长江深水航道整治技术研究及发展

刘德进，杜璐，曲俐俐

（中交一航局第二工程有限公司,山东青岛 266071）

长期以来，由于受到径流和潮流的双重影响，从上海到南京的长江河段，河槽演变复杂，水深较浅，其中长江口通航航道自然水深仅6 m，成为通航的瓶颈。自1974年起，长江口依靠疏浚维持水深在7 m，年维护量约1 200万m3，制约了上海、长江三角洲及长江流域经济的发展。1958年以来，一大批专家学者从不同学科专业角度，针对长江口治理方案作了大量研究。特别是1991—1993年开展的“八·五”国家重点科技项目（攻关）“长江口拦门沙航道演变规律及整治技术的研究”取得了重大进展[1]。历经40 a论证，从1997年国务院批准建设长江口深水航道整治工程，到2020年长江口南槽航道整治完成，历时多年打通了长江黄金水道，极大促进沿江经济发展。

长江深水航道整治系列工程是一项规模宏大的跨世纪工程，也是新中国成立以来最大的水运基础设施建设工程，均以打造国家优质工程为目标。建国初期，长江航道整治经验处于空白，大量专业船机设备和新结构均从国外引进，半圆体堤、塑料排水板和砂袋等施工技术在国外应用已较为成熟，中交一航局、二航局、三航局等单位在引进国外新技术的同时，积极开展了大量新工艺、新设备、新材料和新技术的研究与应用，形成了诸多世界一流的深水航道整治施工关键技术。克服了恶劣的自然环境和复杂的水流流态，解决了项目建设专业施工装备少、机械化程度低、深水、大流速等多项航道整治领域的世界级难题，提高我国在深水航道整治领域的综合实力。为总结经验，进一步梳理航道整治施工关键技术，本文精选了在长江深水航道整治系列工程建设过程中开发的新技术、新装备和新工艺，介绍了其工艺原理、技术发展历程和实施效果，供同行交流学习。

长江深水航道整治系列工程包括长江口深水航道整治工程一期、二期、三期，总投资123亿元，长江南京以下12.5 m深水航道一期、二期，总投资约118亿元，长江口南槽航道治理一期工程，总投资17.5亿元，实现从长江口到南京12.5 m深水航道全线通航。

1998年，国家开始实施长江口深水航道整治工程，共分三期建设：一期工程位于南港北槽，北导堤位于横沙浅滩南缘，南导堤位于九段沙北缘，从南北槽分叉处项口外延伸，包括南导堤30 km，北导堤20 km，丁坝10座，项目于1998年1月开工，2000年3月完工，实现水深8.5 m目标；
二期工程接一期工程导堤继续向口外延伸，包括南导堤18 km，北导堤21 km，丁坝14座，项目于2002年4月开工，2005年3月完工，实现水深10 m全面贯通；
三期工程主要为疏浚工程，疏浚量1.5亿m3，2006年9月开工，2010年3月完工。三期建设中一期、二期以航道整治建筑物为主，三期以疏浚为主，长江口航道总平面图见图1。12 a艰辛建设，长江口深水航道治理工程告一段落，长江口12.5 m航道水深全面贯通，共建成各类导堤、丁坝等各类整治建筑物170 km[2]。

图1 长江口深水航道总平面图Fig.1 General plan of the Yangtze Estuary deep water channel

长江南京以下12.5 m深水航道工程是“十二五”和“十三五”期间全国内河水运投资规模最大、技术最复杂的工程，工程总平面图见图2。工程共分三期实施，一期工程太仓至南通段于2011年8月开工建设，2014年7月完工；
二期工程南通至南京段于2015年9月开工建设，2018年5月全线试运行；
三期尚在研究阶段。至此，南京至长江出海口长431 km，12.5 m深的水航道实现了全线贯通，9万t大型海轮可直达南京，江苏沿江港口从“河港”变为“海港”。

图2 长江南京以下12.5 m深水航道工程总平面图Fig.2 General layout of the 12.5 m deepwater channel project in the downstream from Nanjing of the Yangtze River

长江口南槽航道治理工程是“十三五”期间水运建设重点项目，分两期实施：一期工程主体为沿江亚南沙南缘向下建设一条护滩堤，上游顺接长江口深水航道分流鱼嘴南线堤，总长约16 km，于2020年建成运行；
二期工程尚在研究阶段。工程2019年12月开工，2020年6月进入试运行。实现了5千吨级船舶满载承潮双线通航，兼顾1～2万吨级船舶减载承潮通航，本工程平面布置图见图3。

图3 长江口南槽航道治理工程一期工程平面布置图Fig.3 Layout chart of the first phaseof thewaterway regulation project in the southern trough of the Yangtze Estuary

自1998年长江口12.5 m深水航道一期建设开始，经过长江口12.5 m深水航道二期工程、长江南京以下12.5 m深水航道一期和二期工程，至2019年长江口南槽航道治理一期工程陆续建成并投入运营，长江黄金水道的功能得以充分发挥。在20余a长江深水航道系列工程建设过程中，研发了大量的航道整治施工新技术和新装备，在水下基础处理、深水砂被、深水软体排铺设、水下基床抛石整平、半圆体预制、出运安装和水下检测技术等领域不断取得创新和突破，技术水平达到国际先进和领先水平，填补了我国航道整治领域的技术空白，引领了我国航道整治工程建设的技术进步。

