盧明星 中交廣州航道局有限公司

1.耙吸式挖泥船的特點(diǎn)分析

1.1 耙吸式挖泥船的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）航行性能突出。隨著疏浚設(shè)備的改造升級(jí)，耙吸式挖泥船的硬件配置水平有所提高，例如在船艏安裝橫向推進(jìn)器，在此裝置的輔助下，可提升船舶的機(jī)動(dòng)性，以便更好地操縱。

（2）施工效率高。在耙吸式挖泥船的日常運(yùn)行中，無需拋錨、固定纜索，僅憑借設(shè)備自身即可實(shí)現(xiàn)自航、自挖、自載、自卸各項(xiàng)動(dòng)作，能夠在滿足疏浚要求的同時(shí)提高施工效率。

（3）經(jīng)濟(jì)效益高。由于耙吸式挖泥船性能良好，可高效推進(jìn)作業(yè)進(jìn)程，降低成本投入。

1.2 耙吸式挖泥船的不足之處

經(jīng)前述分析，闡述了耙吸式挖泥船的優(yōu)勢(shì)，但也需注意到其在應(yīng)用中的不足之處，例如：若現(xiàn)場(chǎng)存在大顆粒的黏土和砂石，耙吸式挖泥船的運(yùn)行效率相對(duì)較低；在泥沙的挖掘活動(dòng)中，配套的泥泵存在較強(qiáng)的真空吸力，在此作用下，原本存在于水域中的水將進(jìn)入泥艙內(nèi)，導(dǎo)致單次挖泥量下降。

2.自航耙吸式挖泥船RTK無驗(yàn)潮技術(shù)及自動(dòng)潮位遙報(bào)裝置

2.1 工程概況

圖1 設(shè)計(jì)開挖標(biāo)準(zhǔn)斷面（單位：m)

2.2 RTK無驗(yàn)潮原理

RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的精度較高，采用到載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，在野外可達(dá)到厘米級(jí)定位精度。其中，無驗(yàn)潮水深測(cè)量技術(shù)具有代表性，在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用中，先設(shè)基站（岸上）和移動(dòng)站（船舶上），經(jīng)過測(cè)量后，綜合RTK高程數(shù)據(jù)和船舶參數(shù)，基于此類數(shù)據(jù)展開計(jì)算，實(shí)時(shí)確定船舶的高程，再對(duì)比分析計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)高程，判斷兩者的差值，據(jù)此動(dòng)態(tài)調(diào)整下耙深度。

無驗(yàn)潮數(shù)學(xué)模型，如圖2所示。在確定船舶的參數(shù)后，結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算，明確海水面至GPS接收機(jī)高程，進(jìn)而根據(jù)該項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)時(shí)的高程數(shù)據(jù)。

圖2 無驗(yàn)潮數(shù)學(xué)模型

具體至現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，考慮到無氣壓儀的局限性，配套兩臺(tái)自動(dòng)驗(yàn)潮儀，以此來解決氣壓修正的難題（其中一臺(tái)作為氣壓儀使用）。測(cè)量中，一臺(tái)自動(dòng)驗(yàn)潮儀置于水下，用該裝置完成絕對(duì)壓力的測(cè)定工作，其余一臺(tái)則用于測(cè)定大氣壓。首先，將兩臺(tái)設(shè)備均置于空氣中，檢測(cè)大氣壓，而后進(jìn)入各儀器的氣壓值設(shè)定界面，進(jìn)行氣壓值的設(shè)定（取實(shí)測(cè)值）；正式測(cè)量時(shí)，將驗(yàn)潮儀分別置于水下、空氣中。經(jīng)過測(cè)量后，讀取各儀器的水位文件，做對(duì)比分析，將兩個(gè)文件中相同時(shí)刻的水位一一相減，得到的結(jié)果則為各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的實(shí)際水位值（水下儀器的測(cè)量值減去作氣壓儀的儀器測(cè)量值）。

