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

過繼俞，李會(huì)勝

（中交上海航道局有限公司，上海150001）

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)段是國家加快長(zhǎng)江黃金水道建設(shè)的重大工程，也是我國“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

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)往成品倉庫保管。

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，排尾拉環(huán)和滾筒上鋼纜相系，啟動(dòng)滾筒開關(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

圖1 軟體排船舶鋪設(shè)工藝流程圖

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)工藝流程見圖2。

圖2 高灘段軟體排鋪設(shè)工藝流程圖

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。開動(dòng)高壓水槍，充水到砂船艙內(nèi)，開動(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，打開分流口閥門進(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)過程監(jiān)控

船舶定位與控制通過安裝兩臺(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）上的水聽器陣接收來自應(yīng)答器（水下信標(biāo)）發(fā)出的信號(hào)，測(cè)出各水聽器與應(yīng)答器的斜距值，通過相應(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)。

圖3 短基線設(shè)備布設(shè)示意圖

圖4 短基線水下聲學(xué)測(cè)量設(shè)備

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，而且通過側(cè)掃圖像能直觀地反映排布在水下鋪設(shè)的情況。

圖5 軟體排旁掃實(shí)測(cè)影像圖

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，且拖魚能下放一定深度，影像效果更好。通過軟件回放側(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

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。