长江口南槽航道治理一期工程软体排铺设施工工艺

施军

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

0 引言

软体排在航道整治工程中较为常用。软体铺排利用高强度土工织物缝接成排布，并结合排布上的压载物形成整体结构，具有隔沙、反滤与防冲刷等多种功能，对维护沿江沿海岸坡稳定与航道正常运行具有重要作用。

随着近年工程技术的发展，软体排铺设技术已在长江南京以下12.5 m深水航道建设工程[1-3]等项目上得以逐步推广应用。单志浩等[4]研究了一种创新型联体软体排-砂袋护底工艺及其在工程中的应用；李雅婷等[5]运用砂肋软体排结合块石预防护实现了大潮差粉砂底质环境下海堤的防冲刷；董朝明等[6]分析了软体排缩排原因，提出了利用混凝土构件控制缩排的措施；张才俊等[7]进行了水下软体排铺设质量检测技术的对比分析。由于排布收缩、行船影响及水流干扰等原因，软体铺排施工时通常需要在设计图纸基础上预留一部分搭接尺寸，以确保排体入水后依旧能满足设计要求。例如，在长江南京以下12.5 m深水航道工程中，曾尝试将搭接量缩短至5 m，使得搭接量最优化，取得了一定的经济效益。由于软体排面积巨大，搭接量的减少将可大幅减少材料用量，从而节约工程造价，故对软体排铺设施工工艺的优化具有较大的经济与社会效益。

以长江口南槽航道治理一期工程为例，在总结挖掘前人经验的基础上，通过行船、量测及检测方面的技术创新，发展形成了更加有效的软体铺排精细化施工工艺，使得软体排铺设预留搭接缩减至2 m，进一步节约了工程材料，实现技术与经济利益的最大化，相关研究成果可为类似项目提供技术借鉴与参考。

1 工程概况

长江口南槽航道治理一期工程位于长江口南槽航道上段（图1），上游顺接长江口深水航道分流鱼嘴南线堤，堤身沿江亚南沙南缘向下，航道整治建筑物总长约16 km，0+000—10+000区段堤顶高程+2.0 m，10+000—14+975区段堤顶高程+1.5 m，尾段700 m长为2.0 m厚护滩堤，并设置300 m长的过渡段与前段衔接。为防止长江水流冲刷的影响，总长16 km的航道整治建筑物均需要进行护底作业，设计采用铺设混凝土联锁块软体排，护底面积总计211万m2，铺设块数达459块，项目规模大、任务重。

图1 工程位置Fig.1 Project location

2 工程难点

1）水文地质复杂

项目位于长江口区域，属海陆交汇地带，受径流和潮流的双重影响，水流动力复杂，同时地基土主要为松散状的砂质粉土和粉砂，地质条件异常复杂。

2）高泥面区段多

项目施工海船吃水往往在3 m以上，但因存在大量高滩，泥面高程过高的区域需乘潮施工，特别低的区域需乘高潮施工或采用小船施工。

3）通航船舶干扰

工程临近长江口南槽航道，据统计，南槽航道进出船舶总数占长江口航道船舶总艘数的68%，水道内航行船舶较多，这使得工程施工船舶穿越航道时受到的干扰较多。

4）生态环境敏感

项目所在地生态环境构成多样且独特，水生生物种群繁多，还涉及中华鲟、江豚、松江鲈等珍稀水生动物，环境保护要求非常高。

3 施工分析与创新

由于是水上作业，船舶的定位、控制与稳定对软体排施工质量具有决定性影响[8]。而软体排铺设受到的干扰较多，应当在实际施工中结合具体情况灵活调整，以方便软体排精准投放与固定。铺排后检测是对软体排施工质量的最后复核，确认是否需要调整与补排等工作，因而也非常重要。综上，本项目施工围绕关键技术点，开展行船精细化、量测精细化以及检测精细化的技术研究与创新。

