信息化技術(shù)在甌飛圍墾工程水下拋填中的應(yīng)用

楊秀蓮，張魯剛，葉 峰

（浙江省正邦水電建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310051）

1 問(wèn)題的提出

我國(guó)幅員遼闊，海岸線總長(zhǎng)度3.2萬(wàn)km，其中大陸海岸線1.8萬(wàn)km，島嶼海岸線1.4萬(wàn)km。從保護(hù)岸上人民生命財(cái)產(chǎn)安全及社會(huì)發(fā)展需要，修建了大量海堤及其它海上水利工程，隨著填海的深度越來(lái)越大，從早期淺灘車運(yùn)拋填的方式，不可避免地發(fā)展到深水區(qū)船舶拋填的方式上。而海上船舶拋填施工，受風(fēng)、浪、潮影響大，極易拋填在設(shè)計(jì)區(qū)域以外，造成航道堵塞和資源浪費(fèi)，因此要在海上正常安全施工，還須妥善地解決海上拋填施工的精確定位和風(fēng)、浪、潮的影響問(wèn)題。

傳統(tǒng)拋填石方施工一般用2種方法控制邊線：①用插竹竿法標(biāo)示拋填區(qū)域邊線；②用水上繩索浮標(biāo)法標(biāo)示拋填區(qū)域邊線。第1種方法因海上潮位差大，使用竹竿較長(zhǎng)，在插好竹竿后極易被潮水沖失，而拋填是在高潮位時(shí)施工，導(dǎo)致拋填船只進(jìn)入拋填區(qū)域時(shí)不知具體方位而不能及時(shí)拋填，造成施工成本的上升和工期的延誤。第2種方法由于受風(fēng)浪的影響及浮標(biāo)的漂移，拋填船只進(jìn)入拋填區(qū)域拋填，會(huì)因?qū)嶋H拋填區(qū)域邊界與設(shè)計(jì)拋填區(qū)域邊界偏差較大而造成極大的原材料浪費(fèi)及環(huán)境影響。以上方法都會(huì)造成施工成本的上升和工期的延誤，這是深水區(qū)水下拋填施工中的一個(gè)難題。而采用GPS水平姿態(tài)儀船舶信息化定位技術(shù)，分區(qū)塊拋填施工工藝，能有效地解決此難題。

2 水下信息化拋填工藝特點(diǎn)及工藝原理

2.1 水下信息化拋填工藝特點(diǎn)

（2）利用GPS水平姿態(tài)儀船舶定位技術(shù)，在施工中結(jié)合南方自由行定位系統(tǒng)軟件以及電腦控制船只在設(shè)計(jì)區(qū)域拋填，減小在拋填施工中的誤差和人為錯(cuò)誤。

（3）利用GPS水平姿態(tài)儀船舶定位技術(shù)，在施工中結(jié)合南方自由行定位系統(tǒng)軟件以及電腦控制指揮船只在設(shè)計(jì)區(qū)域拋填，降低人員、船只等機(jī)械設(shè)備在拋填施工中的安全保護(hù)難度，提高人員、船只等機(jī)械設(shè)備在拋填施工中的安全性。

（4）分區(qū)塊拋填。以每只船只為一個(gè)施工班組將施工段按長(zhǎng)度分區(qū)，這樣在各個(gè)施工分區(qū)中可有利管理人員進(jìn)行施工管理，也增強(qiáng)了各施工班組的責(zé)任感。再把分成的區(qū)域分為外海側(cè)塊和內(nèi)海側(cè)塊，填筑時(shí)先填筑外海側(cè)塊，再填筑內(nèi)海側(cè)塊。既降低了浪、潮對(duì)內(nèi)海側(cè)海堤施工的影響，又增加了內(nèi)海側(cè)海堤施工的工作時(shí)間。

2.2 水下信息化拋填工藝原理

運(yùn)用GPS水平姿態(tài)儀和南方自由行定位系統(tǒng)軟件，在拋填施工時(shí)，電腦收集水平姿態(tài)儀和GPS定位系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，在屏幕上直觀體現(xiàn)為設(shè)計(jì)邊線和實(shí)際邊線的重合。在施工中將實(shí)際拋填邊界與設(shè)計(jì)施工圖紙上的設(shè)計(jì)邊界重合，并通過(guò)電腦屏幕直觀地表現(xiàn)出來(lái)（見(jiàn)圖1）。

