談起重船水上精確拋石施工技術

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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(zhì)量。成形質(zhì)量的關鍵在于將數(shù)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(zhì)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(yōu)勢有：采用吊斗拋石，每斗石料經(jīng)過稱重實現(xiàn)拋石量精確控制；通過現(xiàn)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(wǎng)格及精準計算各網(wǎng)格拋投量。通過理論計算、現(xiàn)場實踐，持續(xù)改進，實現(xiàn)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(tǒng)

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(xiàn)船舶的精準定位，通過地形測量分析拋石成形質(zhì)量。在具體拋石作業(yè)時，施工員對漂移距、拋石順序及網(wǎng)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(chǎn)生影響。拋石質(zhì)量受施工員、挖機操作員素質(zhì)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(wǎng)格細分及網(wǎng)格量計算、拋投計算、開發(fā)起重船拋石系統(tǒng)等方法，成功地提高了拋石成形質(zhì)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(shù)選擇

為保證船舶性能穩(wěn)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(shù)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(jīng)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(shù)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(xiàn)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(zhuǎn)、前后伸縮時，其位置由起重機操作員根據(jù)經(jīng)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(xiàn)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(shù)及綁靠時間。經(jīng)過現(xiàn)場統(tǒng)計，起重船拋石每天比平板船多拋石約200m³。

2起重拋石網(wǎng)格劃分

2.1漂移距

拋投前應先測定拋石區(qū)的水深和流速，然后根據(jù)公式計算和現(xiàn)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。上式為經(jīng)驗公式，有具體應用前應根據(jù)現(xiàn)場實驗結果進行優(yōu)化調(diào)整。

2.2網(wǎng)格劃分

以往的平板定位船拋石施工中通常根據(jù)船長將拋石網(wǎng)格劃分為長30m（船長方向）、寬20~30m的大網(wǎng)格，計算好每個大網(wǎng)格的拋石量后，再將大網(wǎng)格劃分為長30m、寬1.5~2m的小網(wǎng)格，將大網(wǎng)格內(nèi)的拋石量平均分配至各個小網(wǎng)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(wǎng)格細分。裝有3GPS的起重船拋石時可實現(xiàn)在水面以上的精確定點、定量拋石。因此可以進一步進行網(wǎng)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8m³，則可將網(wǎng)格劃分為2m×2m的網(wǎng)格，每網(wǎng)格拋石一斗。若拋石非整斗方量，可根據(jù)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(wǎng)格的拋石量均應單獨計量。此時可用計算機計算每個網(wǎng)格方量，在拋石時根據(jù)起重機顯示拋石量進行精準拋投。

2.3拋投點計算

根據(jù)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(wǎng)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(tǒng)開發(fā)

目前的定位船拋石系統(tǒng)僅能實現(xiàn)船舶定位功能，未能充分發(fā)揮計算機的計算、分析、管理能力，因此為起重船開發(fā)專用拋石系統(tǒng)。起重船拋石系統(tǒng)主要功能有數(shù)據(jù)導入、輔助定位、石料稱量、拋投點定位及拋石、數(shù)據(jù)分析，見圖5。需要導入系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)包括拋石區(qū)域地形圖、拋石網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格拋石量、水位、流速等施工基礎數(shù)據(jù)。由上述基礎數(shù)據(jù)計算將要拋投的網(wǎng)格拋石所需石料重量及拋投點位置。通過船舶定位系統(tǒng)及實時GPS定位輔助起重船進點，并實時顯示船舶在施工區(qū)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(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)。并統(tǒng)計分析各網(wǎng)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(tǒng)數(shù)據(jù)自動統(tǒng)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(fā)現(xiàn)，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(jù)原始地面及設計拋石要求，計算各網(wǎng)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(tǒng)可實現(xiàn)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(tǒng)計分析及管理，提高了拋石的管理水平。

作者：嵇文遠 楊杰 田棟 鄧志鵬 單位：中交上海航道局有限公司