超長(zhǎng)超寬軟體排技術(shù)在深水航道工程中的實(shí)踐應(yīng)用

過(guò)繼俞 李會(huì)勝

【摘 要】護(hù)底軟體排作為長(zhǎng)江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治建筑物工程I標(biāo)段主要施工內(nèi)容之一，施工體量大，工況條件復(fù)雜，超長(zhǎng)超寬軟體排的首次實(shí)踐應(yīng)用缺乏歷史經(jīng)驗(yàn)參考，如何高效、安全推進(jìn)軟體排施工（關(guān)鍵工序）一直是整個(gè)工程順利推進(jìn)的關(guān)鍵，中交上航局利用多年的鋪排經(jīng)驗(yàn)和新型改造的專業(yè)裝備，積極探索新工藝，確保質(zhì)量受控。

【Abstract】Bottom protecting soft body row is one of the main contents of the first stage of renovating building engineering of Baimaosha， which belongs to the first phase of 12.5m deepwater channel below Nanjing， Yangtze River. Its construction volume is large， and the working condition is complex. The first practical application of super-long and super-wide soft bady mattress is lack of historical experience. How to efficiently and safely push the construction of software arrangement （key process） is always the key to the smooth progress of the whole project. With many years of paving experience and new reformed professional equipment， the CCCC Shanghai Dredging Co. Ltd actively explores new technology， and ensure the quality can be controlled.

【關(guān)鍵詞】軟體排；超長(zhǎng)超寬；短基線；旁掃聲吶

【Keywords】soft body mattress； super-long and super-wide； short base line； side-sweep sonar

【中圖分類號(hào)】U656.5 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）05-0186-03

1 工程概況及實(shí)施背景

長(zhǎng)江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治建筑物工程I標(biāo)段是國(guó)家加快長(zhǎng)江黃金水道建設(shè)的重大工程，也是我國(guó)“十二五”時(shí)期投資規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜的內(nèi)河水運(yùn)工程。長(zhǎng)江南京以下深水航道建設(shè)按照“整體規(guī)劃、分步實(shí)施，自上而下，先通后暢”的原則，采取疏浚與整治相結(jié)合的工程措施，建設(shè)內(nèi)容包括：北堤（4888m）、南堤（50m）、頭部潛堤（3500m）、S1丁壩（1300m）、4座北側(cè)護(hù)堤壩（400m）、新建閘護(hù)岸（約2000m）及相應(yīng)的導(dǎo)助航設(shè)施。整治建筑物工程結(jié)構(gòu)形式包括護(hù)底結(jié)構(gòu)和堤身結(jié)構(gòu)。護(hù)底結(jié)構(gòu)采用軟體排，堤身排體布采用機(jī)織布，余排以及高灘段軟體排排體布采用復(fù)合土工布。堤身下排體施工期壓載長(zhǎng)管狀砂肋，直徑0.3m，間距1.0m，排體間搭接寬度不小于2m。軟體排是利用土工織物縫接成一定尺寸的排布，在排布上加鉸鏈接混凝土預(yù)制板塊作為壓重而形成的一種防沖結(jié)構(gòu)，覆蓋在水流沖刷處，以削減沖擊能量，防止沙土流失，是本工程的關(guān)鍵工序。主要結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)下圖所示。

2 自然及施工條件

本次航道建設(shè)工程位于從長(zhǎng)江流域的太倉(cāng)段至南通河段及新建河附近的新建閘護(hù)岸，勘察場(chǎng)區(qū)江面寬闊，地貌類型為河口、砂嘴、砂島地貌。長(zhǎng)江口為中等強(qiáng)度潮汐河口，最大潮差4m以上，最小潮差0.02m。在徑流與河床邊界條件阻滯下，潮波變形明顯，漲落潮歷時(shí)不對(duì)稱，漲潮歷時(shí)短，落潮歷時(shí)長(zhǎng)，潮差沿程遞減，落潮歷時(shí)沿程遞增，漲潮歷時(shí)沿程遞減。在一個(gè)潮周期中，漲潮平均流速最大出現(xiàn)在北支口，其值為0.99m/s；落潮平均流速最大出現(xiàn)在白茆沙南水道，其值為1.25m/s。

3 工程重難點(diǎn)

①軟體超長(zhǎng)超寬，體量大，工況復(fù)雜；

②鋪排時(shí)，排體水下準(zhǔn)確定位難度大；

③水下鋪排實(shí)況監(jiān)控、排體間搭接長(zhǎng)度難以控制。

4 超長(zhǎng)超寬軟體排施工技術(shù)實(shí)踐與應(yīng)用[1]

