术深化

推广低噪声、零排放疏浚设备，开发泥沙资源化利用技术（如制备建材、生态修复填料）。新加坡港在疏浚中采用“环保绞刀 + 太阳能供电”系统，实现了施工过程的碳中和。

（三）跨学科技术融合

融合海洋工程、地质力学与信息技术，构建疏浚施工数字孪生模型，实现从勘察、设计到施工的全流程仿真优化。美国陆军工程兵团在密西西比河疏浚中，利用数字孪生技术将施工效率提升了 50% 。

六、结论

水运工程港口航道疏浚施工技术的发展，始终围绕“效率、安全、环保”三大核心目标。从传统机械作业到智能化、绿色化施工，技术创新不断突破地质与环境约束。未来，需进一步加强多技术融合与跨学科协作，通过智能化装备研发、环保工艺优化及数字孪生技术应用，推动疏浚施工向精准化、低碳化方向发展，为全球水运工程建设提供技术支撑。

参考文献

[1] 赵洪波. 绞吸式挖泥船在内河航道疏浚中的应用研究[J]. 水运工程,2021(5): 120-125.

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