施軍

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

0 引言

軟體排在航道整治工程中較為常用。軟體鋪排利用高強度土工織物縫接成排布，并結合排布上的壓載物形成整體結構，具有隔沙、反濾與防沖刷等多種功能，對維護沿江沿海岸坡穩(wěn)定與航道正常運行具有重要作用。

隨著近年工程技術的發(fā)展，軟體排鋪設技術已在長江南京以下12.5 m深水航道建設工程[1-3]等項目上得以逐步推廣應用。單志浩等[4]研究了一種創(chuàng)新型聯(lián)體軟體排-砂袋護底工藝及其在工程中的應用；李雅婷等[5]運用砂肋軟體排結合塊石預防護實現(xiàn)了大潮差粉砂底質環(huán)境下海堤的防沖刷；董朝明等[6]分析了軟體排縮排原因，提出了利用混凝土構件控制縮排的措施；張才俊等[7]進行了水下軟體排鋪設質量檢測技術的對比分析。由于排布收縮、行船影響及水流干擾等原因，軟體鋪排施工時通常需要在設計圖紙基礎上預留一部分搭接尺寸，以確保排體入水后依舊能滿足設計要求。例如，在長江南京以下12.5 m深水航道工程中，曾嘗試將搭接量縮短至5 m，使得搭接量最優(yōu)化，取得了一定的經(jīng)濟效益。由于軟體排面積巨大，搭接量的減少將可大幅減少材料用量，從而節(jié)約工程造價，故對軟體排鋪設施工工藝的優(yōu)化具有較大的經(jīng)濟與社會效益。

以長江口南槽航道治理一期工程為例，在總結挖掘前人經(jīng)驗的基礎上，通過行船、量測及檢測方面的技術創(chuàng)新，發(fā)展形成了更加有效的軟體鋪排精細化施工工藝，使得軟體排鋪設預留搭接縮減至2 m，進一步節(jié)約了工程材料，實現(xiàn)技術與經(jīng)濟利益的最大化，相關研究成果可為類似項目提供技術借鑒與參考。

1 工程概況

長江口南槽航道治理一期工程位于長江口南槽航道上段（圖1），上游順接長江口深水航道分流魚嘴南線堤，堤身沿江亞南沙南緣向下，航道整治建筑物總長約16 km，0+000—10+000區(qū)段堤頂高程+2.0 m，10+000—14+975區(qū)段堤頂高程+1.5 m，尾段700 m長為2.0 m厚護灘堤，并設置300 m長的過渡段與前段銜接。為防止長江水流沖刷的影響，總長16 km的航道整治建筑物均需要進行護底作業(yè)，設計采用鋪設混凝土聯(lián)鎖塊軟體排，護底面積總計211萬m2，鋪設塊數(shù)達459塊，項目規(guī)模大、任務重。

圖1 工程位置Fig.1 Project location

2 工程難點

1）水文地質復雜

項目位于長江口區(qū)域，屬海陸交匯地帶，受徑流和潮流的雙重影響，水流動力復雜，同時地基土主要為松散狀的砂質粉土和粉砂，地質條件異常復雜。

2）高泥面區(qū)段多

項目施工海船吃水往往在3 m以上，但因存在大量高灘，泥面高程過高的區(qū)域需乘潮施工，特別低的區(qū)域需乘高潮施工或采用小船施工。

3）通航船舶干擾

工程臨近長江口南槽航道，據(jù)統(tǒng)計，南槽航道進出船舶總數(shù)占長江口航道船舶總艘數(shù)的68%，水道內(nèi)航行船舶較多，這使得工程施工船舶穿越航道時受到的干擾較多。

4）生態(tài)環(huán)境敏感

項目所在地生態(tài)環(huán)境構成多樣且獨特，水生生物種群繁多，還涉及中華鱘、江豚、松江鱸等珍稀水生動物，環(huán)境保護要求非常高。

3 施工分析與創(chuàng)新

由于是水上作業(yè)，船舶的定位、控制與穩(wěn)定對軟體排施工質量具有決定性影響[8]。而軟體排鋪設受到的干擾較多，應當在實際施工中結合具體情況靈活調整，以方便軟體排精準投放與固定。鋪排后檢測是對軟體排施工質量的最后復核，確認是否需要調整與補排等工作，因而也非常重要。綜上，本項目施工圍繞關鍵技術點，開展行船精細化、量測精細化以及檢測精細化的技術研究與創(chuàng)新。

