块石深水精确抛填施工控制方法与流程

本发明属于块石深水抛填施工领域，具体涉及一种块石深水精确抛填施工控制方法。

背景技术：

块石深水抛填的施工方法主要有开体驳抛填工艺、方驳结合挖掘机抛填块石工艺、溜槽导向抛石工艺、水下抛石漂移理论方法以及水下振动压实块石抛填的施工方法。在上述方法中，一般通过人工潜水配合、GPS与测深仪、实时监测抛石的仪器等对块石抛填施工进行实时监测和控制。但是，上述块石深水抛填的施工方法对施工时的水流流速和水深都有一定的要求，流速过大或水深过深都会影响施工的精度。目前，在2m/s大流速和30m以上的大水深工况条件下，实现块石深水精确抛填施工尚没有一种有效的方法。因此，在大流速和大水深工况下，如何实现对块石抛填施工的精确控制一直都是一项技术难题。

技术实现要素：

本发明针对上述的在大流速和大水深工况下无法精确控制块石抛填施工的技术问题，提出一种适用于大流速和大水深工况、可精确控制块石抛填的块石深水精确抛填施工控制方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种块石深水精确抛填施工控制方法，包括以下步骤：

抛填船就位：抛填船通过锚泊系统初步就位，开启设置于所述抛填船上的GPS定位系统进行精确定位，通过测力系统实时检测所述锚泊系统的缆系的缆力并控制锚泊系统绞缆，使所述抛填船精确就位；

运料船靠泊：运料船向所述抛填船靠泊并与抛填船绑定连接，通过所述运料船向抛填船运送块石；

抛填作业：通过块石抛填测控系统测量并记录水下原基床面高程，设定设计抛填高程，通过设置于所述抛填船上、用于约束抛石的溜槽系统抛填块石，通过所述块石抛填测控系统实时监测并记录块石抛填的平面位置与高程，当达到设计抛填高程后，停止抛填，通过所述测力系统控制锚泊系统绞缆使抛填船移至下一船位，重复进行上述抛填作业；

复测：抛填作业完成后，通过测量船上搭载的多波束和侧扫声呐联合复测施工结果。

作为优选，所述溜槽系统包括溜槽和用于固定所述溜槽的台车；通过所述溜槽系统抛填块石的具体步骤为：通过所述台车将溜槽固定在设计高度，启动送料系统向所述溜槽输送块石，块石经深入水下的所述溜槽的引导滑落至定点抛填位置。

作为优选，所述溜槽深入水面以下0-30m。

作为优选，所述台车沿所述抛填船的船侧、船舷方向上设置的台车轨道可滑动。

作为优选，在通过所述溜槽系统抛填块石时，还包括通过设置于所述抛填船上的倾斜仪实时控制抛填船船体的姿态。

作为优选，通过所述块石抛填测控系统实时监测并记录块石抛填的平面位置与高程的具体步骤如下：

所述块石抛填测控系统通过溜槽系统上设置的第一GPS测得块石抛填的平面位置以及第一GPS与基床面的距离，通过所述溜槽系统上设置的高度计测得高度计与块石抛填面的距离，测量第一GPS与水面之间的距离和水面与所述高度计的距离，通过计算获得块石抛填的高程。

作为优选，所述GPS定位系统包括对称设置于所述抛填船的艏端的第二GPS和第三GPS。

作为优选，所述运料船采用平板驳，通过定位缆系与所述抛填船绑定连接。

作为优选，所述运料船的吨位不大于3000吨级，且靠泊时航行速度不大于0.3m/s。

与现有技术相比，本发明提供的块石深水精确抛填施工控制方法的优点和有益效果在于：

1、通过GPS定位系统，实现了抛填船的精确定位；通过测力系统实时检测锚泊缆系的缆力并控制绞缆，实现了抛填船的精确就位和抛填作业时船位的精确移动；通过块石抛填测控系统实时监测并记录块石抛填的平面位置与高程，实现了对块石抛填的平面位置和高程的精确控制；综合所述GPS定位系统、测力系统、块石抛填测控系统、溜槽系统和多波束侧扫声呐联合复测，实现了对块石深水抛填施工的精确控制；

2、通过溜槽系统约束抛填块石，避免了块石在下落过程中受水流流速和水深的影响，可适用于大流速和大水深工况条件下的施工；

3、本发明提供的块石深水精确抛填施工控制方法的施工深度大、精度高、自动化程度高，有效提高了施工效率，缩短了施工周期；

4、采用本发明提供的块石深水精确抛填施工控制方法，在长江航道二期工程和畅洲左汊左岸护岸工程进行块石深水抛填施工试验，经现场复测，块石抛填的高程偏差值小于0.19m，平面位置偏差小于0.23m，远远小于传统施工方法的偏差值(不小于1m)，满足施工精度要求。

