起重船水上精確拋石施工技術(shù)探索

嵇文遠(yuǎn) 楊杰 田棟 鄧志鵬

摘 要：水上拋石施工的技術(shù)核心在于石塊深入水底后的成形質(zhì)量。成形質(zhì)量的關(guān)鍵在于將數(shù)量準(zhǔn)確的石料拋至準(zhǔn)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(jié)長江干線武漢至安慶段6米水深航道整治工程（Ⅲ標(biāo)段）起重船拋石施工技術(shù)。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(shí)現(xiàn)拋石量精確控制;通過現(xiàn)場水深、水流計(jì)算漂移距，推算水面拋石點(diǎn);采取3GPS精確定位提高拋石位置精度;細(xì)分網(wǎng)格及精準(zhǔn)計(jì)算各網(wǎng)格拋投量。通過理論計(jì)算、現(xiàn)場實(shí)踐，持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了精確拋石、成形效率提高的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：護(hù)坡;GPS定位;稱重;系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U615.5 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2021）02-0143-03

水上拋石施工主要采取長臂挖掘機(jī)行走于平板定位船，將綁靠與平板定位船的平板運(yùn)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(jìn)場、定位船定位、石料拋投、水下地形測量。定位船裝有2GPS可實(shí)現(xiàn)船舶的精準(zhǔn)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(shí)，施工員對(duì)漂移距、拋石順序及網(wǎng)格拋石量的計(jì)劃，挖機(jī)操作員對(duì)挖機(jī)位置及每斗下拋量的掌握均會(huì)對(duì)拋石效果產(chǎn)生影響。拋石質(zhì)量受施工員、挖機(jī)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(biāo)段）施工過程中，通過理論分析與施工實(shí)踐提出采取起重船拋石，按斗稱重拋投、3GPS定位、網(wǎng)格細(xì)分及網(wǎng)格量計(jì)算、拋投計(jì)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(duì)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(jìn)行對(duì)比分析。

1.2起重船與平板船拋石施工工藝對(duì)比

平板船拋石施工主要工藝流程為定位船定位、運(yùn)石船綁靠、挖機(jī)（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(yùn)石船綁靠、石料裝斗、起重機(jī)拋石、拋石分析。平板船拋石由挖掘機(jī)司機(jī)操縱挖掘機(jī)將石料從平板運(yùn)輸船撥或勾下，每次拋石時(shí)具體拋石位置及拋石量由挖掘機(jī)司機(jī)依其經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(shí)料斗由挖機(jī)裝料，裝滿后進(jìn)行拋石。因此，所拋石量粗略地由所拋斗數(shù)計(jì)算。通過讀取起重機(jī)每次起重重量可精確計(jì)量拋石量。目前拋石定位船普遍安裝2臺(tái)GPS，進(jìn)行平面定位。定位船由2GPS可以實(shí)現(xiàn)船舶平面精確定位，平板定位船船身劃線輔助挖掘機(jī)進(jìn)行拋石位置定位，基本滿足施工要求。但起重船拋石時(shí)，起重吊機(jī)在左右旋轉(zhuǎn)、前后伸縮時(shí)，其位置由起重機(jī)操作員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，精度低、隨意性強(qiáng)。為此，在起重機(jī)頂端增設(shè)1臺(tái)專門用于拋石點(diǎn)定位的GPS設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)拋投點(diǎn)精確定位。

1.3起重船及平板船拋石施工對(duì)比結(jié)論

在起重機(jī)頂端增設(shè)1臺(tái)GPS后，起重船拋石比平板船拋石的石料量計(jì)量精度高、拋石定位精確。另外，起重船拋石所采用的石料運(yùn)輸船為大型深艙船，石料裝載量大，減少了運(yùn)輸船綁靠次數(shù)及綁靠時(shí)間。經(jīng)過現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，起重船拋石每天比平板船多拋石約200m?。

2起重拋石網(wǎng)格劃分

2.1漂移距

拋投前應(yīng)先測定拋石區(qū)的水深和流速，然后根據(jù)公式計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)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(jìn)行估算。

式中：V——表面流速（m/s）;

H——水深（m）;

W——塊石重量（kg）。

上式為經(jīng)驗(yàn)公式，有具體應(yīng)用前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(jì)算好每個(gè)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(gè)小網(wǎng)格中。采取此方法的主要原因是，平板定位船上挖機(jī)司機(jī)在平板船的移位與拋石量無法做到精準(zhǔn)，所以沒有進(jìn)一步進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分。

裝有3GPS的起重船拋石時(shí)可實(shí)現(xiàn)在水面以上的精確定點(diǎn)、定量拋石。因此可以進(jìn)一步進(jìn)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8m?，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(jī)起重重量計(jì)量。當(dāng)拋石以標(biāo)高進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，因地面地形起伏，所以每個(gè)網(wǎng)格的拋石量均應(yīng)單獨(dú)計(jì)量。此時(shí)可用計(jì)算機(jī)計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格方量，在拋石時(shí)根據(jù)起重機(jī)顯示拋石量進(jìn)行精準(zhǔn)拋投。

2.3拋投點(diǎn)計(jì)算

根據(jù)地形計(jì)算的拋石量為實(shí)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(diǎn)。主要計(jì)算步驟有：①計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高所需的拋石量;②計(jì)算漂移距;③確定拋石點(diǎn)。計(jì)算好拋石點(diǎn)及拋石量后按拋石點(diǎn)、拋石量進(jìn)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(shí)現(xiàn)船舶定位功能，未能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的計(jì)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(dǎo)入、輔助定位、石料稱量、拋投點(diǎn)定位及拋石、數(shù)據(jù)分析，見圖 5。

需要導(dǎo)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(chǔ)數(shù)據(jù)。由上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算將要拋投的網(wǎng)格拋石所需石料重量及拋投點(diǎn)位置。通過船舶定位系統(tǒng)及實(shí)時(shí)GPS定位輔助起重船進(jìn)點(diǎn)，并實(shí)時(shí)顯示船舶在施工區(qū)的位置。拋石料斗由挖機(jī)裝料后，起重機(jī)吊起吊斗并稱量石料重量。起重機(jī)在操作人員操縱下根據(jù)實(shí)時(shí)顯示的吊點(diǎn)位置，將吊機(jī)吊點(diǎn)移至拋投點(diǎn)進(jìn)行拋石。完成每斗拋石后，拋石系統(tǒng)自動(dòng)記錄每斗拋石的重量（換算后的方量）、拋投點(diǎn)位置、水流、水位、河床標(biāo)高等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。并統(tǒng)計(jì)分析各網(wǎng)格已完成的拋石量及待拋石料量，以指導(dǎo)下一斗的拋石。系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析、同步上傳，并生成需要的報(bào)告。

4結(jié)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(duì)比發(fā)現(xiàn)，裝有3GPS的起重定位船拋石采用吊斗進(jìn)行拋石，相較于平板定位船的挖機(jī)拋石，每斗的拋石量及拋石位置可得到較好控制，拋石量準(zhǔn)確、拋石位置精準(zhǔn)。根據(jù)原始地面及設(shè)計(jì)拋石要求，計(jì)算各網(wǎng)格拋石量及成形后石料重心位置，結(jié)合水位、水流計(jì)算水面拋石點(diǎn)位置。起重船拋石系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)船舶定位、拋石點(diǎn)計(jì)算、拋石情況記錄與分析、報(bào)表生成等功能，方便施工操作、拋石統(tǒng)計(jì)分析及管理，提高了拋石的管理水平。