倒運海水道整治工程斗朗—川槎大橋段實船適航試驗

陳士清

(中國鐵建港航局集團有限公司，廣東 珠海 519000)

倒運海水道整治工程位于珠江口東岸的東莞市境內(nèi)，全長19 km。倒運海水道流經(jīng)東江三角洲中部，是東江三角洲4條主要出海水道之一，在帶動?xùn)|莞市西部產(chǎn)業(yè)帶發(fā)展，溝通東江上游地區(qū)、東江干流上段區(qū)域與虎門港、南沙港等方面發(fā)揮著重要作用。

倒運海水道設(shè)一類標，通航保證率為90%。倒運海水道航道整治工程劃分為3段進行航道整治，其中，斗朗—川槎大橋按通航500噸級內(nèi)河船舶標準建設(shè)，航道設(shè)計尺度為3.4 m×55 m×330 m(水深×寬度×彎曲半徑，下同)；川槎大橋—水鄉(xiāng)大道淡水河大橋段按通航1 000噸級內(nèi)河船舶標準建設(shè)(兼顧港澳線)，航道設(shè)計尺度為4.0 m×135 m×670 m；水鄉(xiāng)大道淡水河大橋—河口(角尾)按通航3 000噸級內(nèi)河船舶標準建設(shè)，航道設(shè)計尺度為3.4 m×55 m×330 m[1]。倒運海水道航道整治工程已于2016年底施工完成并交付驗收，為驗證航道是否達到整治標準的通航要求，組織開展實船試航試驗[2]。

實船試驗河段受潮汐影響大，水文條件與普通內(nèi)河顯著不同，且通航條件極為復(fù)雜。本文以此次實船適航試驗項目為依托，介紹航道實船適航試驗段的選擇、試驗船舶和試驗項目的選取，以及測試方法的科學(xué)、有效性，并對實船適航試驗結(jié)果進行綜合評價，以期為類似航道整治工程的實船適航綜合驗證提供借鑒。

1 試驗河段和試驗船舶的選擇

1.1 試驗河段選取

對全部航段進行實船試驗耗費較多的人力、物力，結(jié)合航道使用現(xiàn)狀，綜合分析，選定其中一段進行實船試驗。斗朗—川槎大橋段河段長6 km，按通航500噸級內(nèi)河船舶標準建設(shè)。該河段橋梁密度較大、碼頭較多、河道較窄，平均河寬在250 m以內(nèi)，與中堂水道交叉相通，通航環(huán)境較為復(fù)雜，實船試航意義較大。

本次實船試驗段選取從川槎大橋下游1.2 km左右的新建3#塔標—斗朗約7.2 km河段[3]，其地理位置見圖1。

圖1 倒運海水道整治工程地理位置

1.2 試驗船舶的選取

試驗船舶選用兩艘500噸級自航駁——桂平南貨8868船(簡稱A船，見圖2)和粵封開貨3333船(簡稱B船)，兩艘船舶尺度基本一致，長49.0 m、寬9.8 m、吃水2.8 m，方形系數(shù)約0.705，與設(shè)計代表船型(長49.0 m、寬11.5 m、吃水2.4 m；長49.9 m、寬12.8 m、吃水2.4 m；長49.9 m、寬10.6 m、吃水2.5 m)接近，試航載質(zhì)量約643 t[4]。考慮本航段限高7.5 m，兩船均將信號燈塔放倒，燈塔放倒后兩船凈高(吃水線至船頂最高點)分別為6.0、6.5 m。兩艘試航船舶為平板式結(jié)構(gòu)，推進采用雙機雙舵，用車轉(zhuǎn)速為550～1 500 rmin，滿載航速約12.0 kmh，左、右滿舵為35°，配備專用雷達和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)輔助導(dǎo)航，符合實船試驗試航要求。實航時要求駕引人員技術(shù)熟練且熟悉本航道的水性和航法。

圖2 桂平南貨8868船

2 試驗?zāi)康摹?nèi)容和試驗環(huán)境

2.1 試驗?zāi)康?/h3>

1)驗證整治后的航道技術(shù)參數(shù)(主要指航道尺度、流態(tài)等)的合理性。

2)檢驗航道航標配布的合理性。

3)綜合驗證航道是否達到整治標準的通航要求[5]。

2.2 試驗內(nèi)容

1)在試驗河段范圍內(nèi)，試驗船舶沿設(shè)計航線同時上、下水滿載航行各1次，相向航行1次。

2)A、B船分別從川槎大橋上、下游相向而行同時過川槎大橋。

3)A船先起航通過槎滘大橋，B船在4#塔標起航，相向航行在中堂水道交匯口下游約140 m處會船。

4)A、B船同時上水起航，距離中堂水道交匯口下游900 m左右的4#塔標附近進行一次超越(A船超越B船)。

5)A、B船同時下水航行，下行過槎滘大橋橋區(qū)航標后進入彎道前進行一次超越(A船超越B船)。

實船試驗前對試驗段斗朗—川槎大橋段水深地形圖測量。水深地形測量采用回聲測深儀和全球定位系統(tǒng)(GPS)等構(gòu)成的數(shù)字化自動測深系統(tǒng)測量，橋梁等涉航建筑物通航凈空尺度、外輪廓測量，采用徠卡TS50型無棱鏡全站儀連接電腦實時測繪。試驗進度計劃見表1。