附图说明

图1为本发明具体实施例所提供的溜槽系统的结构示意图；

图2为采用本发明具体实施例所提供的块石抛填测控系统计算块石抛填高程的示意图；

图3为长江航道二期工程施工方案的示意图；

图4为采用本发明具体实施例所提供的块石深水精确抛填施工控制方法、在长江航道二期工程和畅洲左汊左岸护岸工程施工时的复测断面图；

图5为根据图4获得的断面复测标高与施工设计抛填高程的高程偏差和平面位置偏差图；

以上各图中：1、溜槽；2、台车；3、抛填船；4、台车轨道；5、第一GPS；6、高度计；7、基床面；8、块石抛填面。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种块石深水精确抛填施工控制方法，包括以下步骤：

S1抛填船就位：抛填船通过锚泊系统初步就位，开启设置于所述抛填船上的GPS定位系统进行精确定位，通过测力系统实时检测所述锚泊系统的缆系的缆力并控制锚泊系统绞缆，使所述抛填船精确就位。

在本步骤中，在锚泊系统的缆系上安装可快捷拆装的测力系统，通过测力系统实时检测所述锚泊系统的缆系的缆力，可实时进行缆力的调整并控制锚泊系统绞缆。同时，所述测力系统对缆力的调整在水上操作即可完成，有效提高了施工的便利性。本发明实施例通过GPS定位系统和测力系统，使抛填船就位时的平面位置偏差不大于5cm，实现了抛填船的精确就位。

S2运料船靠泊：运料船向所述抛填船靠泊并与抛填船绑定连接，通过所述运料船向抛填船运送块石。

S3抛填作业：通过块石抛填测控系统测量并记录水下原基床面高程，设定设计抛填高程，通过设置于所述抛填船上、用于约束抛石的溜槽系统抛填块石，通过所述块石抛填测控系统实时监测并记录块石抛填的平面位置与高程，当达到设计抛填高程后，停止抛填，通过所述测力系统控制锚泊系统绞缆使抛填船移至下一船位，重复进行上述抛填作业。

在本步骤中，通过溜槽系统约束抛填块石，避免了块石在下落过程中受水流流速和水深的影响，可适用于大流速和大水深工况条件下的施工。通过块石抛填测控系统实时监测并记录块石抛填的平面位置与高程，实现了对块石抛填的平面位置和高程的精确控制。通过测力系统实时检测锚泊缆系的缆力并控制绞缆，实现了对抛填船的船位移动的精确控制。

S4复测：抛填作业完成后，通过测量船上搭载的多波束和侧扫声呐联合复测施工结果。

在本步骤中，采用多波束和侧扫声呐联合复测，相比与现有技术采用的单一复测方法，断面成像更清晰、数据精度更高；而且，采用多波束和侧扫声呐联合复测的施工速度快，可以快速筛分数据，得出合理的工程数据。

在本发明的一实施例中，所述溜槽系统包括溜槽和用于固定所述溜槽的台车。通过所述溜槽系统抛填块石的具体步骤为：通过所述台车将溜槽固定在设计高度，启动送料系统向所述溜槽输送块石，块石经深入水下的所述溜槽的引导滑落至定点抛填位置。在本实施例中，设置的所述溜槽深入水下，避免了块石在下落过程中受水流流速和水深的影响，可适用于大流速和大水深工况条件下的施工。

在本发明的一优选实施例中，所述溜槽深入水面以下0-30m。可以理解的是，所述溜槽深入水面以下的距离可以为0m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、15m、20m、25m、30m。在施工时，可根据水深及块石抛填的进度调节所述溜槽深入水下的距离，适用于大水深工况条件下的施工。需要说明的是，根据溜槽的结构设计，可调整溜槽的长度，使溜槽深入水面以下的距离进一步扩大，超过30m，以适用于更大水深工况的施工。

在本发明的一优选实施例中，所述台车沿所述抛填船的船侧、船舷方向上设置的台车轨道可滑动。当在一个定点抛填位置抛填完毕后，可移动通过所述台车至下一个定点抛填位置，继续通过抛填块石。通过这样的设置，在抛填船的一次移船驻位中，通过沿所述台车轨道移动台车可实现多个定点抛填位置的抛填作业，避免了抛填船船位的频繁移动，提高了抛填施工效率，缩短了施工周期。

在本发明的一实施例中，在通过所述溜槽系统抛填块石时，还包括通过设置于所述抛填船上的倾斜仪实时控制抛填船船体的姿态。通过所述倾斜仪实现了对所述溜槽在水下姿态的控制，且获得的姿态数据可修正所述块石抛填测控系统记录的块石抛填的平面位置与高程，使块石的抛填更为精确。