3.1 行船精細化

行船走船是軟體排鋪設是否順直的最重要的因素，行船軌跡直接影響到軟體排沉入水底的形態(tài)。20世紀90年代時的軟體排鋪設完全依靠船員經(jīng)驗控制，初代的鋪排軟件通過GPS換算坐標，精度都不是很高。為了實現(xiàn)船舶定位與控制更精準，開發(fā)了最新的鋪排控制軟件，實現(xiàn)行船軌跡的實時顯示，通過可視化定位精度的提高，做到了實時顯示行船軌跡和偏移距離，在行船過程中能直接糾偏，不必等到一次行船后點擊記錄再根據(jù)換算距離進行糾偏。

同時，以往的鋪排軟件需根據(jù)軸線計算每個點應該到的位置，容易出錯。而新鋪排軟件直接將排頭作為目標線，每次行多少就直接加多少，簡單高效。通過以上創(chuàng)新，降低了鋪排船行船的難度，實現(xiàn)了軟體排鋪中行船的直觀化，形成了行船的精細化控制新模式。

3.2 量測精細化

項目所在地為江海交界處，水流動力復雜，有時水面平靜但水底還在漲落潮，極易導致排頭鋪設時無法抵達設計位置，甚至出現(xiàn)翻轉的情況。因此，需要對施工中的量測精度加以提高。通過在鋪排軟件開發(fā)實現(xiàn)CAD底圖添加的功能，結合實時的無驗潮水面高程，導入DWG格式的水底標高導圖，可以直觀反映當前排體與周邊排體的情況，同時可在軟件上直接量測距離，很容易確認軟體排是否偏移以及偏移的大小。實際操作中，可以通過在急漲潮、水深變化快時適當少走船，急落潮時、水深變化慢時適當多走船，大大減少排布拉升縮排或排布變松導致水底堆疊，形成了軟體排鋪設時的量測即時化，實現(xiàn)對軟體排鋪設的動態(tài)控制。

3.3 檢測精細化

長江南京以下12.5 m深水航道工程配備MS1000實時聲吶設備后，相比原來的倒垂法檢測[6]，軟體排鋪設精度得到了提升。MS1000實時聲吶設備系統(tǒng)能實時反映水底情況，但對于施工后的質量特別是連接部位質量的監(jiān)控較弱。為了使軟體排的搭接寬度更小，項目在運用MS1000實時水下成像技術進行過程監(jiān)測的基礎上，鋪設后還采用側掃聲吶對排體搭接及異常部位的質量進行檢測，形成了水下工程檢測質量的雙控模式，提高了檢測結果的精度。

本項目在每張軟體排鋪設后，將側掃聲吶拖魚懸掛在測量船舶一側，根據(jù)已鋪排體的設計位置，利用導航軟件布設測線，測量船舶沿測線航行，同時側掃聲吶系統(tǒng)的顯示單元便可得到水下排體圖像，由于側掃聲吶可掃測至兩側各50 m范圍，而排體寬度為38.5 m，因此由測量船拖引聲吶拖魚可對已鋪排體進行全面檢測。

4 施工情況

軟體排鋪設涉及到水上作業(yè)以及水陸配合，其施工工藝流程主要有卷排、船舶定位、混凝土聯(lián)鎖塊吊安與余排下水、堤身排砂肋沖灌與堤身排下水、余排放排入水并收繩、鋪排后檢測共6個步驟。根據(jù)工程難點分析，由于常規(guī)水深軟體排鋪設不受船舶吃水影響，軟體排制作完成即裝船運至施工現(xiàn)場，便可開始護底鋪排施工。

而對于4+000—6+000段的高灘排位，共計約60塊軟體排，則采用吃水?。ǔ运?.3 m）的高灘鋪排船實施高攤排鋪設，即乘高水位鋪設、低水位坐底，其他施工工藝與常規(guī)水深相同。為提高精度與確保工程質量，本項目所有軟體排均采用MS1000進行實時水下成像技術實時監(jiān)測，鋪設后還采用側掃聲吶進行復檢，見圖2。

圖2 MS1000下水實時掃測Fig.2 Real timescanning of MS1000 launching

5 應用效果

5.1 質量的提升

以往的航道整治項目中，通常設置3～6 m的預留量，且經(jīng)常需要補排。通過本次技術創(chuàng)新，軟體排搭接有了更精準的把控，項目實現(xiàn)了僅需要2 m的預留量就能滿足設計搭接要求。為說明效果，圖3給出了本項目以及項目團隊此前參與的長江某航道工程的軟體排鋪設實際搭接寬度對比圖。

