射流疏浚施工的测量检测技术

（上海达华测绘有限公司，上海 200136）

射流疏浚施工的测量检测技术

焦永强

（上海达华测绘有限公司，上海 200136）

射流疏浚是利用一定水压的射流装置对一些特殊作业区进行疏浚，具有节能、高效、经济的特点。对射流疏浚施工效果的检测技术比较复杂，结合“新海鲸”轮疏浚船在长江口深水航道进行射流疏浚施工的实例，对射流疏浚施工测量方法、检测工艺进行了比较系统的探讨，可为同类项目施工检测提供参考。

射流疏浚；异重流；测量

0 引言

疏浚作业是一项工艺复杂、投入费用较高的施工技术，为提高疏浚作业的效率，降低疏浚成本，针对不同地质的疏浚区、不同的疏浚目的需要使用不同的疏浚设备及不同的施工工艺。与传统的耙吸式、绞吸式、抓斗式疏浚作业相比，射流疏浚船舶要小许多，所需要的疏浚配套设备及人员少，因而具有较高的移动性、灵活性和经济性。

作为一种新的疏浚技术，在疏浚施工的过程检测方面与传统的测深检测有着较大的差异，如何对其进行实时、准确的过程检测是一项难度相对较高的水上测量工作。我们针对“新海鲸”轮疏浚船在长江口深水航道进行射流疏浚施工的试验性项目，利用多种测量技术对疏浚施工效果进行了检测，取得了较好的检测效果，为射流疏浚的测量检测积累了经验，为同类项目的有效实施提供了参考。

1 射流疏浚工艺原理与检测技术

1.1 射流疏浚工艺原理

荷兰HAM公司在20世纪80年代末期研制成功第一艘射流疏浚船，目前，世界上活跃着22艘射流疏浚船，从高压射流泵柴油机功率为1 200 kW的“Massmond”号到功率为75 kW的最小的“Baldur”号，以及在两者之间大小不一的各种射流疏浚船，其施工作业深度介于26 m到几乎为0 m之间。

射流疏浚是一种比较新颖的水动力疏浚技术，通过设置在疏浚船上的专用射流装置将水体注入疏浚地层中形成搅动层，将疏浚地层的固定沉积层变为“异重流”，靠疏浚区的水流作用将疏浚土带出疏浚区，达到疏浚的目的。

在法国的加莱港（Calais），利用射流疏浚进行维护性疏浚施工，其灵活性及经济性受到了有效的肯定；在印度孟买，射流疏浚被证明是整平海底的一种最有效技术；2008年5月—11月间，中交上海航道局有限公司在长江口深水航道二期治理工程疏浚施工中通过在“新海鲸”轮疏浚船上加装的高压射流装置进行了射流疏浚的试验性作业，对航道的淤积层的疏浚效果明显。

1.2 射流疏浚的测量检测技术

射流疏浚施工与传统的疏浚方式有较大的不同，传统的检测是事后的检测，主要是采用单波束或多波束水深测量的方式来实现，浚后通过测量水深变化值来计算疏浚工作量，对疏浚过程不进行实时的干预指导。

射流疏浚则不同，射流疏浚的目标是将疏浚地层变成“异重流”或浮泥状态，通过水流作用将疏浚土带出疏浚区达到疏浚增深的目的。如果疏浚过程中没有明显的“异重流”或浮泥产生，就无法将疏浚土带出疏浚区，达不到预期的目的。因此，在射流疏浚过程中，疏浚船要根据现场的实时测量结果，对射流压力、射流装置下放高度、疏浚船速进行调整，最大限度地提高射流疏浚效果。测量工作对疏浚的指导作用比较明显，过程测量非常重要。对一些水流变化相对复杂的河海交汇区域，为了进一步提高疏浚效率，需要充分掌握疏浚区的流速、流向变化情况，常采用走航式ADCP对施工区进行流速流向的测量，根据流速流向数据调整射流疏浚施工的作业路线。

其检测工作主要包括两个方面：疏浚过程检测及浚后检测。

1.2.1 疏浚过程检测

射流疏浚施工过程的检测是检测施工中“异重流”或浮泥的形成效果，包括：“异重流”或浮泥的断面检测、密度检测及形成消亡状态的检测。

1）水深断面检测

在射流疏浚施工的同时，利用专业测量船对施工作业断面进行断面检测，测量根据断面图像及相关水深判断疏浚区“异重流”及浮泥形成的状态，为射流疏浚船作业过程中的相关控制提供参考依据，提高疏浚施工效率。

由于射流疏浚所形成的“异重流”或浮泥层密度远大于水体密度，为提高检测精度，需要利用具有高低频测深能力的双频测深仪进行水深断面的测量，如：MKIII、MP35及320M等，对一些存在浮泥的疏浚区，采用低频为12 kHz测深仪进行测深，通过其较强低频的穿透能力，可直观地分析判断“异重流”或浮泥的形成状态。