1.1 长江深水航道整治工程主要结构及规模

航道整治工程主要由导堤、潜堤、锁坝和丁坝组成，主要结构型式包括抛石混合堤（图4）、抛砂混合堤（图5）和半圆体混合堤（图6）三种。工程主要工序一般包括水下基础处理、软体排护底、抛石筑坝、水下整平和构件预制、出运及安装。同时，航道整治工程因水下施工环境特殊，水下检测技术在不断更新换代，对保障工程质量具有重大意义。长江口深水航道工程一期、二期工程总投资约88亿元，长江南京以下12.5 m深水航道一期、二期工程总投资约118亿元，长江口南槽航道工程一期工程投资约17.5亿元，建设规模宏大。长江深水航道整治系列工程建设规模见表1。

表1 长江深水航道整治系列工程建设规模Table 1 Construction scale of a series of deepwater channel regulation projectsin the Yangtze River

图4 抛石混合堤典型结构图Fig.4 Typical structureof theriprap mixed dike

图5 抛砂混合堤典型结构示意图Fig.5 Typical structureof thesand throwing mixing dike

图6 半圆体混合堤典型结构示意图Fig.6 Typical structureof the semicircular body mixed dike

1.2 长江深水航道整治工程特点

1）自然条件复杂，工况恶劣

长江口深水航道整治工程一期工程地处江海交界处，二期工程又继续向外海延伸，最远处距离横沙东滩基地48 km，施工区域远离陆域，浪大流急，自然环境复杂，施工环境恶劣，年可作业时间仅140～180 d。而长江南京12.5 m深水航道整治工程位于南京至南通河段，施工区域的特点是水深流急，二期工程堤身范围内最深处泥面标高为−35 m，余排范围内最深处泥面标高为−44 m，水深最大流速2.1 m/s。为适应长江航道恶劣的工况条件，中交一航局、二航局、三航局和四航局四个航务工程局均开展了自主研发，设计和建造了多艘专用船舶，这些船舶抗风浪生存和作业能力强，大大增加了可作业时间。同时，为适应长江南京12.5 m深水航道整治工程深水大流速工况，一航局和三航局进一步新改进和研发了专业深水铺排船和深水定点抛石船，实现了航道整治工程专业船舶全部国产化[3]。

2）河势变化不确定因素多，施工顺序和结构需进行调整

由于在长江河口开展了如此大规模的航道整治工程，因此尽管项目前期研究和试验揭示了长江口水沙运动及河床演变的基本规律，提出了总体治理方案，但仍然存在一定的不确定性。而且在当前技术水平条件下，作为整治方案基础的数模、物模研究成果尚不可能做到定量准确，尤其是施工过程中整治建筑物对河势的影响更加复杂，合理施工程序只能在实践中不断研究和探索，因此在建设过程中，除严格按照业主制定的总体施工顺序外，还根据现场监测和试验研究的结果进行动态调整结构设计[3]。

3）施工工程量大，施工强度高，组织难度大

长江深水航道整治系列工程规模巨大，工期紧，水上受风浪、水流等因素限制，可作业时间有限。以长江南京以下12.5 m深水航道二期工程为例，护底软体排约994万m2、抛石约770万m³施工，施工规模巨大，施工组织难度高，均创历史记录。

4）工程施工区域临近航槽，施工与通航矛盾突出

长江中下游是长江最为繁忙的区段，而深水航道整治工程施工区域大多临近主航道，甚至需要占据主航道施工。同时通航船舶密度高，在大雾、夜晚等不利条件下，外来船舶极易闯入施工区域。且施工所需材料设备等运输均需要频繁穿越航道，施工与通航矛盾突出。

5）生态环保要求严

项目建设施工区域大多邻近近或位于水生生物保护区、饮用水水源区、水源保护区、取水口等生态敏感水域。为有效保护生态环境，减少工程对现有环境的影响，在涉及鱼类繁殖季节或影响水质时，需要暂时停工。

6）项目建设标准高

长江深水航道整治系列工程均以创建国家优质工程为目标，对项目建设工作质量提出了极高的要求，应用了新技术、新工艺和新设备要求各参建单位在施工过程中主动开展技术攻关。在深水铺排、水下机械整平、深水定点抛石、深水大砂袋和大型半圆体预制安装出运及安装等关键工艺上取得了巨大突破，施工技术水平达到国际先进水平，其中坐底式基床抛石整平专用船、坐底式沉箱安装专用船和基床整平、沉箱安装工艺处于国际领先水平。

1.3 长江深水航道整治主要工艺

根据长江深水航道主要结构特点和新型结构的开发应用，目前在深水航道整治施工过程中应用较为广泛的工艺主要有水下基础加固、深水砂被铺设、深水软体排铺设、水下抛石、水下基床整平，以及半圆体预制、出运及安装。为了适应越来越复杂的施工环境，在长江深水航道系列工程施工过程中，各航务局都创造性开发了一些新设备、新工艺和新技术：建造了国内第一艘深水排水板打设船，解决了水下软基加固这一世界难题；
相继开发了适用于水深15、20及40 m的专业铺排船，解决了深水区护底施工难题；
开发设计了料斗、溜槽、溜筒等多种专业抛石船，降低了抛石流失率；
研究建造了例如步履式水下整平机、坐底式基床抛石船、水下抛石振平一体船等水下整平装备，填补我国在水下整平技术空白；
大型构件的预制、出运及安装成套技术的应用，弥补了传统抛石结构工程量大，经济性差的弊端，为航道整治建筑物向深水区推进创造了条件。新工艺和新技术的成功应用为打造黄金水道、铸就国家优质工程奠定了坚实基础。