在本发明的一实施例中，通过所述块石抛填测控系统实时监测并记录块石抛填的平面位置与高程的具体步骤如下：所述块石抛填测控系统通过溜槽系统上设置的第一GPS测得块石抛填的平面位置以及第一GPS与基床面的距离，通过所述溜槽系统上设置的高度计测得高度计与块石抛填面的距离，测量第一GPS与水面之间的距离和水面与所述高度计的距离，通过计算获得块石抛填的高程。在本实施例中，通过所述块石抛填测控系统对块石抛填的高程的测控精度可达1cm±0.1％所测水深，而且这种块石抛填高程的测量和计算方式不受潮位的影响，可适用于大流速和大水深工况条件下的施工。另外，需要说明的是，现有技术中采用的数字单频测深仪水深工作范围仅为10m，不适用于大水深工况。然而，高度计的工作范围超过50m，从精度上更加精确，易于维护，采用了高强度铝合金外壳防水一体化设计，LCD数码/键盘设置参数/操作简便，水底自动跟踪门技术。因此，选取高度计作为所述块石抛填测控系统的测控设备。

在本发明的一实施例中，所述GPS定位系统包括对称设置于所述抛填船的艏端的第二GPS和第三GPS。通过第二GPS和第三GPS的联用使抛填船的定位更加精确，有助于抛填船的精确就位。

在本发明的一实施例中，为了便于块石的运输，所述运料船采用平板驳，通过定位缆系与所述抛填船绑定连接。作为优选，所述运料船的吨位不大于3000吨级，且靠泊时航行速度不大于0.3m/s。需要说明的是，上述的所述运料船的吨位不大于3000吨级、靠泊航行速度不大于0.3m/s的限定是针对向常规抛填船靠泊的优选吨位和靠泊航行速度，通过调整抛填船的结构参数可以增大靠泊船舶的吨位和靠泊航行速度。

下面将通过结合具体实施例描述本发明所提供的块石深水精确抛填施工控制方法。

在长江航道二期工程和畅洲左汊左岸护岸施工现场，在图3所示HL1潜堤的0+775～0+725处，采用本发明具体实施例所提供的块石深水精确抛填施工控制方法进行块石深水精确抛填施工，步骤如下：

首先，抛填船通过锚泊系统初步就位于HL1 0+775处，开启设置于抛填船的艏端的第二GPS和第三GPS进行精确定位，通过测力系统实时检测所述锚泊系统的缆系的缆力并控制锚泊系统绞缆，使所述抛填船精确就位，抛填船就位时的平面位置偏差不大于5cm。

其次，采用1艘3000吨级、平板驳的运料船，以不大于0.3m/s的航行速度向所述抛填船靠泊，并通过定位缆系与所述抛填船绑定连接，通过所述运料船向抛填船运送块石。

然后，通过块石抛填测控系统测量并记录水下原基床面高程，此处水深为32m，设定设计抛填高程为-30m。通过如图1所示的溜槽系统抛填块石，所述溜槽系统包括溜槽1和用于固定溜槽1的台车2。抛填块石的具体步骤为：通过台车2将溜槽1固定，使溜槽1深入水面以下30m，启动送料系统向溜槽1输送块石，块石经深入水下的溜槽1的引导滑落至定点抛填位置。在块石抛填过程中，通过所述块石抛填测控系统实时监测并记录块石抛填的平面位置与高程，根据块石抛填的进度调节溜槽1深入水下的距离，通过设置于所述抛填船上的倾斜仪实时控制抛填船船体的姿态。当达到设计抛填高程后，停止抛填，此定点抛填位置抛填完毕。随后，移动台车2沿抛填船3的船侧、船舷方向上设置的台车轨道4至下一个定点抛填位置，继续抛填块石。台车轨道4长为20m，通过移动台车2在该船位完成20m内的多个定点抛填位置的抛填。当完成该船位的全部定点抛填位置的抛填作业后，通过所述测力系统控制锚泊系统绞缆使抛填船移至下一船位，重复进行上述抛填作业。在整个抛填施工过程中，共移动船位10次。

通过所述块石抛填测控系统实时监测并记录块石抛填的平面位置与高程的具体步骤如下：如图2所示，所述块石抛填测控系统通过溜槽系统上设置的第一GPS5测得块石抛填的平面位置以及第一GPS 5与基床面7的距离H，通过所述溜槽系统上设置的高度计6测得高度计6与块石抛填面8的距离H3，测量第一GPS与水面之间的距离H1和水面与高度计6的距离H2，通过计算获得块石抛填面的实时高程H4，即H4＝H-H1-H2-H3。进一步，将记录的水下原基床面的高程与块石抛填面的实时高程H4相减，即可获得块石抛填的高程。

最后，抛填作业完成后，通过测量船上搭载的多波束和侧扫声呐联合复测施工结果。

通过多波束和侧扫声呐复测施工结果，得到的断面图如图4所示。选择图4中堤心抛石施工的1号和2号断面及压脚楞体抛石施工的3号断面进行断面复测标高与施工控制标高的对比(对比结果见表1和图5)，断面复测标高与施工控制标高的高程偏差值小于0.28m，平面位置偏差小于0.27m，远远小于传统施工方法的偏差值(不小于1m)，满足施工精度要求，同时也完全满足规范要求的偏差值(块石抛填偏差一般控制在0.5m)。

表1施工控制标高与断面复测标高对比