試論軟式掃淺在港池疏浚工程的應(yīng)用

陶德惠

摘要：疏浚工程是港池建設(shè)的一種方法，是一種水下挖掘的土石方工程。其中，掃淺是疏浚工程中的收尾工作。掃淺包括多種方法，軟式掃淺是一種簡(jiǎn)單、易用的掃淺方法，這種方法需要用到軟式掃床來測(cè)量水下淺點(diǎn)的情況。本文結(jié)合實(shí)際的工程案例，通過對(duì)軟式掃淺的掃淺方法和施工情況的分析，對(duì)軟式掃淺的應(yīng)用進(jìn)行研究，從而討論其在港池疏浚工程中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：軟式掃淺;疏浚工程;淺點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U655 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）03-0084-03

在港池的建設(shè)過程中，為保證港池疏浚工程的工程質(zhì)量和港口使用的安全情況，必須在工程竣工之后對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。掃淺也即探測(cè)水下的淺攤等，水下的淺灘對(duì)航行和停泊的船只會(huì)產(chǎn)生威脅，尤其在人工建設(shè)的港池中，更需要對(duì)水下淺點(diǎn)進(jìn)行掃測(cè)，清理水下工程殘留的淺點(diǎn)和其他障礙物，保障工程投入使用后的安全情況。

1軟式掃淺

掃淺工程是指通過掃海測(cè)量（以下簡(jiǎn)稱掃測(cè)）發(fā)現(xiàn)淺點(diǎn)的工程，淺點(diǎn)的處理和解決對(duì)港池和航道的使用安全都有著重要的意義，其在很大程度上能減少因淺點(diǎn)帶來的安全隱患，提高港池、航道等工程的安全性。2012年我局在江蘇南通12.5米深水航道一期整治工程中，按業(yè)主與設(shè)計(jì)對(duì)質(zhì)量控制的要求，首次采用了軟掃測(cè)量作業(yè)，并采集到了令人信服的測(cè)量數(shù)據(jù)。軟掃淺測(cè)量作業(yè)是一種最原始簡(jiǎn)易方式，但是對(duì)河床地形復(fù)雜，測(cè)區(qū)信號(hào)受干擾時(shí)，軟掃測(cè)量作業(yè)所采集的測(cè)量數(shù)據(jù)是最可靠可信的。掃淺的方法有很多種，比如“S”型曲線掃淺法、進(jìn)倒車掃淺法和海床整平器掃淺法等。軟式掃淺是一種使用軟式掃床進(jìn)行掃淺的方法，其優(yōu)點(diǎn)主要有兩方面，一是掃淺范圍大，甚至可以覆蓋沒有進(jìn)行掃測(cè)的區(qū)域，二是在定位模糊的情況下也能確定淺點(diǎn)的位置，并且相對(duì)更容易發(fā)現(xiàn)位置更不明顯的淺點(diǎn)和障礙物。軟式掃淺所使用的設(shè)備是軟式掃床，軟式掃床的構(gòu)架圖如圖1所示。

從圖中可以看出，軟式掃床的使用方式是將掃具（一條鎖鏈）固定在兩只船上，并使兩船始終保持相同的距離，在船行的過程中一旦固定在船上的掃具觸到水下的障礙物，兩只船就會(huì)被掃具牽拉自動(dòng)靠近，依次可以確定水下障礙物的位置，如圖2所示。

2工程案例

2.1工程概況

以某工程為例，該工程施工區(qū)中共有5塊區(qū)域需要進(jìn)行掃淺，整體淺點(diǎn)分布較為分散，且淺點(diǎn)的類型不盡相同，主要出現(xiàn)的淺點(diǎn)類型有成片連續(xù)淺點(diǎn)、孤立淺點(diǎn)以及所處水下位置較深的淺點(diǎn)。在此次掃淺工作中，需要導(dǎo)航船（A導(dǎo)）一艘，測(cè)量船（A測(cè)）一艘，同時(shí)設(shè)船寬測(cè)繩為 C繩，深度為 D，掃海寬度為 S，同時(shí)設(shè)兩個(gè)重錘T1、T2，錘的重量為100kg。掃淺架構(gòu)圖如圖3所示。

2.2施工方法

掃淺中所使用到的設(shè)備還包括雙頻測(cè)深儀器、信標(biāo)接收機(jī)等。根據(jù)有關(guān)測(cè)量規(guī)范，首先結(jié)合工程具體情況擬定測(cè)量工作計(jì)劃，包括所使用的測(cè)量方法、工作時(shí)間、注意事項(xiàng)、工作流程等。由于目前工程施工區(qū)中有5塊需要掃淺的區(qū)域，在掃淺工作中，將五塊區(qū)域依次進(jìn)行掃淺。測(cè)量首日組織相關(guān)測(cè)量技術(shù)人員進(jìn)入施工地進(jìn)行水深測(cè)量，此時(shí)初步確定部分較為分散的淺點(diǎn)，在確定這部分淺點(diǎn)的大致位置之后，組織調(diào)入抓斗船開挖淺點(diǎn)。但在此部分淺點(diǎn)開挖之后，通過再次水下測(cè)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前水下淺點(diǎn)仍然較多，并且在原有淺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，又新增了部分淺點(diǎn)。結(jié)合于此，技術(shù)人員開會(huì)研究確定，這種情況產(chǎn)生的主要原因是、船舶定位設(shè)備等之間的誤差問題，為了保證水下淺點(diǎn)問題的完全解決，最終決定使用軟式掃床進(jìn)行大面積的掃床，軟式掃床的工作原理和結(jié)果可以托平水下的軟質(zhì)低質(zhì)，從而有效的解決水下的淺點(diǎn)和障礙物等問題。同時(shí)，這種方法還可以很好的解決因定位問題出現(xiàn)的“舊淺點(diǎn)沒有減少，但新淺點(diǎn)仍在增加”的問題。