打设塑料排水板是20世纪80年代初研制的一种新型软土地基加固工艺，一般用于陆上施工。2002年12月5日受强寒潮天气影响，长江口施工水域浪高达3.5 m。大风和大浪导致长江口深水航道治理二期整治建筑物工程已安放好的16个沉箱发生了不同程度的较大滑移和沉降，工程一度陷入停滞。经分析认为，沉箱剧烈沉降的主要原因是周期性波浪力作用于沉箱并传给地基，从而引起了地基中软土层的强度降低（软化）[4]。中交一航局开展了地基抗软化加固试验，提出的在砂被上打设塑料排水板、在半圆体底部增加橡胶阻滑板等水下基础加固施工技术解决了这一以往施工中从未遇到的技术难题。尽管陆上打设塑料排水板技术已在国内多个工程中应用、工艺较为成熟，但尚未在工况恶劣的海上实施过，为此，中交一航局建造了当时国内第一艘深水排水板打设船“成功1号”，首次成功实现了在长江口这种恶劣工况下正确打设排水板。

2.1 水下基础加固施工工艺原理

打设塑料排水板基本工艺原理为在软土层中增设竖向排水通道，使地基土在预压荷载作用下，加速排水固结，从而达到提高地基土强度的目的。应用新设计的打设桩靴减少破坏袋体，利用牵引定尺排水板入管的引绳作为“回带”判定的测量工具，解决了拔管时排水板回带的问题。

2.2 水下基础加固施工技术简介

“成功1号”打设船（图7）船长60 m、宽30 m、型深5 m。船上设置12台打设机，主架高38 m，可打设水面以下30 m深度的塑料排水板，最高施工效率为每天打设3 000根。该船形似双体船，船体中央有一处6 m×30 m的开孔，可移动的12台打设机分两排布置在开孔两侧的轨道上，这种布置的优点是排水板打设时受风浪影响小，打设点位的调整机动灵活。

图7 塑料排水板打设船“成功1号”Fig.7 Vessel “Success 1” for piling plastic drainageboard

打设船配备两台GPS和专用施工软件，根据施工图计算出定位坐标，输入电脑生成电子海图，打设船在电子海图的指引下准确定位。

为了提高施工速度，预先把排水板裁剪成一定长度的单根板段，施工人员将尼龙绳上的挂钩挂住塑料排水板上端已束好的铁丝扣，人工拉尼龙绳将塑料排水板从套管底部穿入套管内部，下端弯折别住桩靴，直至桩靴封住套管下口。定位及穿管完成后，技术人员测定套管垂直度和水深，确定套管入土深度，确保排水板的打设满足设计要求。

开动振动锤进行打设，待套管打至预定标高时立即放松拉住排水板的尼龙绳，同时向上拔套管。当套管全部拔出后，拉脱排水板头部铁丝，使排水板和尼龙绳脱离。一根排水板打设完毕并检验合格后，做好记录，移动主架到下一个板位继续施工。

为解决打设过程中穿透砂被和塑料排水板在软土中的“回带”问题，中交一航局反复试验研究，成功研制了一种特殊的塑料排水板打设板靴，将橡胶阻滑板用于沉箱底面，探索出了一整套带橡胶阻滑板的沉箱预制施工工艺，使橡胶阻滑板和沉箱底面的牢固连结得到了保证，该技术的实现系国内首次成功解决地基软化技术难题。塑料排水板打设完毕后，要及时覆盖护底软体排，以减少砂被中砂的流失[5]。

2.3 水下基础加固工艺实施效果

2003年，深水排水板打设施工被首次应用于长江口深水航道二期工程软基加固，经过反复研究和在海上多次试验的基础上，对塑料排水板打设设备和工艺进行了改进，研制成功了一种特殊的塑料排水板打设头,较好地解决了打设过程中穿透砂被、软体排以及塑料排水板在软土中的“回带”问题。二期工程中，中交一航局、二航局和三航局共建造了5艘深水排水板搭设船，打设排水板约700万m分项工程的优良品率达到94.1%，同时中交一航局创造了一条船1 d打设4 800根的最高纪录。

2002年，砂被铺设工艺首次应用在长江口深水航道治理二期工程中，主要用于地基加固的第一道工序，施工水深较浅。在当时，国外尚未见关于海洋工程大规模铺设砂被的报道。为解决专业船机不足的问题，各工程局先后建造了多艘专业铺排船，中交一航局改造了“铺排1号”和“铺排3号”两艘铺排船，将其用于砂被铺设。2015年，在长江南京以下12.5 m深水航道二期工程中，中交一航局通过改进砂被袋体结构，研发了深水水下充灌大型袋装砂堤心施工技术和铺排船滚筒预先卷装砂袋工艺，在水深超过36 m的条件下，实现了国内外最大砂袋尺寸（128 m×26 m）、充灌量约5 000 m3的大型砂被堤心水下连续一次成型施工[6]。该技术的成功应用相比小型袋装砂抛填具有施工精度高、材料损耗低的优点。2020年，在长江口南槽航道工程中，中交三航局首次将疏浚土用作袋装砂堤心填筑材料，实现了资源节约。

3.1 深水砂被施工工艺原理

砂被是使用强度较高的土工布和丙纶加筋带缝制而成的袋体，袋体上层预留充填口，通过软管将砂充填至袋体内，形成一个大砂袋，用作压载体或筑堤。在长江口深水航道治理二期工程中，砂被被用作地基的水平排水通道，同时也可以防止砂颗粒流失，是堤体结构的第一道工序。随着砂被结构的应用越来越广，在长江南京以下12.5 m深水航道二期工程中砂被也成为一种堤体结构，相比抛石堤和预制结构混合堤具有明显的经济优势，但受施工工艺限制，砂被铺设水深有限，一般只用作浅水区和陆域筑堤，在深水区往往采用小砂袋抛填工艺。