表1 試驗進度計劃

2.3 試驗環(huán)境

1) 倒運海水道屬潮汐河段，水位變化主要受潮位影響。

2)試驗天氣晴朗，河面風(fēng)況為東風(fēng)1～2級,風(fēng)速較小；能見度較好，航路清晰；氣溫為27～32 ℃，濕度約為85%。

3)整個航槽內(nèi)水深狀況良好，川槎大橋以上保持在3.4 m以上，川槎大橋以下保持在4.0 m以上。

3 試驗過程

3.1 測試方法

1)表面流速、流向觀測采用浮標+差分GPS的測量方法[6]。將GPS-RTK(RTK為載波相位差分技術(shù))接收機安裝固定在浮標上。采用GPS-RTK進行位置和時間的采集，通過記錄的距離和時間計算得到實時流速。布設(shè)3條浮標測線，測流定位點間距不超過圖上15 mm，定位計時精確到秒。分別在漲、退潮期間各觀測一次。

2)航跡測試采用GPS-RTK的方法，同時用于對岸航速vL和漂角β基于航跡數(shù)據(jù)等分析計算。在測試航段附近岸邊設(shè)一個GNSS基準站和校對站，在每艘船距艏端、艉端若干米的地點設(shè)置GPS-RTK流動站，按規(guī)定測試間隔時間(15 s)同步測試記錄航速、航向、方位，繪制航跡圖。

3)船隊的操縱性能的有關(guān)參數(shù)(航向、航速、主機轉(zhuǎn)速、用車、船舶橫傾角、舵角等)采用船模軌跡攝像定位測控儀CMC-1的航行參數(shù)專用接口進行測試。試驗指揮所設(shè)立在船舶駕駛室內(nèi)。

4)風(fēng)速測量在試驗船上通過時由岸上測試人員用風(fēng)速儀完成測量。

5)水位觀測分別在川槎大橋、中堂水道交匯口下游彎道處、斗朗(6#塔標)共布設(shè)3把臨時觀測水尺，基本能反映出整個試驗河段的水位變化情況[7]。

水位觀測從試驗開始時間至結(jié)束時間、每10 min進行一次(包括整點)，分別在實船適航試驗時段內(nèi)逐時連續(xù)觀測。水尺零點高程采用四等水準要求進行引測，水尺讀數(shù)精確到0.01 m。

測試使用的主要的儀器設(shè)備為：5套iRTK2型中海達GNSS接收機，誤差為(8±10-6D)mm(D為距離)；3套Trimble R6-2型天寶GNSS接收機，誤差為(5±10-6D)mm(D為距離)；1套徠卡TS50型DJ05級全站儀，測角精度0.5″，測距誤差為(2±2×10-6D)mm(D為距離)；1套徠卡NA2型DS1級自動安平水準儀，精度為1 mmkm；1套HD-370型測深儀，誤差為(±2+10-3d)cm(d為測深)，測深范圍為0.3～300 m；1套CMC-1型船模軌跡攝像定位測控儀，測角分辨率為0.01°；1套EDK-1型風(fēng)速風(fēng)向儀，風(fēng)速誤差為±0.4 ms。

3.2 實船適航試驗

1)采用常車上、下水對岸航速vL分別控制為1.82和2.89 ms,上、下水分別歷時約61和38 min；船舶與航標(或河岸)之間的最小安全距離31.1 m；船舶與橋墩的最小安全距離17.9 m；操舵均采用小于10°的舵量調(diào)整航向(除彎道以外)，漂角均小于10°(除彎道用舵的影響以外)。根據(jù)對試驗操舵數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，航行最大用舵角是下水同向A船超越B船時的18.4°，操舵角均未超過設(shè)計規(guī)定的±25°，5次實船試驗均能圓滿完成。

2)根據(jù)GB 50139—2014《內(nèi)河通航標準》的規(guī)定，按照試驗條件下河段按雙線通航500噸級代表性船型計算出航道寬度B2=55 m,小于試驗河段最窄處的200 m。

4)總體航態(tài)良好，上、下水航行較為順暢。上水航跡帶寬度Bmax為14.3 m，通過槎滘大橋時最小橋墩距Δbmin約為21.2 m，大于上水要求的9.80 m；下水航行航跡帶寬度Bmax為15.3 m，通過川槎大橋和橫涌海特大橋段時最小橋墩距Δbmin約為20.2 m，大于下水要求的19.60 m。需要注意的是，在通過中堂水道區(qū)(最窄且彎道航區(qū))，須雷達輔助觀察岔口盲區(qū)船只動向，操控須小心謹慎，鳴笛以示對方注意。