根據(jù)工程掃淺的架構(gòu)圖，可以安設(shè)本次掃淺所有的設(shè)備和人員，首先將船只、設(shè)備等安置妥善，在掃淺工作施工過程中結(jié)合天氣狀況等開始施工。由于天氣和季節(jié)等影響，在掃淺過程中必須結(jié)合漲潮落潮的情況，落潮時(shí)水位較低，如果某些淺點(diǎn)本身深度不高，會(huì)對(duì)港池停泊的船只產(chǎn)生影響;并且，為了保證施工安全和施工的合格率，當(dāng)風(fēng)浪過大時(shí)，也需要暫停掃淺工作。由于不同區(qū)域的水下地形等不同，在掃淺工作中，需要根據(jù)5塊分布有淺點(diǎn)的區(qū)域的具體情況，結(jié)合實(shí)際對(duì)掃海深度進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算公式為：

（1）

（2）

在掃淺工作中，除了水下地形的影響，鐵鏈下放的長(zhǎng)度還與水流情況與船的實(shí)際航行速度有關(guān)，為了保證下放的鐵鏈長(zhǎng)度足夠使用，在實(shí)際的掃淺工作在，在原有計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，兩側(cè)鐵鏈各多下放2m。結(jié)合港池的實(shí)際情況，掃海寬度設(shè)定為70m，導(dǎo)航船和測(cè)量船間距設(shè)為90m，并且使用長(zhǎng)度為150m 的鐵鏈。根據(jù)對(duì)港池天氣狀況和海況的調(diào)查和分析，本次掃淺工程的施工地整體情況較好，風(fēng)力一般小于3級(jí)，因此，測(cè)量船的船速可以確定為4節(jié)至5節(jié)左右，在此船速范圍能夠更好的完成掃淺測(cè)量工作。

通過軟式掃床進(jìn)行掃測(cè)的掃淺方法如下，在掃具連接裝配完畢后，進(jìn)行拖底掃測(cè)，工作人員需隨時(shí)觀察掃床底架的情況，一旦碰到水下的障礙物或者淺點(diǎn)，必須馬上停止絞錨，并且需要隨時(shí)檢查拖底鎖鏈的提高量，同時(shí)注意船行的速度，在進(jìn)行掃淺工作時(shí)船速不宜過高，一般不大于3Kn。在水流相對(duì)平緩時(shí)，可以順?biāo)鲯邷y(cè)，同時(shí)注意掃測(cè)過程中的重疊帶寬度，保證掃測(cè)范圍的覆蓋情況。

在對(duì)淺點(diǎn)的掃測(cè)工作中，需要對(duì)淺點(diǎn)位置進(jìn)行定位，在定位時(shí)采用卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)，卡爾曼濾波可以精準(zhǔn)的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波內(nèi)插和外推，并以此保證定位數(shù)據(jù)的精度。水深數(shù)據(jù)采用同步聲吶波束測(cè)量獲得，由于水下地形復(fù)雜，常有暗礁碎石等，因此反射會(huì)的波束通常較為混亂且方向不一，在繪制水下地形圖的過程中，一方面需要結(jié)合波束回傳的水下數(shù)據(jù)，一方面需要根據(jù)情況剔除異常數(shù)據(jù)，保證整體的數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確，之后根據(jù)相關(guān)的制圖規(guī)范繪制水下圖。由于測(cè)深數(shù)據(jù)與潮位有關(guān)，因此在確定定位數(shù)據(jù)之后，需要根據(jù)工程地的實(shí)際漲潮落潮情況對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過對(duì)潮位的觀測(cè)和記錄，使用 POWER HYDRO 軟件通過線性內(nèi)插和多項(xiàng)式潮位曲線擬合內(nèi)插法進(jìn)行潮位改正。掃測(cè)精度表如表1所示。

2.3施工重難點(diǎn)