3.2 深水砂被施工技术简介

砂被铺设施工采用铺排船充灌铺设工艺。具体步骤如下：①铺排船在GPS引导下进入施工现场，抛锚定位；
②根据铺排船与砂被铺设位置精准移船定位，并测量水底原泥面高程；
③运砂船靠泊在铺排船一侧，连接输砂软管，将砂被预先卷在铺排船卷筒上；
④开启泥浆泵将砂充入砂被，袋体头部隔仓充灌成型；
⑤缓慢下降斜板，在头部隔仓自重下将铺排船卷筒的袋体徐徐下放到泥面；
⑥绞锚移船与充灌同步进行，并通过测深仪控制砂被充灌厚度，直至砂被全部铺放到水底后，继续进行充灌，直至袋体充灌饱满[7]。

在长江南京以下12.5 m深水航道二期工程中，中交一航局通过选择深水铺排船、改进砂被结构，采用多排双层袖口，实现了水下连续充灌；
通过合理布置加筋带，提高了袋体强度，增加了其对水深的适应性；
通过设置头部隔舱，提高了袋体的着床准确度，成功实现了深水区的砂被铺设施工。

3.3 深水砂被工艺实施效果

专用铺排船在2002年长江口深水航道治理二期、2015年长江南京以下12.5 m深水航道二期工程中均应用了上述深水砂被铺设关键技术成果，取得了良好的施工效果。并在2015年应用更加专业的深水铺排船，实施了水深10 m以下充灌袋装砂堤心施工工艺。该工艺系我国首次应用，较之传统的抛填袋装砂施工工艺，避免了因水深、流速过快引起小砂袋离散而造成的浪费，能极好地控制堤心成型坡度。同时，充灌砂袋较之小砂袋，土工布用量明显降低，极大地提高了施工效率，避免了施工材料浪费，大大降低了施工成本。

1998年，软体排护底施工工艺首次应用于长江口深水航道治理一期工程，为此，各参建单位均建造了专业铺排船，其中中交一航局建造了3条先进的大型专用铺排船，可承担长200 m、宽39.5 m、最大施工水深约20 m的各类软体排铺设施工，是当时国内最先进的铺排船。

2012年，长江南京以下12.5 m深水航道一期工程建设工程中，狼山沙堤身轴线左缘河床冲刷严重，相比预计的冲刷深度为10 m，河床最大水深达到32 m，水深加大使排体受水流的荷载急剧增加，国内没有能满足该工况的铺排船，工程一度陷入停工状态。为此中交一航局迅速成立科研团队，首次提出了移动坐标系与悬链线模型相结合并叠加水流力工况下的排体受力计算方法，研发了同步、异步放排移船施工技术，其成为深水铺排的关键技术，可在水深为2～40 m、流速为2 m/s的往复流工况下作业。基于深水铺排荷载悬链线理论，确定了受力计算模型及公式；
开展了航道水流力阻力系数取值等研究。40 m水深的施工工况的理论计算结果与现场验证结果吻合良好[8]。基于这些技术进展成功改造的“方驳126”（图8）和“半潜1”两艘深水铺排船能满足40 m水深施工需求，顺利完成了长江南京以下12.5 m深水航道一期、二期工程软体排铺设。

图8 “方驳126”40 m水深深水铺排船施工Fig.8 Vessel “Fangbo126”for theconstruction of laying 40m deep water soft drainage

4.1 软体排铺设施工工艺原理

铺排船主要由船体、卷筒、可倾斜滑板和吊机组成，通过事先卷在卷筒的排布，吊机将压载块吊装固定在排体上，倾斜滑板，利用固定在排体上压载块的自重实现排体下沉入水，形成流水作业，将排体铺在河床上。护底软体排由土工织物加工缝制而成，压载混凝土连锁块，通过专用铺排船将排体铺在水底。用于保护水工建筑物基础下一定范围内原泥面不受水流冲刷，避免建筑物沉陷。软体排护底已经成为航道整治工程最关键、使用最广泛的护底施工工艺。

4.2 软体排铺设施工技术简介

铺软体排铺设施工工序包括铺排船定位、卷排、移船定位、充灌砂肋或安放联锁片、放排、移船、检测等步骤。

1）铺排船定位

将铺排区域点的坐标输入GPS定位监控系统，并生成施工区域电子海图，拖轮及锚艇协助铺排船抛锚定位，调整锚缆，使铺排船准确就位

2）展排、卷排

将排布在甲板上拆封展开，验证排体出厂合格证的尺寸符合要求后方可开始卷排。通过钢丝绳与丙纶绳，将卷筒与排布连接，卷排时操作人员将排布向两侧拉紧，卷紧卷匀，避免排布收缩。

3）排头侧混凝土联锁块吊安及余排下水

联锁块运输船靠泊后，进行吊机吊装，用丙纶绳将排体和绑扎环两种物体牢固绑扎，调整斜板与水平成35°并锁定，保证定位斜板前端与设计铺排区域的端线重合。松开卷筒刹车放排，计算水深及放排长度，至第一排混凝土联锁块坐底时，该排联锁块位置即设计端线位置。继续吊安联锁块，在GPS电子海图指导下边放排边退船，使排体平整铺于水底，根据放排长度、水深确定移船距离（图9）。