圖3 軟體排搭接對比圖Fig.3 Comparison of soft mattresslapping

由圖3可見，通過技術創(chuàng)新與精細化施工控制，本項目施工有效規(guī)避了急漲落潮的影響。結合實時聲吶監(jiān)測指導走船等措施，軟體排鋪設的質量有了大幅提升，最明顯的是沒有翻折現(xiàn)象，且搭接均勻幾乎可以成1條直線，為減少搭接預留量提供了極為有利的條件。而在以往的長江某航道工程施工中，由于沒有MS1000聲吶設備等輔助，只能依靠初代鋪排軟件的軸線鋪設，無法考慮潮水的影響[9]，所鋪設出來的軟體排整塊上還算完整，但搭接處有3處明顯卷折，而且鋪設的路線也是彎彎曲曲，導致整體搭接不均勻，翻折處還有搭接不足的情況，為保證排體質量，只能加大搭接預留量，導致材料的浪費。

5.2 時間的節(jié)約

根據(jù)實際統(tǒng)計，以100 m長全尺寸排布計算，每張軟體排鋪設約需要7 h，每張排布使用倒垂法檢測大約需要2 h。探摸工作一般是鋪設3～5塊后由潛水員下去探摸，探摸時間必須安排在平潮進行，錯過1個潮水當日就無法進行施工，而且這些檢測方法均屬鋪設后檢測，若搭接有問題只能進行補排處理，沒辦法在過程中及時動態(tài)調整。若使用聲納設備進行實時監(jiān)測與掃描，僅需在行船停止穩(wěn)定后花費1 min的時間讓聲吶設備掃測1圈便可立即反饋水底鋪設情況并及時在鋪設過程中調整?，F(xiàn)以100張鋪排體量為例，分別計算本項目、長江某航道工程的工程耗時，如表1所示。

表1 時間對比表Table 1 Time comparison table

由表1對比發(fā)現(xiàn)，以100張鋪排體量計算，使用新的檢測方法能有效節(jié)約190 h，工作效率提高25%，節(jié)約工期約20 d，工期節(jié)約20%。就本工程而言，直接節(jié)約工作時長約722 h，節(jié)省工期約73 d。

5.3 造價的降低

時間的節(jié)約促成了設備、成本等的節(jié)省，按節(jié)約工期推算，軟體排鋪設分項節(jié)約人員和船舶設備成本73 d。其次，新工藝無需再使用潛水組進行探摸，節(jié)省了探摸的成本。同時將搭接量控制在2 m，每張排有效進尺33.5 m，長江口南槽一期項目設計459張排，實際鋪設481張排，僅增加22張。同樣以長江某航道工程方案作為對比，其使用6 m保3 m方法，本項目理論上應當需要495張才能覆蓋設計面積。采用新工藝可以節(jié)約鋪設14張，大約7萬m2，即節(jié)約排布10萬m2，混凝土聯(lián)鎖塊4 135個，運輸船18臺班，相關造價數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可見，單就經(jīng)濟效益而言，以搭接預留量由3 m縮減至2 m計算，本工程共節(jié)約工程造價約600多萬元，若與更早之前的盲鋪方法進行對比，則能節(jié)約的工程造價更多，可見本次施工技術創(chuàng)新取得了較好的工程效果。

6 結語

針對軟體排施工中的技術難點，以長江口南槽航道治理一期工程為例，系統(tǒng)研究了軟體排施工中行船控制、定位與量測、水下檢測等關鍵技術，得出的主要結論有：

1）通過實時顯示行船軌跡和精確計算偏移距離，降低了鋪排船行船的難度，實現(xiàn)了行船的精細化控制新模式，方便了軟體排精準投放與固定施工。

2）結合實時的無驗潮水面高程，導入DWG格式的水底標高導圖，直觀反映當前排體與周邊排體的情況，形成了軟體排鋪設時的量測動態(tài)化，實現(xiàn)對軟體排鋪設的動態(tài)控制。

3）在運用MS1000實時水下成像技術的基礎上，采用側掃聲吶對排體搭接及異常部位的質量進行檢測，形成了水下工程檢測質量的雙控模式，提高了檢測結果的精度。

4）通過行船、量測及檢測精細化技術創(chuàng)新，發(fā)展形成了更加有效的軟體鋪排精細化施工工藝，使得軟體鋪排預留搭接縮減至2 m，在實際工程應用中有較好的適用性。

5）本項目施工工藝在質量提升、時間節(jié)約以及造價節(jié)省等方面均有突出的優(yōu)越性，具有良好的應用效果與推廣前景。