在掃淺工作的施工過程中，主要有以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，一是淺點(diǎn)的范圍和定位，二是船速，三是潮位變化。其中，淺點(diǎn)的范圍和定位的確定影響淺點(diǎn)是否能有效解決，船速和潮位影響障礙物的查找。在查找淺點(diǎn)的過程中，首先是確定淺點(diǎn)的大概位置，在掃淺工作中，一般會(huì)事先準(zhǔn)備掃海航跡圖，但由于當(dāng)前港池需掃測(cè)淺點(diǎn)的有5處，每處的大致情況也不盡相同，因此在掃淺工作中對(duì)淺點(diǎn)的精準(zhǔn)定位尤為重要，本次掃淺使用了信標(biāo) GPS 接收機(jī)，該儀器的定位精度較高，可以滿足在掃描測(cè)量淺點(diǎn)工作中精度要求。在確定淺點(diǎn)大概位置之后，需要確定淺點(diǎn)范圍的大小，一般確定其范圍大小需要通過聲波回傳確定，但在實(shí)際的掃淺工作中，由于期間使用的儀器設(shè)備較多，獲取到的波束和測(cè)線一般會(huì)出現(xiàn)相互重疊的現(xiàn)象，也即在多個(gè)波束和測(cè)線上都可能出現(xiàn)同一淺點(diǎn)，在最終繪圖時(shí)，圖上顯示的淺點(diǎn)范圍就很可能要比原本的淺點(diǎn)范圍要大，這在一定程度上影響掃淺工作的順利進(jìn)行和有效開展。因此在分析波束和測(cè)線數(shù)據(jù)時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際情況對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，盡量避免誤判導(dǎo)致的淺點(diǎn)放大情況，根據(jù)不同波束判斷水深數(shù)據(jù)，結(jié)合船速、潮位等方面因素確定淺點(diǎn)的范圍。

船速是掃測(cè)的工作船在工作中的航行速度，為了更準(zhǔn)確的確定水下淺點(diǎn)的位置，在實(shí)際的掃淺工作中，船速一般不宜過高，否則如果船速過快，就非?？赡苓z漏水下的淺點(diǎn)和其他障礙物，從而影響最終的掃測(cè)結(jié)果。因此，測(cè)量船的船速必須嚴(yán)格控制，保證在掃測(cè)過程中能確定水下所有的淺點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)遺漏較小的淺點(diǎn)或障礙物。并且，船速在整個(gè)掃測(cè)過程中并不完全固定，視天氣狀況、海況、水深等需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，在淺水區(qū)就需要適當(dāng)降低船速，以免過快船速導(dǎo)致的鐵鏈飄張對(duì)掃測(cè)結(jié)果產(chǎn)生的影響。

潮位變化也即每日海水的漲潮、落潮產(chǎn)生的水位差，海水的潮位差相對(duì)要較大，對(duì)掃淺工作有很大影響。在掃淺工作中，一般出海掃測(cè)一次需要12小時(shí)左右，根據(jù)對(duì)潮位的測(cè)量，在一次掃測(cè)工作中，就存在著6的潮位差值，這種差值在一定程度上會(huì)對(duì)掃測(cè)的精準(zhǔn)度產(chǎn)生影響?；诖?，在進(jìn)行掃淺工作時(shí)，需要有專門的工作人員實(shí)時(shí)觀測(cè)當(dāng)前的潮位數(shù)據(jù)，測(cè)量船的工作人員需要根據(jù)潮位數(shù)據(jù)調(diào)整下放鐵鏈的長(zhǎng)度，從而保證整個(gè)掃測(cè)的精準(zhǔn)度。

3總結(jié)

在港池的航道的使用中，水下淺點(diǎn)對(duì)船舶的安全航行和停靠有很大的影響，在港池的施工中，必須在工程竣工之前對(duì)水下的淺點(diǎn)進(jìn)行掃海測(cè)量，提前解決安全隱患。綜上所述，根據(jù)實(shí)際的工程案例分析，軟式掃淺對(duì)港池疏浚工程中的淺點(diǎn)測(cè)量和其他障礙物位置確定有著重要的作用，這種掃淺方法不僅可以減少工作人員的整體工作量，還能在一定程度上降低在掃淺施工方面的人力財(cái)力消耗，同時(shí)其掃測(cè)較為精準(zhǔn)，是一種經(jīng)濟(jì)適用的掃淺方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪志明 ， 王新洲 ， 趙建虎.軟式掃淺在大唐煤碼頭疏浚工程中的應(yīng)用[J].測(cè)繪信息與工程 ，2007（05）：42-43.

[2]孫建.軟式掃床在疏浚工程中掃淺的應(yīng)用[J].水運(yùn)工程 ，2003（08）：13-14+19.

[3]陳建平.軟式掃淺在港池疏浚工程的應(yīng)用[J].地理空間信息 ，2012，10（04）：155-156+184.

[4]唐東偉.碼頭與港池疏浚工程施工要點(diǎn)及質(zhì)量控制[J].中國科技信息 ，2011（13）：52+55.

[5]姜輝武 ， 童光宏.港池疏浚施工[J].智能城市 ，2018，4（12）：113-114.

[6]潘慶杰.航道疏浚工程掃淺施工方法與重難點(diǎn)應(yīng)對(duì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用 ，2019（13）：138-139.

[7]鄭曉坤 ， 楊斌.耙吸式挖泥船-長(zhǎng)航道掃淺施工質(zhì)量控制[J].綠色科技 ，2020（12）：200-201.