图9 联锁块软体排铺设Fig.9 Laying of interlock block soft body

4）堤身砂肋排铺设

将取砂船停靠在铺排船一侧待用。在砂肋充灌前，操作人员将砂肋袋穿入排体上的砂肋环中，用高压水枪向泥驳舱内注水，然后启动泥浆泵开始充砂，当砂肋袋充满砂后，扎紧袋口，启动卷筒开始沉排（图10）。沉排操作同混凝土联锁块排沉放方法相同。

图10 堤身砂肋排铺设Fig.10 Laying of dikesand rib

5）排尾联锁块余排沉放

排尾联锁块余排沉放方法同排头联锁块余排。

6）水下排体检测

当软体排铺设完成后，及时对排体铺设质量进行检测。对不符合设计要求的铺排检测不符合设计要求的，经监理同意后进行补排处理。水下排体检测技术有浮漂法、潜水员水下探摸法、旁扫声呐检测法、多波束检测法和MS-1000水下声呐等多种检测手段。

4.3 软体排铺设检测技术应用及发展

在20余年来，水下检测技术日新月异。在长江深水航道整治系列工程中，1998年长江口深水航道一期工程开创性地发明了倒垂浮漂法和潜水探摸法进行水下软体排质量检测，后期陆续引进了多种水下声呐检测技术，如2012年广泛引进的旁扫声呐、超短基线、2015年由中交一航局首先引进的Sonic 2024多波束和由中交三航局最早引进的MS-1000水下成像多种可视化检测技术，将水下工程情况以三维图像展示出来，实现了事中和事后双重可视化检测，及时发现和处理了施工中的问题，极大提高了工程质量。

4.3.1 浮漂法及潜水探摸法

排体的定位和排体之间的搭接是决定软体排铺设质量的关键。在长江口航道整治工程一期、二期工程中，软体排检测技术首次采用背包式GPS检测系在排体边缘的浮漂，从而通过浮漂确定排体的实际位置，并由潜水员水下探摸排体搭接、位置等质量情况。

4.3.2 旁扫声呐及超短基线检测技术

传统浮漂倒垂法软体排检测技术受水流、水深影响较大，流速和水深较大时误差也逐步增大。为确保软体排搭接质量，准确测量排体实际铺设位置，2012年，在长江南京以下12.5 m深水航道一期工程中，参建单位陆续引进了“旁扫声纳”和“超短基线”等先进的测量设备，开发了水下检测技术，通过对旁扫扫测图像分析，可直观发现软体排铺设后搭接情况及排体质量，实现了由不可视变为可视的巨大进步，保证了铺排质量。但旁扫声呐只能作为事后检测手段，因此中交一航局还应用超短基线作为事中检测手段，有效提高了软体排铺设质量。

1）旁扫声呐检测技术原理

旁扫声呐设备通过向水底发射声呐信号，并对声呐信号进行接收、处理、传输，得到水下检测物的图像。软体排铺设后，根据排体设计位置进行检测，测量船拖引侧扫声呐设备沿扫趟进行测量，得到软体排铺设后的完整图像，可直观分析排体的铺设质量，检测图如图11所示。

图11 旁扫声呐检测图Fig.11 Detection with side scan sonar

2）超短基线检测技术原理

超短基线检测技术利用铺排过程中系在排体两侧的信标采集排体着床后实际边线坐标（图12），测量完成后利用控制器释放信标，实现信标的回收利用。通过与相邻已铺软体排边线坐标的比较，实时计算排体搭接宽度，并根据搭接量的大小指导铺排船进行调整。该系统测量过程中不受水深影响，能够大幅提高定位精度，确保排施工质量。但由于单个成本高，测量数据较少，在后续项目很少使用。

图12 超短基线检测示意图Fig.12 Detection with ultra-short baseline

4.3.3 多波束检测技术

2015年，在长江南京以下12.5 m深水航道二期工程中，由中交一航局率先引进了Sonic2024多波束测深系统（其量程分辨率为1.25 cm，覆盖范围为10°～160°实时可选，波束最大值为1 024个，最大量程为500 m），首次将多波束测量技术广泛应用于整治建筑物过程控制及水下检测，基本实现了水下隐蔽工程可视化、定量化分析，可以准确测量出水下排体边线位置、分析排体铺设质量，结合上一张排体边线坐标可计算出相邻排体间的搭接量，实现了水下软体排搭接量检测从定性到定量的跨越[9]。且根据上一张软体排铺设后的准确边线坐标，在保证搭接宽度的前提下及时调整待铺软体排的位置，节约了施工成本。软体排检测如图13所示。

图13 多波束检测水下软体排Fig.13 Detection of underwater soft array with multi-beam

4.3.4 MS-1000扫描声呐检测技术

MS-1000扫描声呐检测技术最早由中交三航局在2016年长江南京以下12.5 m深水航道二期工程建设中引进。2019年，在长江口南槽航道治理一期工程建设中，中交一航局也引进了MS-1 000水下成像检测技术，实现了水下软体排实时成像。该技术是通过固定在相邻排体搭接区域上方支架上的声呐设备进行监测（图14），在铺排过程中，随着船体后移及排体下放，可以实时监测排体在重力作用下自身收缩和水流冲刷等情况下的实时图像（图15），可实时测量相邻排体之间的搭接宽度，从而及时修正船位，确保软体排有效搭接。此系统扫测探头可360°旋转扫测。

图14 MS-1000扫描声呐安装图Fig.14 Mounting of MS-1000 scanning sonar

图15 MS-1000扫描声呐扫测排体成像图Fig.15 Image of the underwater soft array detected with MS-1000 scanning sonar