本工程軟體排分聯(lián)鎖塊排、混合排兩種形式，北側(cè)堤高灘段為砼聯(lián)鎖塊排，頭部潛堤、S1丁壩、北側(cè)堤深水段為混合排結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際工況結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，軟體排鋪設(shè)采用船舶鋪設(shè)工藝和高灘鋪設(shè)工藝，船舶鋪設(shè)工藝采用鋪排船鋪設(shè)，高灘鋪設(shè)工藝為人工低潮鋪設(shè)、用砂肋臨時(shí)壓載，后采用小型吊機(jī)船高潮位進(jìn)點(diǎn)吊安聯(lián)鎖塊。

4.1 軟體排加工縫制工藝技術(shù)

4.1.1 丈量劃線

在拼接加工前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙加筋帶以及砂肋套、混凝土聯(lián)鎖塊綁扎環(huán)的布置情況，在單幅土工布上進(jìn)行縱、橫丈量劃線，以保證加筋帶以及砂肋套、砂肋間距、混凝土聯(lián)鎖塊綁扎環(huán)的位置準(zhǔn)確。

4.1.2 縫制加筋帶

丈量劃好線以后，在單幅土工布上進(jìn)行加筋帶以及砂肋套、混凝土聯(lián)鎖塊綁扎環(huán)的縫制。

4.1.3 拼幅

加工好的單幅排布，采用包縫法進(jìn)行拼接，拼幅縫制時(shí)機(jī)械移動(dòng)整張排布，前移速度與縫紉機(jī)針腳送布速度保持一致。

4.1.4 檢驗(yàn)、打包、入庫(kù)

排體縫好后在拼排機(jī)上觀察檢查，檢驗(yàn)合格后由拼排機(jī)直接送入打包，運(yùn)往成品倉(cāng)庫(kù)保管。

4.2 軟體排鋪設(shè)工藝技術(shù)

4.2.1 軟體排船舶鋪設(shè)工藝（圖1）

①鋪排船定位

鋪排船舶配有計(jì)算機(jī)、GPS、短基線設(shè)備，施工前根據(jù)設(shè)計(jì)要求輸入有關(guān)鋪排參數(shù)，操作人員根據(jù)定位軟件顯示鋪排位置，將鋪排船移動(dòng)到起始位置。

② 卷排布

用吊機(jī)將排布吊至甲板上，由工人將鋪排排布展開(kāi)，排尾拉環(huán)和滾筒上鋼纜相系，啟動(dòng)滾筒開(kāi)關(guān)將排布自動(dòng)卷入滾筒，直到排頭平展在翻板前沿。

③ 移船鋪放

軟體排鋪設(shè)由專業(yè)鋪排船實(shí)施，并嚴(yán)格按照科學(xué)的施工順序施工，單張軟體排垂直于堤軸線方向鋪設(shè)。

4.2.2 高灘軟體排鋪設(shè)工藝

高灘段蘆葦眾多，施工前需進(jìn)行清基施工，采用人工配合挖機(jī)清除施工。清基結(jié)束后，人工低潮時(shí)鋪設(shè)軟體排排體，鋪設(shè)完成后及時(shí)用外來(lái)砂充灌砂肋進(jìn)行臨時(shí)壓載，避免因潮水上漲而產(chǎn)生排體漂浮。高潮位時(shí)，滿足船舶吃水要求后，采用淺吃水小型吊機(jī)船進(jìn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)鎖塊吊安施工，低潮時(shí)人工綁扎。在聯(lián)鎖塊吊安以前，根據(jù)吊安效率，進(jìn)行區(qū)塊劃分，在排體上布設(shè)并綁扎好漂浮，以便于安放位置的準(zhǔn)確。高灘段軟體排鋪設(shè)工藝流程見(jiàn)圖2。

4.2.3 聯(lián)鎖塊排鋪設(shè)

運(yùn)輸船靠泊專業(yè)鋪排船船邊后，用吊機(jī)或者桁車(chē)將聯(lián)鎖塊吊放平鋪在甲板（含翻板）上的排布上，用直徑14mm丙綸繩將聯(lián)鎖塊聯(lián)結(jié)并與排布上的加筋環(huán)綁扎在一起，連成整體，然后將水下信標(biāo)與排體連接好；此時(shí)啟動(dòng)翻板控制電機(jī)，使排體沿翻板徐徐下沉使排體緊繃。啟動(dòng)滾筒控制電機(jī)放排，放排過(guò)程中逐排將聯(lián)鎖塊吊到相應(yīng)位置，并和排布綁扎好。當(dāng)排體入水到達(dá)河床泥面并有一定富余長(zhǎng)度時(shí)根據(jù)電腦顯示的排體位置緩慢移動(dòng)船位，軟體排緩慢鋪放。重復(fù)以上步驟，直至混凝土聯(lián)鎖塊排鋪放結(jié)束。