2.3 無驗(yàn)潮技術(shù)施工布置

利用控制點(diǎn)布設(shè)控制網(wǎng)，在臨近施工區(qū)的部位建立基站，在此方式下可有效提升設(shè)備的兼容性，以便更好地開展測(cè)量工作。移動(dòng)站布設(shè)位置規(guī)劃在駕駛臺(tái)外側(cè)中間的區(qū)域，之所以做出此選擇，是因?yàn)樵摬荚O(shè)位置下可有效減小傳播擺動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。

2.4 潮位遙報(bào)儀

主要有發(fā)送端和接收端兩部分組成。發(fā)射機(jī)是由編碼器、調(diào)制器、功放器、電源等構(gòu)成，編碼器將測(cè)得的水位數(shù)值轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟ㄐ问降木幋a，經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制后整形，通過RS-232/RS-485、無線電或CDMA/GPRS由天線把載有水位編碼的調(diào)頻信號(hào)發(fā)射到空中；接收機(jī)是由調(diào)諧器、中放器、消噪器、特定碼甄別器、解調(diào)器、譯碼器、顯示器、電源等構(gòu)成，當(dāng)天線接收的潮位信號(hào)經(jīng)過高頻放大后進(jìn)行混頻放大，然后在直接送入相位鑒頻器，鑒頻器將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，把水位編碼分離出送至消噪器消噪后，在譯碼器中還原成水位數(shù)值送入顯示器顯示。

2.4.1 潮位自動(dòng)遙報(bào)裝置

結(jié)合自動(dòng)潮位遙報(bào)裝置，提出潮位自動(dòng)補(bǔ)償定深平挖工況實(shí)現(xiàn)精挖功能。

潮位補(bǔ)償原理。精挖是在定深平挖功能的基礎(chǔ)上，通過采集潮位遙報(bào)儀的潮位數(shù)值信息，自動(dòng)獲取潮位差數(shù)值進(jìn)入耙吸船的中心控制器，補(bǔ)償潮位對(duì)挖掘深度的影響，實(shí)時(shí)保持作業(yè)在設(shè)定的挖掘標(biāo)高，去除了人工校正補(bǔ)償?shù)淖鳂I(yè)方式，進(jìn)一步提高定深平挖精度，實(shí)現(xiàn)精挖功能，潮位補(bǔ)償原理見圖3。

柴達(dá)木枸杞種植規(guī)模逐年擴(kuò)大，高品質(zhì)發(fā)展是關(guān)鍵。海西州人民政府副州長(zhǎng)楊有智在致辭中說，高品質(zhì)發(fā)展枸杞產(chǎn)業(yè)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。一是海西州位于青藏高原西北部，是全球高海拔地區(qū)生物多樣性最集中的地區(qū)，尤其是生長(zhǎng)出的枸杞所含黃酮、多糖、氨基酸等有機(jī)物質(zhì)均高于國(guó)內(nèi)其他產(chǎn)區(qū)，是全球最適宜生產(chǎn)有機(jī)枸杞的地區(qū)。二是高品質(zhì)發(fā)展意識(shí)提升。目前，通過國(guó)際知名認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證的有機(jī)枸杞種植基地企業(yè)、專業(yè)合作組織26家，認(rèn)證面積9.54萬畝，是全國(guó)唯一的有機(jī)枸杞規(guī)模連片的生產(chǎn)基地。他強(qiáng)調(diào)，今后，海西州將按照“一優(yōu)兩高”戰(zhàn)略部署，著力打好“特色農(nóng)牧業(yè)發(fā)展這張牌”，推動(dòng)柴達(dá)木有機(jī)枸杞向更高層次發(fā)展。

圖3 潮位補(bǔ)償原理

2.4.2 潮位傳輸

潮位儀水位數(shù)據(jù)，通過壓力傳感器探頭測(cè)得水位值，傳入主機(jī)與標(biāo)高值進(jìn)行運(yùn)算后輸出潮位值，數(shù)據(jù)通過主機(jī)端口上的發(fā)射機(jī)向外發(fā)送。潮位遙報(bào)接收儀位于耙吸船中心控制器端口，通過解析將其轉(zhuǎn)換成潮位值傳輸至挖掘控制系統(tǒng)的中心處理器內(nèi)，構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸鏈路，使精挖功能實(shí)現(xiàn)挖掘全過程精細(xì)化控制。