4.4 工艺实施效果

软体排铺设施工工艺自1998年首次应用于长江口深水航道治理一期工程，已形成具有完全知识产权的施工技术。2015年，在长江南京以下12.5 m深水航道二期工程建设过程中，中交一航局建造的“方驳126”深水铺排船创造了铺设泥面标高42.9 m、排长642.6 m和超深、超长2项国内记录，标志着我国在软体排铺设关键技术上取得了新的突破，也再次验证了该深水铺排船优异的技术性能。

基床抛石及整平是重力式水工结构的关键工序，长江口一期、二期工程建成半圆体堤基床约49 km，长江南京以下12.5 m深水航道一期工程建成半圆形堤基床3 km，二期工程建成构件基床2.5 km，长江口南槽航道治理一期工程建成半圆体堤4.03 km。基床抛石整平工程量大，施工工况条件差，浪高、流急，常规水下人工整平需在平潮时才能施工，可作业时间短。长江口二期工程相比一期工程工况更加恶劣，施工现场浪高、流急，常规水下人工整平工艺难以满足设计要求。因此，研制机械化程度高、操作简便、施工效率高、抗风浪能力强，并能满足构件安装精度的新工艺、新设备势在必行。

20世纪70年代以来，多家工程局虽研制过框架式、摇臂式水下整平机，甚至引进过日本的夯击整平锤，但终因配套工艺设备研制及控制技术开发等方面的困难，未能形成实用化的成果。1998年，为建设长江口一期工程，中交一航局自行研制了坐底式基床抛石整平船“青平1号”，从人工整平向机械整平迈出了一大步（图16）。在2002年长江口深水航道二期工程中，中交一航局在“青平1号”的基础上开发了适用性更强的“长建1号”坐底式抛石整平船（图17）。该船最大的优势是适应水深更大、整平基床更宽、抗风浪能力更强。经鉴定该抛石整平船的研制为国内外首创，总体技术达到了国际先进水平，其中抛石整平工艺技术处于国际领先地位。同时，中交二航局也研发了“航工平一号”平台式基床抛石整平船（图18），该船通过抬升船体，提高了船舶抗风浪性能。中交三航局研发了升降料斗式抛石船（图19）和步履式水下整平机（图20），改写了传统人工、反铲或吊机网兜抛石施工方式，同时水下整平机对水深和基床宽度适应性更强。各类抛石整平船、抛石船和整平机的研发，为长江口深水航道整治工程顺利实施做出了巨大贡献。

图16 “青平1号”整平船Fig.16 Vessel “Qingping 1” for seabed leveling

图18 平台式基床抛石整平船“航工平一号”Fig.18 Platform-type vessel“Hanggongping 1”for seabed riprap leveling

图19 升降料斗式抛石船Fig.19 Lift-hopper-type vessel for rock rip-rap

图20 步履式水下整平机Fig.20 Walking-typeunderwater leveler

2015年，为适应长江南京以下12.5 m深水航道二期工程水深、大流速的恶劣工况，解决抛填物漂移距大、流失严重以及断面成型难度高的难题，中交一航局自主设计研制了“砂桩1号”深水定点抛石船（图21），实现了最大作业水深35 m、最大流速2 m/s工况下块石的快速精确拋填施工作业。同年，中交三航局又建造了“三航驳183”溜筒抛石船（图22），该船配置最大长度18 m、适宜抛填级配200～300 kg块石的溜筒，高质量地完成了平均水深16～17 m、堤顶宽度3 m的抛石施工。并在以往水下整平机的基础上，新开发了无线遥控水下步履式整平机（图23），可自动调整整平控制标高，通过刮铲和碾压整平基床块石，整平精度达到细平。

图21 砂桩1号溜槽抛石船Fig.21 Vessel “Shazhuang 1” for rock rip-rap

图22 “三航驳183”溜筒抛石船Fig.22 Vessel “Sanhangbo 183”for rock rip-rap

图23 无线遥控水下步履式整平机Fig.23 Wireless remote controlled underwater walking leveler

2019年实施长江口南槽航道治理一期工程时，中交一航局以“砂桩1号”深水定点抛石船为基础，在船体左舷增加了振动振平模块，一船两用，即可精准抛填块石、也可进行水下高精度整平（图24），能够实现±5cm基床振密整平。装备具有小型化以及组装、拆装和运输便捷的特点，提高了基床密实度、平整性和施工效率，减少了工后沉降。以下主要介绍作者所在的中交一航局研发的坐底式基床抛石整平船和深水定点抛石振平一体船。

图24 “砂桩1号”抛石振平一体船Fig.24 Vessel “Shazhuang 1” for riprap together with vibration leveling

5.1 坐底式基床抛石整平船

5.1.1 整平船简介及工艺原理

1）青平1号

船体主尺度为：总长57 m，型宽25 m，艏艉楼型深12 m，片体型宽4.5 m，片体型深5 m，满载吃水3.5 m，空载吃水2.8 m，最大坐底工作水深9 m，中间开口42 m×16 m。

船舶坐底稳定性良好，按长江口水域工作条件设计，7级风以下海况可以24小时正常作业，10级风以下海况可以就地坐底抗风停泊。

作业原理：整平机主要由整平框架和整平“刮刀”两部分组成。通过向压载舱注水使船坐底，然后沿轨道将刮刀向前推进，将基床顶面不平整的块石推平实现基床的整平。导轨采用了“GPS定位技术+数字吃水测量技术”，构成了整平方位、标高测控系统，“刮刀”底标高即整平标高系通过GPS系统及设在框架两端的压力传感器测深系统提供的数据操纵液压缸升降整平机框架来完成[10]，系统原理如图25所示。

图25 整平船测控系统原理图Fig.25 Schematic diagram of measure and control system of the leveling vessel

