超長超寬軟體排技術在深水航道工程中的實踐應用

過繼俞，李會勝

（中交上海航道局有限公司，上海150001）

1 工程概況及實施背景

長江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治建筑物工程I標段是國家加快長江黃金水道建設的重大工程，也是我國“十二五”時期投資規模最大、技術最復雜的內河水運工程。長江南京以下深水航道建設按照“整體規劃、分步實施，自上而下，先通后暢”的原則，采取疏浚與整治相結合的工程措施，建設內容包括：北堤（4888m）、南堤（50m）、頭部潛堤（3500m）、S1丁壩（1300m）、4座北側護堤壩（400m）、新建閘護岸（約2000m）及相應的導助航設施。整治建筑物工程結構形式包括護底結構和堤身結構。護底結構采用軟體排，堤身排體布采用機織布，余排以及高灘段軟體排排體布采用復合土工布。堤身下排體施工期壓載長管狀砂肋，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制板塊作為壓重而形成的一種防沖結構，覆蓋在水流沖刷處，以削減沖擊能量，防止沙土流失，是本工程的關鍵工序。主要結構形式見下圖所示。

2 自然及施工條件

本次航道建設工程位于從長江流域的太倉段至南通河段及新建河附近的新建閘護岸，勘察場區江面寬闊，地貌類型為河口、砂嘴、砂島地貌。長江口為中等強度潮汐河口，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，漲落潮歷時不對稱，漲潮歷時短，落潮歷時長，潮差沿程遞減，落潮歷時沿程遞增，漲潮歷時沿程遞減。在一個潮周期中，漲潮平均流速最大出現在北支口，其值為0.99m/s；落潮平均流速最大出現在白茆沙南水道，其值為1.25m/s。

3 工程重難點

①軟體超長超寬，體量大，工況復雜；

②鋪排時，排體水下準確定位難度大；

③水下鋪排實況監控、排體間搭接長度難以控制。

4 超長超寬軟體排施工技術實踐與應用[1]

本工程軟體排分聯鎖塊排、混合排兩種形式，北側堤高灘段為砼聯鎖塊排，頭部潛堤、S1丁壩、北側堤深水段為混合排結構。根據實際工況結合以往施工經驗，軟體排鋪設采用船舶鋪設工藝和高灘鋪設工藝，船舶鋪設工藝采用鋪排船鋪設，高灘鋪設工藝為人工低潮鋪設、用砂肋臨時壓載，后采用小型吊機船高潮位進點吊安聯鎖塊。

4.1 軟體排加工縫制工藝技術

4.1.1 丈量劃線

在拼接加工前，根據設計圖紙加筋帶以及砂肋套、混凝土聯鎖塊綁扎環的布置情況，在單幅土工布上進行縱、橫丈量劃線，以保證加筋帶以及砂肋套、砂肋間距、混凝土聯鎖塊綁扎環的位置準確。

4.1.2 縫制加筋帶

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

4.1.3 拼幅

加工好的單幅排布，采用包縫法進行拼接，拼幅縫制時機械移動整張排布，前移速度與縫紉機針腳送布速度保持一致。

4.1.4 檢驗、打包、入庫

排體縫好后在拼排機上觀察檢查，檢驗合格后由拼排機直接送入打包，運往成品倉庫保管。

4.2 軟體排鋪設工藝技術

4.2.1 軟體排船舶鋪設工藝（圖1）

①鋪排船定位

鋪排船舶配有計算機、GPS、短基線設備，施工前根據設計要求輸入有關鋪排參數，操作人員根據定位軟件顯示鋪排位置，將鋪排船移動到起始位置。

②卷排布

用吊機將排布吊至甲板上，由工人將鋪排排布展開，排尾拉環和滾筒上鋼纜相系，啟動滾筒開關將排布自動卷入滾筒，直到排頭平展在翻板前沿。

③移船鋪放

圖1 軟體排船舶鋪設工藝流程圖

軟體排鋪設由專業鋪排船實施，并嚴格按照科學的施工順序施工，單張軟體排垂直于堤軸線方向鋪設。

4.2.2 高灘軟體排鋪設工藝

高灘段蘆葦眾多，施工前需進行清基施工，采用人工配合挖機清除施工。清基結束后，人工低潮時鋪設軟體排排體，鋪設完成后及時用外來砂充灌砂肋進行臨時壓載，避免因潮水上漲而產生排體漂浮。高潮位時，滿足船舶吃水要求后，采用淺吃水小型吊機船進點進行聯鎖塊吊安施工，低潮時人工綁扎。在聯鎖塊吊安以前，根據吊安效率，進行區塊劃分，在排體上布設并綁扎好漂浮，以便于安放位置的準確。高灘段軟體排鋪設工藝流程見圖2。