3.耙吸式挖泥船的施工方法

3.1 裝艙(裝艙溢流)施工法

河床或海床有足夠的空間時(shí)，可以采用裝艙施工的方法，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境能夠有效滿足船舶裝載吃水、調(diào)頭等要求，且能夠在現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃拋泥區(qū)。耙吸船配套有推進(jìn)裝置，在其支持下，能夠使船舶在拖曳耙頭時(shí)進(jìn)行擾松，期間同步應(yīng)用離心泵，以便向船舶的泥艙內(nèi)轉(zhuǎn)入低濃度泥漿，開啟溢流口，同時(shí)進(jìn)行挖泥裝艙和溢流作業(yè)。隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，待船舶裝艙量和吃水深度均達(dá)到要求后，不再繼續(xù)開挖，調(diào)整耙臂和耙頭，駛至提前規(guī)劃好的拋泥區(qū)，在該處卸載泥漿，待船舶恢復(fù)空載狀態(tài)后，繼續(xù)返航作業(yè)，按照此方法循環(huán)施工。

3.2 旁通(邊拋)施工

在無需泥艙的條件下即可將泥漿高效輸送至另一側(cè)水域或是較遠(yuǎn)的水域，得益于無需泥艙的作業(yè)特點(diǎn)，可省略收耙停泵、拋泥工序，作業(yè)內(nèi)容得以精簡(jiǎn)，施工效率相對(duì)較高。在航道工程中，旁通(邊拋)施工法又可細(xì)分為多種方法，例如：

（1）旁通施工法。耙頭開挖泥沙時(shí)，離心泵發(fā)揮出關(guān)鍵作用，借助該裝置將泥艙直接吸出，而后排至旁通口外，全程無需將開挖產(chǎn)生的泥漿轉(zhuǎn)至泥艙內(nèi)。

（2）邊拋施工法。耙頭開挖泥沙，在離心泵的作用下，使泥沙經(jīng)由輸泥管輸送，經(jīng)過該路徑后排放入水，全程泥漿可直接吸出，無需進(jìn)入泥艙內(nèi)。

3.3 耙吸船吹填施工法

在吹填法的應(yīng)用中，采用耙吸式挖泥船及相關(guān)配套設(shè)備，共同對(duì)挖掘產(chǎn)生的泥漿做吹填處理。常見的吹填形式，如下：

（1）直接接岸管吹填。耙吸式挖泥船靠岸，將其中的輸泥管連接至岸管（設(shè)置在碼頭上），開始對(duì)特定的區(qū)域做吹填施工。直接接岸吹填的施工時(shí)間應(yīng)得到有效的控制，不可過長(zhǎng)，否則風(fēng)浪、水流等環(huán)境因素易對(duì)正常吹填造成影響，此外還需確保碼頭前沿水域有足夠的水深。

（2）接岸浮管吹填?；舅悸放c前述的直接接岸管吹填相似，有所區(qū)別的是耙吸式挖泥船無需靠岸，直接在水上浮管的作用下連接輸泥管和設(shè)置在碼頭上的岸管，即便作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)距離岸邊較遠(yuǎn)，接岸浮管吹填的方法也依然具有可行性，即在調(diào)整好水上浮管的長(zhǎng)度后，能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)挖掘產(chǎn)生的泥漿及時(shí)輸送，因此該方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，有利于疏浚作業(yè)的便捷化開展。

（3）虹噴吹填。無需接岸管或設(shè)置水上浮管，是一種明顯區(qū)別于直接接岸管吹填、接岸浮管吹填的方法，作業(yè)思路是在輸送管上接一段漸縮管，耙吸式挖泥船開挖期間產(chǎn)生的泥漿將經(jīng)由船舶前端的斜上方噴出，正常狀況下的吹距可達(dá)到30～50m，具體因海底海水流動(dòng)方向、吹填材料的差異化而有所不同。若吹填區(qū)的前端水深較大且有洋流町，可優(yōu)先考慮噴射吹填的作業(yè)方法，以便將吹填土直接送至特定的區(qū)域。