采用分區(qū)塊拋填，以每艘船作為一個(gè)施工班組將施工段按長(zhǎng)度分區(qū)，這樣利用GPS水平姿態(tài)儀每個(gè)施工班組對(duì)所在的區(qū)域施工的部位、高程等施工情況都能夠準(zhǔn)確掌握。再把分成的區(qū)域分為外海側(cè)塊和內(nèi)海側(cè)塊，填筑時(shí)先填筑外海側(cè)塊，再填筑內(nèi)海側(cè)塊。這樣在填筑到高程0.00 ～ 1.00 m時(shí)，既降低了浪、潮水的高度，又可以增加內(nèi)海側(cè)海堤施工的工作時(shí)間。使水下部分拋填工作能在更短的工期內(nèi)，更安全順利地完成。圖2為施工船舶正在海上拋填圖。

圖1 船舶即將進(jìn)入拋填區(qū)塊圖

圖2 海上施工船舶拋填圖

3 水下信息化拋填施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→GPS定位系統(tǒng)定出施工區(qū)域控制網(wǎng)→初步校核GPS水平姿態(tài)儀→在拋填船只上安裝GPS水平姿態(tài)儀及電腦→并在電腦中安裝南方自由行定位系統(tǒng)軟件→將船只自身平面尺寸及拋填邊線數(shù)據(jù)輸入已安裝好的GPS水平姿態(tài)儀→運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)對(duì)每條船只上的GPS水平姿態(tài)儀輸入的船只拋填邊線數(shù)據(jù)進(jìn)行校核、調(diào)整→拋填船只運(yùn)用船只上安裝GPS水平姿態(tài)儀進(jìn)行拋填→填筑到-2.00 ～ 0.00 m高程時(shí)采用分區(qū)拋填。在分區(qū)中采用分塊拋填，拋填時(shí)先填筑外海側(cè)塊，再填筑內(nèi)海側(cè)塊，拋填過(guò)程中運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)對(duì)第每條船只上的GPS水平姿態(tài)儀輸入的船只拋填邊線數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、校核、調(diào)整，持續(xù)拋填。圖3為船只水平姿態(tài)儀安裝與數(shù)據(jù)傳輸圖。

圖3 船只GPS水平姿態(tài)儀安裝與數(shù)據(jù)傳輸示意圖

3.2 操作要點(diǎn)

（1）GPS控制網(wǎng)的建立、船上GPS水平姿態(tài)儀的安裝、拋筑。GPS水平姿態(tài)儀的安裝、拋填施工工藝流程見(jiàn)圖4。施工中的具體要求有：①初步校核GPS水平姿態(tài)儀這一步驟，是運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)和水平姿態(tài)儀中的座標(biāo)進(jìn)行校核，防止在船只上安裝后因儀器原因重新安裝；②在拋填船只上安裝GPS水平姿態(tài)儀及電腦軟件這一步驟時(shí)，需要先測(cè)量船形，精確船只拋填時(shí)的邊線，并將數(shù)據(jù)輸入電腦軟件中。輸入數(shù)據(jù)時(shí)注意要輸入與設(shè)計(jì)圖一致的控制網(wǎng)數(shù)據(jù)；③南方自由行定位系統(tǒng)軟件支持的是CAD2004版本的數(shù)據(jù)；④在船只上安裝GPS水平姿態(tài)儀時(shí)需注意儀器要安裝在船只的縱向中軸線上，這樣可以更精確的反映出船只拋填時(shí)的實(shí)際情況，且更易于控制船只的左側(cè)船舷或者是右側(cè)船舷拋填時(shí)能與拋填邊界保持一致；⑤施工中注意運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)對(duì)船只水平姿態(tài)儀輸入的船只拋填邊線數(shù)據(jù)進(jìn)行校核、調(diào)整。

圖4 GPS水平姿態(tài)儀的安裝、拋填施工工藝流程圖

（2）分區(qū)塊拋填施工。要點(diǎn)：①施工中首先按船只施工班組分區(qū)，再在各已劃分區(qū)域內(nèi)分塊（見(jiàn)圖5）；②填筑時(shí)先填筑外海側(cè)塊，再填筑內(nèi)海側(cè)塊；③施工中注意運(yùn)用GPS水平姿態(tài)儀定位系統(tǒng)對(duì)實(shí)際拋填邊線數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控校核；④施工中加強(qiáng)船只拋填時(shí)的穩(wěn)定性。

圖5 船只分區(qū)分塊拋填示意圖

3.3 施工工藝的改進(jìn)