3.1 行船精细化

行船走船是软体排铺设是否顺直的最重要的因素，行船轨迹直接影响到软体排沉入水底的形态。20世纪90年代时的软体排铺设完全依靠船员经验控制，初代的铺排软件通过GPS换算坐标，精度都不是很高。为了实现船舶定位与控制更精准，开发了最新的铺排控制软件，实现行船轨迹的实时显示，通过可视化定位精度的提高，做到了实时显示行船轨迹和偏移距离，在行船过程中能直接纠偏，不必等到一次行船后点击记录再根据换算距离进行纠偏。

同时，以往的铺排软件需根据轴线计算每个点应该到的位置，容易出错。而新铺排软件直接将排头作为目标线，每次行多少就直接加多少，简单高效。通过以上创新，降低了铺排船行船的难度，实现了软体排铺中行船的直观化，形成了行船的精细化控制新模式。

3.2 量测精细化

项目所在地为江海交界处，水流动力复杂，有时水面平静但水底还在涨落潮，极易导致排头铺设时无法抵达设计位置，甚至出现翻转的情况。因此，需要对施工中的量测精度加以提高。通过在铺排软件开发实现CAD底图添加的功能，结合实时的无验潮水面高程，导入DWG格式的水底标高导图，可以直观反映当前排体与周边排体的情况，同时可在软件上直接量测距离，很容易确认软体排是否偏移以及偏移的大小。实际操作中，可以通过在急涨潮、水深变化快时适当少走船，急落潮时、水深变化慢时适当多走船，大大减少排布拉升缩排或排布变松导致水底堆叠，形成了软体排铺设时的量测即时化，实现对软体排铺设的动态控制。

3.3 检测精细化

长江南京以下12.5 m深水航道工程配备MS1000实时声呐设备后，相比原来的倒垂法检测[6]，软体排铺设精度得到了提升。MS1000实时声呐设备系统能实时反映水底情况，但对于施工后的质量特别是连接部位质量的监控较弱。为了使软体排的搭接宽度更小，项目在运用MS1000实时水下成像技术进行过程监测的基础上，铺设后还采用侧扫声呐对排体搭接及异常部位的质量进行检测，形成了水下工程检测质量的双控模式，提高了检测结果的精度。

本项目在每张软体排铺设后，将侧扫声呐拖鱼悬挂在测量船舶一侧，根据已铺排体的设计位置，利用导航软件布设测线，测量船舶沿测线航行，同时侧扫声呐系统的显示单元便可得到水下排体图像，由于侧扫声呐可扫测至两侧各50 m范围，而排体宽度为38.5 m，因此由测量船拖引声呐拖鱼可对已铺排体进行全面检测。

4 施工情况

软体排铺设涉及到水上作业以及水陆配合，其施工工艺流程主要有卷排、船舶定位、混凝土联锁块吊安与余排下水、堤身排砂肋冲灌与堤身排下水、余排放排入水并收绳、铺排后检测共6个步骤。根据工程难点分析，由于常规水深软体排铺设不受船舶吃水影响，软体排制作完成即装船运至施工现场，便可开始护底铺排施工。

而对于4+000—6+000段的高滩排位，共计约60块软体排，则采用吃水小（吃水1.3 m）的高滩铺排船实施高摊排铺设，即乘高水位铺设、低水位坐底，其他施工工艺与常规水深相同。为提高精度与确保工程质量，本项目所有软体排均采用MS1000进行实时水下成像技术实时监测，铺设后还采用侧扫声呐进行复检，见图2。

图2 MS1000下水实时扫测Fig.2 Real timescanning of MS1000 launching

5 应用效果

5.1 质量的提升

以往的航道整治项目中，通常设置3～6 m的预留量，且经常需要补排。通过本次技术创新，软体排搭接有了更精准的把控，项目实现了仅需要2 m的预留量就能满足设计搭接要求。为说明效果，图3给出了本项目以及项目团队此前参与的长江某航道工程的软体排铺设实际搭接宽度对比图。