4.2.4 砂肋軟體排鋪放

運(yùn)砂船進(jìn)檔后，吊機(jī)將泥漿泵吊入砂船上適當(dāng)位置，將砂肋穿好。開(kāi)動(dòng)高壓水槍，充水到砂船艙內(nèi)，開(kāi)動(dòng)泥漿泵進(jìn)行砂肋充灌。停充前打清水，防止堵管。充灌時(shí)用鉛絲將砂肋袋袖口擰在輸砂管分流口上，打開(kāi)分流口閥門(mén)進(jìn)行充灌。充灌時(shí)輔助以人力踩踏砂肋，使砂流暢通，充灌砂肋從一頭充灌，交錯(cuò)充灌，充灌完成后進(jìn)行移船鋪放。

5 軟體排鋪設(shè)過(guò)程監(jiān)控

船舶定位與控制通過(guò)安裝兩臺(tái)GPS-RTK，使用DP/DT運(yùn)用動(dòng)態(tài)定位控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)船位的監(jiān)控和自動(dòng)移船。

軟體排定位包括翻板監(jiān)控、入水點(diǎn)監(jiān)控、水下軟體排位置和搭接監(jiān)控。在翻板絞車(chē)適當(dāng)位置安裝放出繩長(zhǎng)測(cè)量裝置，可推算出翻板的下放角度，根據(jù)船體的位置可推算出翻板的沿口平面位置和高程。根據(jù)翻板沿口的位置，可推算出軟體排的入水點(diǎn)位置。

為準(zhǔn)確掌握水下軟體排的鋪設(shè)位置與搭接情況，在排體的鋪設(shè)過(guò)程中，采用短基線水下聲學(xué)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行排體的施工定位與監(jiān)測(cè)。短基線水下聲學(xué)測(cè)量系統(tǒng)是載體（如鋪排船）上的水聽(tīng)器陣接收來(lái)自應(yīng)答器（水下信標(biāo)）發(fā)出的信號(hào)，測(cè)出各水聽(tīng)器與應(yīng)答器的斜距值，通過(guò)相應(yīng)的短基線解算關(guān)系獲得應(yīng)答器相對(duì)基陣的三維位置坐標(biāo)。

將水下信標(biāo)綁扎在兩側(cè)排體上，每2個(gè)水下信標(biāo)為1組，每組間距20～30m，利用水下釋放器釋放回收水下信標(biāo)，循環(huán)使用。排體下放整個(gè)過(guò)程，短基線聲吶一直收發(fā)信號(hào)，采集位置數(shù)據(jù)，在軟件界面上以正視圖、側(cè)視圖、3D視圖的形式顯示動(dòng)態(tài)軌跡，實(shí)時(shí)監(jiān)控。

通過(guò)調(diào)整錨纜系統(tǒng)，矯正排體實(shí)際位置，按照預(yù)定位置鋪設(shè)。每鋪完一張軟體排，將在測(cè)量控制單元中形成排體的水下真實(shí)位置，在下一張鋪排施工前，將根據(jù)上一張排體的實(shí)際位置安排下一張排的鋪設(shè)，確保各排體之間的搭接質(zhì)量。

6 工后檢測(cè)

采用帶旁掃功能的多波束對(duì)鋪設(shè)后的水下排體位置和搭接情況進(jìn)行檢測(cè)，連接平面定位系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)相對(duì)位置關(guān)系的改正，可得到精確的平面坐標(biāo)，高精度的水下地形及影像圖。不僅能夠得到軟體排排布鋪設(shè)后的水下地形情況，而且通過(guò)側(cè)掃圖像能直觀地反映排布在水下鋪設(shè)的情況。

同時(shí)可以結(jié)合旁掃聲吶，旁掃聲吶檢測(cè)軟體排的方法與多波束側(cè)掃功能相同，只是旁掃聲吶分辨率更高，且拖魚(yú)能下放一定深度，影像效果更好。通過(guò)軟件回放側(cè)掃聲納影像，可在圖像中點(diǎn)取軟體排四角坐標(biāo)，從而較準(zhǔn)確評(píng)判軟體排的鋪設(shè)效果。

7 結(jié)語(yǔ)

依托長(zhǎng)江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治建筑物工程I標(biāo)段，研究、實(shí)踐、建立了一整套超長(zhǎng)超寬軟體排水下鋪設(shè)的創(chuàng)新工藝及工法，這些施工關(guān)鍵技術(shù)在工程中的成功研究應(yīng)用，有效滿足工程建設(shè)中安全、質(zhì)量、效率的要求，為工程整體的順利推進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。

【參考文獻(xiàn)】

【1】范期錦，金镠，蔡云鶴，等.長(zhǎng)江口深水航道治理工程成套技術(shù)（總報(bào)告）[R].上海：交通部長(zhǎng)江口航道管理局，2006.