3.3 川槎大橋區(qū)會船試驗

川槎大橋橋區(qū)會船時，A、B船分別從川槎橋區(qū)上、下游啟航，在09:56 A與B船相向沿各自航線穿過川槎大橋，航行狀態(tài)良好，整個航程駕引視線清晰，航標設(shè)置合理，駕引無難度，橋區(qū)段200 m范圍內(nèi)，A、B船平均對岸航速vL分別為1.81、1.90 ms相向行駛，最大舵角分別為3.1°、5.3°，最大漂角分別為1.68°、4.12°，會船間距為67.1 m，其各項航行指標均滿足有關(guān)規(guī)程、規(guī)范及船舶河道上、下水安全航行指標。

3.4 彎道會船試驗

A與B船相向而行，于14:55在中堂水道會船，在會船段200 m范圍內(nèi)，A與B船平均對岸航速vL分別為2.0、1.69 ms相向行駛，最大舵角分別為8.3°、6.3°，最大漂角分別為4.28°、7.58°，A、B船航帶寬度分別為12.1、18.7 m，會船間距為32.7 m，大于會超船間距最小要求的14.70 m；兩船總體航態(tài)良好，各項航行指標均滿足規(guī)范及安全通航要求。

3.5 超越試驗

1)上水A船追超B船安排在4#塔標附近，用時171 s，超越段范圍約450 m，A船保持2.63 ms的對岸航速，最大舵角為6.1°，最大漂角為4.21°；B船降低至1.69 ms的對岸航速，最大舵角為5.7°，最大漂角為3.10°，會船間距約為26.2 m，大于會超船間距14.70 m。

2)中堂水道上游段A船下水追超B船，用時178 s，超越段500 m范圍，兩船進入中堂水道前A船加速至2.83 ms的對岸航速，操左舵占用上水航線；B船降低航速至1.67 ms的對岸航速，兩船最大舵角分別為11.2°、17.1°，最大漂角分別為11.42°、13.70°，兩船會船間距為30.2 m。A船超越B船須雷達輔助觀察，駕引應(yīng)小心謹慎，須鳴笛給予相向會船船舶或岔口出入船舶警示信號。

上下水超越試驗，A、B船航態(tài)良好，其各項航行指標均滿足規(guī)范及船舶河道上、下水安全航行指標。

4 航標觀測

對沿程的航標主要采用觀測的方法。A船在試驗段從上游至下游,B船從下游至上游，在日間對沿程的航標進行觀測，觀測航標的助航能力和顯形情況。

1)本試驗段設(shè)置高7.0 m塔標5座(其中左右通航標1座)；在川槎大橋、橫涌海特大橋、槎滘大橋各有側(cè)面標4座，斗朗處左右通航浮標1座；鳴笛標4座，指路牌2座。航標配布見圖3，航標配布情況見表2。

圖3 航標配布

表2 航標配布情況

2)本航道屬于一類標配布，在實船上觀測，航道內(nèi)航標能在日間從一座標志看到次一座標志，配布的航標夜間全部發(fā)光(晚間觀察)。最大航標之間的距離為1.1 km，高7.0 m塔標的視距范圍可以達到4 km，航標的平面布置符合GB 5863—1993《內(nèi)河助航標志》中的配布原則和配布類別(日間)的要求，能夠順利地引導(dǎo)船舶通過橋區(qū)、彎道、河口，航標配布是符合規(guī)范的、合理的。

5 結(jié)論

1)500噸級滿載試航船舶沿設(shè)計航線上下水航行、川槎大橋會船、中堂水道段會船及上下水追超船試驗等各項航行指標，均滿足規(guī)程規(guī)范及船舶河道上、下水安全航行的要求。

2)川槎大橋以上水深保持在3.4 m以上，川槎大橋以下保持在4.0 m以上，適航試驗河段水深狀況良好。航道寬度為55 m，最小彎曲半徑為330 m，可以滿足500噸級內(nèi)河船舶的通航要求，沿程航標設(shè)置合理，可較好地導(dǎo)引船舶航行。

3)本航段中堂水道段最窄且處彎道航區(qū)，兩岸碼頭較多，航區(qū)較為復(fù)雜，操控船舶應(yīng)小心謹慎，須用雷達輔助觀察岔口盲區(qū)船只動向，須鳴笛給予相會船舶或岔口出入船舶警示信號，注意避讓。

4)倒運海水道航道水位變化主要受控于潮位波動變化，此次試航的500噸級自航駁須將船頂信號燈塔放倒才可順利通過川槎大橋橋區(qū)，潮位上漲對行船過橋不利，橋區(qū)兩側(cè)雖安裝防護欄和提示高度顯示牌，但仍可能發(fā)生擦碰事故，建議來往船舶密切關(guān)注警示信息，嚴格遵守航行規(guī)則，超過限高時必須倒桅減速安全通行，倒桅后高度仍受限時，必須繞道或禁止通行。