起重船水上精確拋石施工技術探索

嵇文遠 楊杰 田棟 鄧志鵬

摘 要：水上拋石施工的技術核心在于石塊深入水底后的成形質量。成形質量的關鍵在于將數量準確的石料拋至準確的位置。目前施工工藝簡單、受水流影響大，塊石成形質量有待提高。分析總結長江干線武漢至安慶段6米水深航道整治工程（Ⅲ標段）起重船拋石施工技術。起重船拋石主要優勢有：采用吊斗拋石，每斗石料經過稱重實現拋石量精確控制;通過現場水深、水流計算漂移距，推算水面拋石點;采取3GPS精確定位提高拋石位置精度;細分網格及精準計算各網格拋投量。通過理論計算、現場實踐，持續改進，實現了精確拋石、成形效率提高的目標。

關鍵詞：護坡;GPS定位;稱重;系統

中圖分類號：U615.5 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）02-0143-03

水上拋石施工主要采取長臂挖掘機行走于平板定位船，將綁靠與平板定位船的平板運輸船的塊石通過撥、勾等操作將塊石投入水下。水上拋石施工主要工序流程有石料進場、定位船定位、石料拋投、水下地形測量。定位船裝有2GPS可實現船舶的精準定位，通過地形測量分析拋石成形質量。在具體拋石作業時，施工員對漂移距、拋石順序及網格拋石量的計劃，挖機操作員對挖機位置及每斗下拋量的掌握均會對拋石效果產生影響。拋石質量受施工員、挖機操作員素質影響大。為此，在長江干線武漢至安慶段6米水深航道整治工程（Ⅲ標段）施工過程中，通過理論分析與施工實踐提出采取起重船拋石，按斗稱重拋投、3GPS定位、網格細分及網格量計算、拋投計算、開發起重船拋石系統等方法，成功地提高了拋石成形質量。

1起重船與平板船拋石施工工藝對比

1.1 起重船與平板船參數選擇

為保證船舶性能穩定選用船齡小于15年的起重船“常連海浮04”、平板定位船“天航6”（船舶基本參數見表1）進行對比分析。

1.2起重船與平板船拋石施工工藝對比

平板船拋石施工主要工藝流程為定位船定位、運石船綁靠、挖機（行走于定位船）拋石。起重船拋石施工主要工藝流程為起重船定位、運石船綁靠、石料裝斗、起重機拋石、拋石分析。平板船拋石由挖掘機司機操縱挖掘機將石料從平板運輸船撥或勾下，每次拋石時具體拋石位置及拋石量由挖掘機司機依其經驗進行判斷。因此，拋石位置、拋石量無法精確控制。而起重船拋石時料斗由挖機裝料，裝滿后進行拋石。因此，所拋石量粗略地由所拋斗數計算。通過讀取起重機每次起重重量可精確計量拋石量。目前拋石定位船普遍安裝2臺GPS，進行平面定位。定位船由2GPS可以實現船舶平面精確定位，平板定位船船身劃線輔助挖掘機進行拋石位置定位，基本滿足施工要求。但起重船拋石時，起重吊機在左右旋轉、前后伸縮時，其位置由起重機操作員根據經驗確定，精度低、隨意性強。為此，在起重機頂端增設1臺專門用于拋石點定位的GPS設備，可實現拋投點精確定位。

1.3起重船及平板船拋石施工對比結論

在起重機頂端增設1臺GPS后，起重船拋石比平板船拋石的石料量計量精度高、拋石定位精確。另外，起重船拋石所采用的石料運輸船為大型深艙船，石料裝載量大，減少了運輸船綁靠次數及綁靠時間。經過現場統計，起重船拋石每天比平板船多拋石約200m?。

2起重拋石網格劃分

2.1漂移距

拋投前應先測定拋石區的水深和流速，然后根據公式計算和現場實驗綜合確定拋石漂距。塊石拋入水中，在落入河床之前，在水流作用下，漂移距離（ Ld ）與流速有水深成正比，常用下式進行估算。

式中：V——表面流速（m/s）;

H——水深（m）;

W——塊石重量（kg）。

上式為經驗公式，有具體應用前應根據現場實驗結果進行優化調整。

2.2網格劃分

以往的平板定位船拋石施工中通常根據船長將拋石網格劃分為長30m（船長方向）、寬20～30m的大網格，計算好每個大網格的拋石量后，再將大網格劃分為長30m、寬1.5～2m的小網格，將大網格內的拋石量平均分配至各個小網格中。采取此方法的主要原因是，平板定位船上挖機司機在平板船的移位與拋石量無法做到精準，所以沒有進一步進行網格細分。

裝有3GPS的起重船拋石時可實現在水面以上的精確定點、定量拋石。因此可以進一步進行網格劃分，提高拋石精度。例如要求拋石厚度為2m，而拋石船一斗裝石8m?，則可將網格劃分為2m×2m的網格，每網格拋石一斗。若拋石非整斗方量，可根據起重機起重重量計量。當拋石以標高進行驗收時，因地面地形起伏，所以每個網格的拋石量均應單獨計量。此時可用計算機計算每個網格方量，在拋石時根據起重機顯示拋石量進行精準拋投。

2.3拋投點計算

根據地形計算的拋石量為實際河床位置需要成形的石料量。但石料是從水面投入水中，受水流作用后著落于河床。因此還須將河床拋石量、拋石位置換算為水面拋石量及拋投點。主要計算步驟有：①計算每個網格達到設計標高所需的拋石量;②計算漂移距;③確定拋石點。計算好拋石點及拋石量后按拋石點、拋石量進行拋石。

3起重船拋石系統開發

目前的定位船拋石系統僅能實現船舶定位功能，未能充分發揮計算機的計算、分析、管理能力，因此為起重船開發專用拋石系統。起重船拋石系統主要功能有數據導入、輔助定位、石料稱量、拋投點定位及拋石、數據分析，見圖 5。

需要導入系統的主要數據包括拋石區域地形圖、拋石網格劃分、網格拋石量、水位、流速等施工基礎數據。由上述基礎數據計算將要拋投的網格拋石所需石料重量及拋投點位置。通過船舶定位系統及實時GPS定位輔助起重船進點，并實時顯示船舶在施工區的位置。拋石料斗由挖機裝料后，起重機吊起吊斗并稱量石料重量。起重機在操作人員操縱下根據實時顯示的吊點位置，將吊機吊點移至拋投點進行拋石。完成每斗拋石后，拋石系統自動記錄每斗拋石的重量（換算后的方量）、拋投點位置、水流、水位、河床標高等基礎數據。并統計分析各網格已完成的拋石量及待拋石料量，以指導下一斗的拋石。系統數據自動統計分析、同步上傳，并生成需要的報告。

4結語

通過起重定位船拋石施工工藝與平板定位船施工工藝對比發現，裝有3GPS的起重定位船拋石采用吊斗進行拋石，相較于平板定位船的挖機拋石，每斗的拋石量及拋石位置可得到較好控制，拋石量準確、拋石位置精準。根據原始地面及設計拋石要求，計算各網格拋石量及成形后石料重心位置，結合水位、水流計算水面拋石點位置。起重船拋石系統可實現船舶定位、拋石點計算、拋石情況記錄與分析、報表生成等功能，方便施工操作、拋石統計分析及管理，提高了拋石的管理水平。