圖2 高灘段軟體排鋪設工藝流程圖

4.2.3 聯鎖塊排鋪設

運輸船靠泊專業鋪排船船邊后，用吊機或者桁車將聯鎖塊吊放平鋪在甲板（含翻板）上的排布上，用直徑14mm丙綸繩將聯鎖塊聯結并與排布上的加筋環綁扎在一起，連成整體，然后將水下信標與排體連接好；此時啟動翻板控制電機，使排體沿翻板徐徐下沉使排體緊繃。啟動滾筒控制電機放排，放排過程中逐排將聯鎖塊吊到相應位置，并和排布綁扎好。當排體入水到達河床泥面并有一定富余長度時根據電腦顯示的排體位置緩慢移動船位，軟體排緩慢鋪放。重復以上步驟，直至混凝土聯鎖塊排鋪放結束。

4.2.4 砂肋軟體排鋪放

運砂船進檔后，吊機將泥漿泵吊入砂船上適當位置，將砂肋穿好。開動高壓水槍，充水到砂船艙內，開動泥漿泵進行砂肋充灌。停充前打清水，防止堵管。充灌時用鉛絲將砂肋袋袖口擰在輸砂管分流口上，打開分流口閥門進行充灌。充灌時輔助以人力踩踏砂肋，使砂流暢通，充灌砂肋從一頭充灌，交錯充灌，充灌完成后進行移船鋪放。

5 軟體排鋪設過程監控

船舶定位與控制通過安裝兩臺GPS-RTK，使用DP/DT運用動態定位控制算法實現對船位的監控和自動移船。

軟體排定位包括翻板監控、入水點監控、水下軟體排位置和搭接監控。在翻板絞車適當位置安裝放出繩長測量裝置，可推算出翻板的下放角度，根據船體的位置可推算出翻板的沿口平面位置和高程。根據翻板沿口的位置，可推算出軟體排的入水點位置。

為準確掌握水下軟體排的鋪設位置與搭接情況，在排體的鋪設過程中，采用短基線水下聲學測量技術進行排體的施工定位與監測。短基線水下聲學測量系統是載體（如鋪排船）上的水聽器陣接收來自應答器（水下信標）發出的信號，測出各水聽器與應答器的斜距值，通過相應的短基線解算關系獲得應答器相對基陣的三維位置坐標。

圖3 短基線設備布設示意圖

圖4 短基線水下聲學測量設備

將水下信標綁扎在兩側排體上，每2個水下信標為1組，每組間距20～30m，利用水下釋放器釋放回收水下信標，循環使用。排體下放整個過程，短基線聲吶一直收發信號，采集位置數據，在軟件界面上以正視圖、側視圖、3D視圖的形式顯示動態軌跡，實時監控。

通過調整錨纜系統，矯正排體實際位置，按照預定位置鋪設。每鋪完一張軟體排，將在測量控制單元中形成排體的水下真實位置，在下一張鋪排施工前，將根據上一張排體的實際位置安排下一張排的鋪設，確保各排體之間的搭接質量。

6 工后檢測

采用帶旁掃功能的多波束對鋪設后的水下排體位置和搭接情況進行檢測，連接平面定位系統，經過相對位置關系的改正，可得到精確的平面坐標，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后的水下地形情況，而且通過側掃圖像能直觀地反映排布在水下鋪設的情況。

圖5 軟體排旁掃實測影像圖

同時可以結合旁掃聲吶，旁掃聲吶檢測軟體排的方法與多波束側掃功能相同，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。通過軟件回放側掃聲納影像，可在圖像中點取軟體排四角坐標，從而較準確評判軟體排的鋪設效果。

7 結語

依托長江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治建筑物工程I標段，研究、實踐、建立了一整套超長超寬軟體排水下鋪設的創新工藝及工法，這些施工關鍵技術在工程中的成功研究應用，有效滿足工程建設中安全、質量、效率的要求，為工程整體的順利推進奠定了堅實基礎，產生了相當的經濟效益和社會效益，推廣應用前景廣闊。