超长超宽软体排技术在深水航道工程中的实践应用

过继俞 李会胜

【摘 要】护底软体排作为长江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治建筑物工程I标段主要施工内容之一，施工体量大，工况条件复杂，超长超宽软体排的首次实践应用缺乏历史经验参考，如何高效、安全推进软体排施工（关键工序）一直是整个工程顺利推进的关键，中交上航局利用多年的铺排经验和新型改造的专业装备，积极探索新工艺，确保质量受控。

【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.

【关键词】软体排；超长超宽；短基线；旁扫声呐

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

【中图分类号】U656.5 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）05-0186-03

1 工程概况及实施背景

长江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治建筑物工程I标段是国家加快长江黄金水道建设的重大工程，也是我国“十二五”时期投资规模最大、技术最复杂的内河水运工程。长江南京以下深水航道建设按照“整体规划、分步实施，自上而下，先通后畅”的原则，采取疏浚与整治相结合的工程措施，建设内容包括：北堤（4888m）、南堤（50m）、头部潜堤（3500m）、S1丁坝（1300m）、4座北侧护堤坝（400m）、新建闸护岸（约2000m）及相应的导助航设施。整治建筑物工程结构形式包括护底结构和堤身结构。护底结构采用软体排，堤身排体布采用机织布，余排以及高滩段软体排排体布采用复合土工布。堤身下排体施工期压载长管状砂肋，直径0.3m，间距1.0m，排体间搭接宽度不小于2m。软体排是利用土工织物缝接成一定尺寸的排布，在排布上加铰链接混凝土预制板块作为压重而形成的一种防冲结构，覆盖在水流冲刷处，以削减冲击能量，防止沙土流失，是本工程的关键工序。主要结构形式见下图所示。

2 自然及施工条件

本次航道建设工程位于从长江流域的太仓段至南通河段及新建河附近的新建闸护岸，勘察场区江面宽阔，地貌类型为河口、砂嘴、砂岛地貌。长江口为中等强度潮汐河口，最大潮差4m以上，最小潮差0.02m。在径流与河床边界条件阻滞下，潮波变形明显，涨落潮历时不对称，涨潮历时短，落潮历时长，潮差沿程递减，落潮历时沿程递增，涨潮历时沿程递减。在一个潮周期中，涨潮平均流速最大出现在北支口，其值为0.99m/s；落潮平均流速最大出现在白茆沙南水道，其值为1.25m/s。

3 工程重难点

①软体超长超宽，体量大，工况复杂；

②铺排时，排体水下准确定位难度大；

③水下铺排实况监控、排体间搭接长度难以控制。

4 超长超宽软体排施工技术实践与应用[1]

本工程软体排分联锁块排、混合排两种形式，北侧堤高滩段为砼联锁块排，头部潜堤、S1丁壩、北侧堤深水段为混合排结构。根据实际工况结合以往施工经验，软体排铺设采用船舶铺设工艺和高滩铺设工艺，船舶铺设工艺采用铺排船铺设，高滩铺设工艺为人工低潮铺设、用砂肋临时压载，后采用小型吊机船高潮位进点吊安联锁块。

4.1 软体排加工缝制工艺技术

4.1.1 丈量划线

在拼接加工前，根据设计图纸加筋带以及砂肋套、混凝土联锁块绑扎环的布置情况，在单幅土工布上进行纵、横丈量划线，以保证加筋带以及砂肋套、砂肋间距、混凝土联锁块绑扎环的位置准确。

4.1.2 缝制加筋带

丈量划好线以后，在单幅土工布上进行加筋带以及砂肋套、混凝土联锁块绑扎环的缝制。

4.1.3 拼幅

加工好的单幅排布，采用包缝法进行拼接，拼幅缝制时机械移动整张排布，前移速度与缝纫机针脚送布速度保持一致。

4.1.4 检验、打包、入库

排体缝好后在拼排机上观察检查，检验合格后由拼排机直接送入打包，运往成品仓库保管。

4.2 软体排铺设工艺技术

4.2.1 軟体排船舶铺设工艺（图1）

①铺排船定位

铺排船舶配有计算机、GPS、短基线设备，施工前根据设计要求输入有关铺排参数，操作人员根据定位软件显示铺排位置，将铺排船移动到起始位置。

② 卷排布

用吊机将排布吊至甲板上，由工人将铺排排布展开，排尾拉环和滚筒上钢缆相系，启动滚筒开关将排布自动卷入滚筒，直到排头平展在翻板前沿。

③ 移船铺放

软体排铺设由专业铺排船实施，并严格按照科学的施工顺序施工，单张软体排垂直于堤轴线方向铺设。

4.2.2 高滩软体排铺设工艺

高滩段芦苇众多，施工前需进行清基施工，采用人工配合挖机清除施工。清基结束后，人工低潮时铺设软体排排体，铺设完成后及时用外来砂充灌砂肋进行临时压载，避免因潮水上涨而产生排体漂浮。高潮位时，满足船舶吃水要求后，采用浅吃水小型吊机船进点进行联锁块吊安施工，低潮时人工绑扎。在联锁块吊安以前，根据吊安效率，进行区块划分，在排体上布设并绑扎好漂浮，以便于安放位置的准确。高滩段软体排铺设工艺流程见图2。