在疏浚施工中，测量检测工作将随施工区水流情况进行跟踪测量，有针对性地跟踪“异重流”或浮泥随水流的运动轨迹及消散过程，从而达到指导射流疏浚的作用。

2）密度测量

利用DensiTune音叉振动密度计（标称精度：±1%）及相应的处理软件对产生“异重流”或浮泥的水体进行密度的实时测量，可依此监测射流疏浚作业的效果。从而有效指导疏浚作业工作，适当调整射流疏浚作业参数，提高疏浚效果。

3）流速流向测量

在一些河海交汇区域，由于水体的流速流向变化比较复杂，如何控制好疏浚过程中“异重流”或浮泥的流向，是确保疏浚效率的关键。因此，在疏浚施工中，我们需要利用ADCP沿疏浚区周围进行走航式流速流向测量，疏浚船根据流速流向结果选择最佳的施工区段进行疏浚施工，从而确保含有大量疏浚土的“异重流”或浮泥随着水流作用快速流出疏浚作业区，以提高射流疏浚的效率；对于一些两侧相对封闭的航道来说，通过ADCP的上下流封闭测流并结合密度断面的测量，可以比较略地计算输出的沙土量。

由于疏浚作业区水体相对比较浑浊，宜采用工作频率相对较低的ADCP进行测量，如300 kHz或150 kHz，不宜选用工作频率600 kHz及以上频率的ADCP进行流速流向测量，为了提高流向的测量精度，需要外接GPS罗经。

1.2.2 浚后的水深检测

疏浚施工的效果是否达到预期的目标，最终需要通过准确的水深测量来进行检测。传统的疏浚施工，浚后检测既可以采用单波束水深测量的方式，也可采用多波束测量的方式进行测量，射流疏浚因一次性疏浚深度相对较小，为提高检测精度，多采用多波束全覆盖的测量方式进行。

2 应用实例

在长江口深水航道二期治理工程疏浚施工中，主要采用大型耙吸式疏浚船进行航道的疏浚，比较适合于大方量的疏浚施工，其疏浚施工的成本也相对较高。

随着长江上游洪水季节的到来，夹杂着泥沙的上游来水奔涌到长江入海口，从而使长江口深水航道内存在一定的浮泥淤泥现象，由于淤积的厚度不是很厚，泥层的密度相对较小、采用传统的耙吸式疏浚作业方式不经济，施工速度也相对较慢。为提高疏浚作业效率，降低疏浚成本，通过对“新海鲸”轮疏浚船增加射流装置（如图1所示）将自航式耙吸船改为射流疏浚船，采用射流疏浚的方式对易淤积航道段进行了射流疏浚施工试验，收到了较好的作业效果。

图1 高压射流装置实物图Fig.1 The picture of high-pressure jet device

图2中里程3+000~7+000 km的区域为此次射流疏浚施工的试验区；在该区域，当长江上游洪水期来到时，航道内存在一定的淤积，疏浚后存在一定的反复。

图2 射流疏浚作业区位置图Fig.2 Operation area site of water injection dredging

在进行射流疏浚的试验前后，我们不仅进行了必要的多波束水深测量、单波束双频断面跟踪监测及“异重流”或浮泥层的密度测量工作，同时还对试验区进行了浅剖测量、ADCP测流、淤积层取样而及浮泥测量等辅助测量手段，为最终的疏浚施工效果检验提供了重要的依据。

其中，地质取样、浅剖测量主要为射流疏浚时的初时水压及射流装置入水深度提供初始参考，以利于射流疏浚效果的显现；通过ADCP测流指导疏浚船在不同潮水期在不同区域按不同顺序进行施工。这三者对射流疏浚的过程检测不是非常重要，最重要的是采用单波束双频测深面检测、密度测量及多波束测量等3种方式，图3、图4是射流疏浚施工过程中的密度检测结果和单波束双频测深断面检测的成果。

图3 “异重流”密度测量结果Fig.3 Measuring result of density flow

图4 单波束断面检测图Fig.4 Cross-section detection of single beam

从图3中可以看出：射流疏浚时，形成的“异重流”或泥沙悬浮物的密度在1.15 g/L左右，随水流的作用确实可以带走一些疏浚土；从图4可以看出：射流作业在形成“异重流”或泥沙悬浮物的同时，航道的加深迹象明显。