（1）分區(qū)時(shí)注意可依據(jù)各個(gè)船只的有效拋填長(zhǎng)度的整數(shù)倍進(jìn)行分區(qū)。

以糖尿病腎病患者作為分析對(duì)象，其各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果的陽(yáng)性率見(jiàn)表2所示，可見(jiàn)患者α1-MG、β2-MG、TRF、mAlb和Cys-C陽(yáng)性率分別為43.68%、40.23%、77.01%、82.76%和57.47%。

（2）在填筑內(nèi)、外海側(cè)分塊時(shí)，外海側(cè)填筑寬度和長(zhǎng)度可依據(jù)海上風(fēng)浪的大小等施工條件和工程的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以期達(dá)到最佳的工作時(shí)效。

（3）在運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)對(duì)船只水平姿態(tài)儀輸入的船只拋填邊線數(shù)據(jù)進(jìn)行校核、調(diào)整。前期應(yīng)增加觀測(cè)頻率，及時(shí)修正水平位置（Δx，Δy），中后期觀觀測(cè)頻率可延長(zhǎng)。

3.4 監(jiān)測(cè)技術(shù)與分析

確保工程建設(shè)質(zhì)量和進(jìn)度是工程的重點(diǎn)。需要運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)對(duì)船只水平姿態(tài)儀輸入的船只拋填邊線數(shù)據(jù)以及實(shí)際拋填邊線數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。并將分析計(jì)算值比較，及時(shí)反饋指導(dǎo)施工。主要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目匯總表

4 信息化技術(shù)水下拋填實(shí)例分析

4.1 工程概況

為了進(jìn)一步明確信息化技術(shù)水下拋填情況，現(xiàn)以實(shí)例分析的角度，從具體的工程為例展開(kāi)探討。在研究中，主要以溫州市甌飛一期圍墾工程施工Ⅳ標(biāo)段為例。該工程位于溫州甌飛灘涂，溫州甌飛灘涂地處浙東南沿海，屬于甌江河口和飛云江河口口外區(qū)域，所在地域水情及地理情況復(fù)雜，風(fēng)急浪高，深溝縱橫，海堤長(zhǎng)6.63 km，灘涂高程為-3.50 ～ -3.80 m，海堤拋填總量600萬(wàn)m3，其中水下拋填量約320萬(wàn)m3。

4.2 信息化技術(shù)水下拋填實(shí)施效果

4.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

在工程施工中采用GPS水平姿態(tài)儀信息化定位技術(shù)標(biāo)示設(shè)計(jì)拋填區(qū)域，不僅解決了海上拋填區(qū)邊界標(biāo)示及石料的精確拋填，而且石料拋填精確均勻?yàn)楹５痰木饧虞d及后期的拋填頂面平整奠定了良好的基礎(chǔ)。

由人工定位轉(zhuǎn)為GPS水平姿態(tài)儀信息化定位技術(shù)定位拋填，運(yùn)輸船只使用效率提高了50%，減小了在海拋施工中的誤差和人為錯(cuò)誤而引起的原材料損失，減小了海堤的不均勻沉降；精確均勻的拋填為后期的拋填料頂面平整減少了大量的機(jī)械投入，經(jīng)測(cè)算僅該項(xiàng)就節(jié)約機(jī)械支出近150萬(wàn)元。同時(shí)采用分區(qū)塊拋填，降低了浪、潮對(duì)內(nèi)海側(cè)海堤施工的影響，增加內(nèi)海側(cè)海堤施工的工作時(shí)間。

另外采用GPS水平姿態(tài)儀信息化定位技術(shù)拋填減少現(xiàn)場(chǎng)管理人員數(shù)量，降低人員、船只等機(jī)械設(shè)備在拋填施工中的安全保護(hù)難度，提高人員、船只等機(jī)械設(shè)備在拋填施工中的安全性。

4.2.2 生態(tài)效益

在人工定位拋填施工過(guò)程中，會(huì)有大量石料不可避免的拋出設(shè)計(jì)邊界外，對(duì)海域?yàn)┩吭斐晌廴?，?duì)航道造成阻塞，破壞建設(shè)區(qū)外的生態(tài)環(huán)境；采用GPS水平姿態(tài)儀信息化定位技術(shù)拋填后，使拋填到設(shè)計(jì)邊界外的石料減少到最小，從而減輕工程建設(shè)引起的灘涂污染及航道阻塞，減輕給周圍生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的破壞，維持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所必需的良好的自然生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文在探索工程施工中采用GPS水平姿態(tài)儀信息化定位技術(shù)拋填，為以后工程在類似情況下的施工建設(shè)提供了可靠的決策依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，新穎的工藝技術(shù)將促進(jìn)類似工程施工技術(shù)進(jìn)步，為行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。