4.大型自航耙吸挖泥船精挖技術(shù)及管理措施

4.1 設(shè)備配套與施工思路

（1）施工現(xiàn)場(chǎng)的疏浚土質(zhì)以淤泥為主，局部為細(xì)砂混貝殼，根據(jù)該土質(zhì)特性，采用的是帶高壓沖水功能的沖刷耙頭，用該設(shè)施完成淤泥的開挖作業(yè)。耙齒有平齒和尖齒兩類，具體根據(jù)實(shí)際施工狀況做靈活的匹配，例如開挖進(jìn)入收尾階段時(shí)，可以采用平齒，耙齒密度增加1倍，以前后交錯(cuò)的方式排列耙齒，此配置方式下能夠較好地避免壟、溝的產(chǎn)生，經(jīng)過作業(yè)后產(chǎn)生的疏?；郾砻婢哂凶銐虻钠秸?。

（2）疏浚區(qū)泥層開挖厚度1.0～2.0m，泥層普遍較薄，為保證開挖的有效性，適當(dāng)提高下耙精度，妥善規(guī)劃疏浚方式，隨著航道工程標(biāo)段疏浚作業(yè)順利開展，廢方量減少，施工質(zhì)量得到保證，施工效率大幅提高，進(jìn)而有助于提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 多波速測(cè)量控制

多波速測(cè)深系統(tǒng)具有精度高、覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，是現(xiàn)階段水底地形勘測(cè)中的主流設(shè)備，通過此設(shè)備的應(yīng)用，可較為準(zhǔn)確地探測(cè)水域的海底地形，實(shí)際應(yīng)用中可解決傳統(tǒng)單波速水深測(cè)量方式單一的問題。多波速測(cè)深系統(tǒng)的測(cè)量覆蓋范圍較廣，通?？蛇_(dá)到水深的4～10倍，且從測(cè)量效率的角度來看也有較大幅度的提升。

4.3 結(jié)合多波速測(cè)量掌握實(shí)時(shí)施工情況

以水深測(cè)量圖紙為準(zhǔn)，進(jìn)行分層、分條的方法有序施工，其中嚴(yán)格控制泥層的厚度和施工區(qū)的寬度，針對(duì)泥層厚度缺乏均勻性、有異常起伏的現(xiàn)象，及時(shí)調(diào)整參數(shù)控制，以保證施工的有效性。疏浚時(shí)，應(yīng)注重下耙深度的合理性，以免影響挖深。綜合考慮船舶性能和設(shè)計(jì)斷面的情況，富有秩序性地逐層開挖，同時(shí)加強(qiáng)檢測(cè)與控制，確保疏浚后有足夠的平整度。疏浚全程均貫徹精細(xì)化的作業(yè)理念，確保經(jīng)過處理后的工程質(zhì)量達(dá)到要求，以便順利通過驗(yàn)收，為航道工程其它工作的開展打下良好的基礎(chǔ)。

5.結(jié)語

經(jīng)本文分析后，做如下總結(jié)：

1）RTK技術(shù)兼具精度高、作業(yè)距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定性較好、勞動(dòng)強(qiáng)度小等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合潮位遙報(bào)儀合理的應(yīng)用對(duì)于提高耙吸式挖泥船挖掘精度有著重要的作用，在類似的航道工程中，技術(shù)人員可靈活采用該項(xiàng)技術(shù)。

2）妥善應(yīng)用多波束測(cè)深系統(tǒng)，其能夠提高施工階段的檢測(cè)效率，保證作業(yè)精度，給后續(xù)工作的開展創(chuàng)設(shè)良好的基礎(chǔ)。

3）在項(xiàng)目統(tǒng)籌規(guī)劃、有序施工之下，耙吸船可提高開挖精度，有效規(guī)避超標(biāo)疏浚、疏浚深度不足的問題。

4）施工前制定可行性施工方案，可以減少廢方及超挖超寬工程量，一方面保證施工質(zhì)量，另一方面則由于效率的提高而減低成本投入，取得突出的經(jīng)濟(jì)效益。