图5为射流疏浚前和疏浚后的多波束测量的水深差值图， 从图中可以看出：

1）1次射流疏浚后水深可加深0.3~0.7 m；如进行多次射流疏浚，其疏浚效果将更加明显；

2）射流疏浚施工后的航道平整度非常好，没有明显的高低起伏现象，对于航道的疏浚平整度有要求的疏浚项目将发挥较大的优势。

图5 疏浚前后水深比对差值图Fig.5 Comparison of water depth before and after dredging

3 结语

射流疏浚作为一种相对比较新颖的疏浚方式，因其自身的特点，在一些疏浚平整度要求较高、地质特殊、浮泥现象明显的区域，利用射流疏浚工艺进行疏浚施工往往能达到事半功倍的效果。

根据射流疏浚在长江口深水航道应用的实例可以看出：单波束双频测深、密度计断面测量、多波束全覆盖水深测量等方式是射流疏浚施工中重要的测量检测方法；通过水深及密度断面测量，能够实时检测射流疏浚施工的效果，为疏浚船射流装置的下放高度、水压大小、疏浚速度等参数的设置提供可供参考的依据，有利于疏浚作业的高效进行；通过多波束全覆盖水深测量方式进行浚前与浚后的测量，可以比较准确地计算出射流疏浚的工作量，是计量疏浚效果的最有效的检测手段。

[1]注水疏浚[J].王丽华，林风，译.科技情报，2013（2）：18-25. Water injection dredging[J].WANG Li-hua，LIN Feng，translated. Scientific and Technical Information，2013（2）：18-25.

[2]注水疏浚的理论与实践[J].陈蓉，译.水路运输，1989（1）：47-58. Theory and practice of water injection dredging[J].CHEN Rong，translated.Waterway Transport，1989（1）：47-58.

[3]周冠伦，荣天富.航道工程手册[M].北京：人民交通出版社，2004：1 479-1 482. ZHOU Guan-lun，RONG Tian-fu.Waterway engineering manual [M].Beijing：China Communications Press，2004：1 479-1 482.

[4]张瑞瑾.河流泥沙动力学[M].武汉：中国水利水电出版社，1989：211-224. ZHANG Rui-jin.River sediment dynamics[M].Wuhan：China Water Power Press，1989：211-224.

中交天津港湾工程研究院有限公司喜获国家科技进步一等奖

2014年1月10日上午，庄严的人民大会堂里灯火璀璨、春意融融，国家科学技术奖励大会在这里隆重召开。由我院参加完成的“离岸深水港建设关键技术与工程应用”项目获得2013年度国家科技进步一等奖，标志着我院的科技研发工作再出硕果。

该项目为《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006—2020》优先主题和交通运输部《公路水路交通“十一五”科技发展规划》重大专项，是交通运输部最大的水运建设技术开发类项目。项目历经10年研究，在离岸深水港安全高效总体规划与运营、海工新型结构设计与新材料、外海快速环保施工成套装备与工艺、新的土体极限分析理论与计算方法和水下原位自动化监测等4个方面取得突破。在国际上率先形成了系统完备的离岸深水港建设核心技术，解决了外海恶劣自然条件下建设大型离岸深水港口的世界性难题，使中国具备了在外海建设港口和陆域基地的实力，对我国扩大海洋权益维护范围，提高海洋资源开发水平意义重大。该项目成果已在世界最大的矿石码头，海军某工程及卡塔尔多哈新港等20余项国内外重大工程中应用，并纳入13部国家和行业标准规范，且出版了英文版，显著提升了我国海事工程的国际影响力。

我院结合该项目，开发了水下原位自动化监测技术，创立了新的土体广义极限平衡理论，并开发相应的地基计算软件。其中土体广义极限平衡理论及相应的计算软件为该项目的三大原始性创新成果之一。

国家科学技术进步奖是为了表彰在我国科学技术事业发展中作出杰出贡献的科技工作者和组织，是国家对科技工作者研究成果的最高肯定。该项目是我院长期坚持科技兴企战略，全面提升科技创新能力取得的丰硕成果，彰显了我院在大型工程建设关键技术方面取得的突破性进展，标志着我院的科技研发能力和水平迈上了新台阶。

（中交天津港湾工程研究院有限公司 曹永华 供稿）

Measurement detection technology of water injection dredging construction

JIAO Yong-qiang
（Shanghai DaHua Surveying&Mapping Co.，Ltd.，Shanghai 200136，China）

Water injection dredging dredges for some special areas by using a certain hydraulic flushing device，it has the characteristics of energy saving，high efficient and economic.The measurement technology for the effect of water injection dredging construction is complex，combined with the“Xinhaijing”dredger construction examples of flood in the Yangtze estuary deepwater channel dredging，this paper discusses the construction method of measurement and detection techniques，provides a reference for the construction and detection of similar projects.

water injection dredging；density flow；surveying

U616.2

：A

：1003-3688（2014）03-0057-04

10.7640/zggwjs201403011

2013-10-10

焦永强（1970— ），男，陕西汉中人，技术部主任，高级工程师，测量工程专业。E-mail：jiaoyq01@126.com