图3 软体排搭接对比图Fig.3 Comparison of soft mattresslapping

由图3可见，通过技术创新与精细化施工控制，本项目施工有效规避了急涨落潮的影响。结合实时声呐监测指导走船等措施，软体排铺设的质量有了大幅提升，最明显的是没有翻折现象，且搭接均匀几乎可以成1条直线，为减少搭接预留量提供了极为有利的条件。而在以往的长江某航道工程施工中，由于没有MS1000声呐设备等辅助，只能依靠初代铺排软件的轴线铺设，无法考虑潮水的影响[9]，所铺设出来的软体排整块上还算完整，但搭接处有3处明显卷折，而且铺设的路线也是弯弯曲曲，导致整体搭接不均匀，翻折处还有搭接不足的情况，为保证排体质量，只能加大搭接预留量，导致材料的浪费。

5.2 时间的节约

根据实际统计，以100 m长全尺寸排布计算，每张软体排铺设约需要7 h，每张排布使用倒垂法检测大约需要2 h。探摸工作一般是铺设3～5块后由潜水员下去探摸，探摸时间必须安排在平潮进行，错过1个潮水当日就无法进行施工，而且这些检测方法均属铺设后检测，若搭接有问题只能进行补排处理，没办法在过程中及时动态调整。若使用声纳设备进行实时监测与扫描，仅需在行船停止稳定后花费1 min的时间让声呐设备扫测1圈便可立即反馈水底铺设情况并及时在铺设过程中调整。现以100张铺排体量为例，分别计算本项目、长江某航道工程的工程耗时，如表1所示。

表1 时间对比表Table 1 Time comparison table

由表1对比发现，以100张铺排体量计算，使用新的检测方法能有效节约190 h，工作效率提高25%，节约工期约20 d，工期节约20%。就本工程而言，直接节约工作时长约722 h，节省工期约73 d。

5.3 造价的降低

时间的节约促成了设备、成本等的节省，按节约工期推算，软体排铺设分项节约人员和船舶设备成本73 d。其次，新工艺无需再使用潜水组进行探摸，节省了探摸的成本。同时将搭接量控制在2 m，每张排有效进尺33.5 m，长江口南槽一期项目设计459张排，实际铺设481张排，仅增加22张。同样以长江某航道工程方案作为对比，其使用6 m保3 m方法，本项目理论上应当需要495张才能覆盖设计面积。采用新工艺可以节约铺设14张，大约7万m2，即节约排布10万m2，混凝土联锁块4 135个，运输船18台班，相关造价数据如表2所示。

由表2可见，单就经济效益而言，以搭接预留量由3 m缩减至2 m计算，本工程共节约工程造价约600多万元，若与更早之前的盲铺方法进行对比，则能节约的工程造价更多，可见本次施工技术创新取得了较好的工程效果。

6 结语

针对软体排施工中的技术难点，以长江口南槽航道治理一期工程为例，系统研究了软体排施工中行船控制、定位与量测、水下检测等关键技术，得出的主要结论有：

1）通过实时显示行船轨迹和精确计算偏移距离，降低了铺排船行船的难度，实现了行船的精细化控制新模式，方便了软体排精准投放与固定施工。

2）结合实时的无验潮水面高程，导入DWG格式的水底标高导图，直观反映当前排体与周边排体的情况，形成了软体排铺设时的量测动态化，实现对软体排铺设的动态控制。

3）在运用MS1000实时水下成像技术的基础上，采用侧扫声呐对排体搭接及异常部位的质量进行检测，形成了水下工程检测质量的双控模式，提高了检测结果的精度。

4）通过行船、量测及检测精细化技术创新，发展形成了更加有效的软体铺排精细化施工工艺，使得软体铺排预留搭接缩减至2 m，在实际工程应用中有较好的适用性。

5）本项目施工工艺在质量提升、时间节约以及造价节省等方面均有突出的优越性，具有良好的应用效果与推广前景。