4.2.3 联锁块排铺设

运输船靠泊专业铺排船船边后，用吊机或者桁车将联锁块吊放平铺在甲板（含翻板）上的排布上，用直径14mm丙纶绳将联锁块联结并与排布上的加筋环绑扎在一起，连成整体，然后将水下信标与排体连接好；此时启动翻板控制电机，使排体沿翻板徐徐下沉使排体紧绷。启动滚筒控制电机放排，放排过程中逐排将联锁块吊到相应位置，并和排布绑扎好。当排体入水到达河床泥面并有一定富余长度时根据电脑显示的排体位置缓慢移动船位，软体排缓慢铺放。重复以上步骤，直至混凝土联锁块排铺放结束。

4.2.4 砂肋软体排铺放

运砂船进档后，吊机将泥浆泵吊入砂船上适当位置，将砂肋穿好。开动高压水枪，充水到砂船舱内，开动泥浆泵进行砂肋充灌。停充前打清水，防止堵管。充灌时用铅丝将砂肋袋袖口拧在输砂管分流口上，打开分流口阀门进行充灌。充灌时辅助以人力踩踏砂肋，使砂流畅通，充灌砂肋从一头充灌，交错充灌，充灌完成后进行移船铺放。

5 软体排铺设过程监控

船舶定位与控制通过安装两台GPS-RTK，使用DP/DT运用动态定位控制算法实现对船位的监控和自动移船。

软体排定位包括翻板监控、入水点监控、水下软体排位置和搭接监控。在翻板绞车适当位置安装放出绳长测量装置，可推算出翻板的下放角度，根据船体的位置可推算出翻板的沿口平面位置和高程。根据翻板沿口的位置，可推算出软体排的入水点位置。

为准确掌握水下软体排的铺设位置与搭接情况，在排体的铺设过程中，采用短基线水下声学测量技术进行排体的施工定位与监测。短基线水下声学测量系统是载体（如铺排船）上的水听器阵接收来自应答器（水下信标）发出的信号，测出各水听器与应答器的斜距值，通过相应的短基线解算关系获得应答器相对基阵的三维位置坐标。

将水下信标绑扎在两侧排体上，每2个水下信标为1组，每组间距20～30m，利用水下释放器释放回收水下信标，循环使用。排体下放整个过程，短基线声呐一直收发信号，采集位置数据，在软件界面上以正视图、侧视图、3D视图的形式显示动态轨迹，实时监控。

通过调整锚缆系统，矫正排体实际位置，按照预定位置铺设。每铺完一张软体排，将在测量控制单元中形成排体的水下真实位置，在下一张铺排施工前，将根据上一张排体的实际位置安排下一张排的铺设，确保各排体之间的搭接质量。

6 工后检测

采用带旁扫功能的多波束对铺设后的水下排体位置和搭接情况进行检测，连接平面定位系统，经过相对位置关系的改正，可得到精确的平面坐标，高精度的水下地形及影像图。不仅能够得到软体排排布铺设后的水下地形情况，而且通过侧扫图像能直观地反映排布在水下铺设的情况。

同时可以结合旁扫声呐，旁扫声呐检测软体排的方法与多波束侧扫功能相同，只是旁扫声呐分辨率更高，且拖鱼能下放一定深度，影像效果更好。通过软件回放侧扫声纳影像，可在图像中点取软体排四角坐标，从而较准确评判软体排的铺设效果。

7 结语

依托长江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治建筑物工程I标段，研究、实践、建立了一整套超长超宽软体排水下铺设的创新工艺及工法，这些施工关键技术在工程中的成功研究应用，有效满足工程建设中安全、质量、效率的要求，为工程整体的顺利推进奠定了坚实基础，产生了相当的经济效益和社会效益，推广应用前景广阔。

【参考文献】

【1】范期锦，金镠，蔡云鹤，等.长江口深水航道治理工程成套技术（总报告）[R].上海：交通部长江口航道管理局，2006.