2）长建一号

“长建一号”坐底式基床抛石整平船系在“青平1号”成功应用的基础上为适应长江口二期工程的深水、软弱地基作业和基床断面加宽的需要所建造。“长建一号”的结构型式、工艺原理与“青平一号”基本相同，但船体尺寸更大，抗浪能力和施工效率更高。

船体主尺度为：总长60.8 m，型宽34 m，型深16 m，设计最大吃水深度14 m，一次定位最大整平长度30 m，最大整平宽度（刮刀设计宽度）18 m。

船舶坐底稳定性更好，在10级以下大风中仍可就地抗浪。

5.1.2 水下基床整平关键技术工艺

整平船依靠GPS和电子海图的指引，由拖轮拖至整平区域，调整压载水和锚缆使整平船保持平稳漂浮状态，完成定位后向压载舱注水，整平船下沉坐底。操作人员根据测量数据调整整平机架处于同一水平面，同时将刮刀调整至整平标高。

整平船抛石采用克令吊抓取石料抛入指定区域，施工人员严格控制抛石的标高和进尺。抛石每向前推进3 m左右，起动刮刀将石料刮平。当完成一个船位的抛石整平后，进行基床标高测量，测量完毕整平船起浮移至下一船位继续作业[11]。

5.1.3 实施效果

坐底式抛石整平船施工效率高，“青平1号”每个工作日可完成700 m2，整平误差一般能控制在±5 cm之内，质量稳定。采用坐底式基床抛石整平船后，一期工程工期的关键工序提前14个月完成，是传统人工抛石整平方法无法比拟的，且取得了良好的经济效益。“长建1号”综合效率可达到完成重力式基床抛石整平90延米/日。该抛石整平船的研制为国内外首创，总体技术达到了国际先进水平，其中抛石整平工艺技术处于领先地位。

5.2 深水定点抛石振平一体船

“砂桩1号”深水定点抛石振平船以“砂桩1号”船为母船，在船左舷增加了1个溜槽式抛石模块和1个振平模块，配备25 t起重机1台。船长55 m，宽25 m，型深4 m，吃水2.2 m。抛石模块一次抛石范围为20 m×2 m，溜槽分为2节，分别为18 m和14 m，最大入水深度为32 m，设计可抵抗1.2 m/s流速的水流力。振平模块一次船位整平有效长度为10.5 m，震动锤最大激振力为230 t[12]。

5.2.1 工艺原理及结构组成

1）深水定点抛石工艺原理及结构组成

深水定点抛石是利用深入水下的装置减小块石在水中漂移距离的原理，实现深水定点抛石。供料船靠泊抛填船右舷的侧靠泊结构，通过挖掘机或者皮带向抛石船料斗供料，利用抛填导向装置阻止水流冲击石料或者砂袋产生偏差，溜槽可上下提升，水平方向可沿着轨道梁移动。溜槽顶端设有GPS定位装置，底端安装有高度计。通过实时测量基床顶面标高从而精准控制抛石量，实现深水定点抛填作业施工。该抛填结构由溜槽、台车轨道梁、移动及提升台车、悬挑梁、测控系统、料斗等组成[13]。“砂桩1号”深水抛填船结构图见图26。

图26 抛石振平一体船——抛填结构Fig.26 Riprap vibration integrated ship:riprap structure

2）水下振平工艺原理及结构组成

振动夯平工艺是基于振动夯实技术的一种整平方法，利用振动夯实的原理将原本凹凸不平的块石，通过振动将块石从新排列组合，使基床表面达到平整的方法。主体结构由振动模块、台车模块、轨道模块组成，辅助测控定位系统。振动模块顶端设GPS测量高程，控制整平标高，水平位置以激光测距仪测量。结构如图27所示。

图27 抛石振平一体船——振平结构Fig.27 Riprap vibration integrated ship: vibration structure

5.2.2 水下基床抛石整平关键技术

1）深水定点抛石施工技术

施工前，需根据水下地形测量情况，确定抛填位置的溜槽下放深度，且使抛填船根据水流情况将溜槽迎向水流方向定位。水下抛石采用分条、分段、分层施工，将施工船按照划分好的网格进行准确定位，运输船靠泊抛填船溜槽一侧，可根据理论计算网格方量，通过挖机将石料装填至料斗内，石料通过溜槽下滑，每完成1个网格后沿轨道移动溜槽，直至完成1个船位的抛填，再移动船至下一抛填区域。施工过程中可根据抛填位置调整溜槽下放深度，从而避免溜槽触底，同时可根据溜槽GPS和高度计测量抛石标高，及时调整抛填量，实现水下精准抛石[14]。定点抛石施工示意图见图28。

图28 定点抛石施工示意图Fig.28 Sketch map of fixed-point riprap construction

2）水下振动整平施工技术

水下基床振平前，先在基床上抛填1层二片石。将振平船按照划分的网格顺堤身轴线定位，振动锤从固定状态牵引至工作状态，定位准确后，可通过提升卷扬机将振动锤缓慢下放至着底，且缓慢开动振动锤，通过锤顶GPS测量基床标高，达到设计标高时停锤，施工时也可在软件上设置自动停锤标高，实现自动停锤、自动提锤，通过卷扬机将锤笼整体牵引至下一锤位，重复上述操作，直至1个船位振平完成。水下基床整平作业状态见图29。

图29 水下基床振平施工Fig.29 Construction of underwater foundation bed leveling

5.2.3 工艺实施效果

“砂桩1号”抛石整平一体船抛石模块施工效率最大为1 600 m3/d，抛石精度为±50 cm（10～100 kg），抛石质量完全满足后续基床整平精度要求。振平模块施工效率最大为800 m2/d，整平精度为±5 cm，振平模块可实现24小时连续作业，且施工不受涨落潮流影响。该船成功应用在长江南京以下12.5 m深水航道二期工程和长江口南槽航道治理一期工程中，实现了深水大流速定点抛石和水下机械整平，降低了材料损耗，提高了施工质量和效率，实现了模块化施工。

相比长江口深水航道一期、二期建造的“青平1号”和“长建1号”坐底式基床抛石整平船，“砂桩1号”抛石整平一体船不受基床尺寸影响，实现了结构模块化和小型化，可以安装在其他船舶上，降低了船舶建造费用，同时也适用于重力式码头结构施工。

半圆体堤型式自1995年从日本引进，在天津新港南疆港区设计建造了530 m的防浪围堤。由于半圆体堤对地基承载力要求较低，减少了抛石筑堤工程量，且其水上作业工序少，因而安装后即有较强的抗浪稳定性。从长江口深水航道一期工程开始，半圆体堤正式大规模应用于航道整治工程中，后陆续在长江口深水航道二期工程、长江南京以下12.5 m深水航道一期工程和长江口南槽航道治理一期工程中推广应用，共建成半圆体堤56 km。

1998年，长江口深水航道一期工程共有不同规格、不同结构的钢筋砼半圆体2 493个，单个重约200 t。半圆体在预制场完成预制成型、顶升装车后由卷扬机牵引出运至码头、驳船运输至现场、起重船安装的施工工艺。由中交一航局研发并投入使用步行式液压顶推系统，首次在国内成功地使用顶推技术出运沉箱。

2002年，由于长江口深水航道二期工程进一步向外海延伸，要求半圆型沉箱尺寸更大，同时为了降低投资，采用了内部填充砂的工艺，长19.94 m，最大底宽17 m，高8.5 m的半圆型沉箱共544个，单个质量840～1 272.6 t。为了满足大量超大型半圆形沉箱安装和施工海域作业恶劣环境的要求，中交一航局研制和建造了“安定1号”专用沉箱安装船，创新了沉箱出运和安装工艺，保证了二期工程半圆型沉箱的顺利安装。

2012年，长江南京以下12.5 m深水航道一期工程开工建设，项目共预制安装半圆体324个，单个重约200 t。在该项目中，应用了中交一航局新研发的立式预制、翻转出运的专利技术，相比以往传统工艺，实现了半圆体一次浇铸成型，极大提高了半圆体质量和施工效率。同时应用水下自动脱钩安装专业吊具，实现了半圆体水下安装自动脱钩，避免了潜水员水下作业，提高了安装效率。

2018年，在长江口南槽航道整治一期工程中，中交一航局在原有半圆体堤施工技术的基础上，研发了半圆体自动出运台车，每次可出运2个300吨级的半圆体，相比传统卷扬机牵引，出运效率大大提高，施工安全性更好，实现最大单日安装半圆体18个。

在半圆体的预制、出运及安装成套技术的20 a发展过程中，中交一航局始终保持着领先优势，因此，在长江深水航道治理系列工程中，该公司组织实施了半圆体预制安装，研发了包括立式预制翻转、出运及安装工艺，其中自主设计的吊装翻转和安装吊具及装备，均为该公司自有专利技术。

6.1 半圆体预制

在长江口深水航道一期、二期工程中，由于半圆型沉箱预制尺寸大，一期最大半圆体重约500 t，二期最大半圆体重约1 200 t，且两侧均为封闭式结构，因此采用卧式水平分层施工方法，分3层4次浇筑，即底层、墙体、顶层、端板，实现了复杂半圆体结构的预制成型[15]（图30）。

图30 半圆体卧式预制Fig.30 Horizontal prefabrication of semicircle caisson

在长江南京以下12.5 m深水航道一期工程中，由于工况条件不同，相比长江口深水航道工程，半圆体采用薄壁空心结构，单个质量约200 t，项目应用了由中交一航局自主研发的半圆体立式预制、空中翻转出运的专利技术。半圆体预制工艺的改进，实现了半圆体钢筋绑扎、混凝土浇筑、构件存放和出运的分区作业，形成流水化生产，有利于建设标准化预制场。并实现了半圆体1次浇筑成型，缩短了半圆体生产周期，施工质量明显提升，同时双层存放提高了场地利用率（图31）。

图31 半圆体立式预制、翻转Fig.31 Walking-type hydraulic pushing system

6.2 半圆体出运

由于半圆体预制场距离出运码头有一定距离，因此半圆体出运一般分为场内横移和纵移：①横移是指将半圆体从存放位置移动至出运轨道上；
②纵移是指将半圆体沿轨道纵向移至码头或水中。半圆体质量较小（200～500 t）时可采用起重机吊装，质量较大时（如长江口深水航道二期半圆体重约1 200 t），采用沿滑道顶推的方式出运；
纵移由于距离较远，一般采用台车沿轨道牵引或滑道出运的方式。

6.2.1 步行式液压顶推系统

1）工作原理

步行式液压顶推系统是由2组液压夹轨顶推器、柴油机、横移车、纵移车和千斤顶等结构组成的1种半圆形沉箱推进系统。首先，利用两侧夹轨顶推器夹紧P50钢轨后，同步加压使油缸活塞杆外伸产生推力促使载有沉箱的台车前移；
其次，松开夹轨器，油缸活塞杆回缩；
最后，夹轨器前移后重新夹紧。至此，顶推系统完成一个完整的推移过程，每次推移的最大行程为1.5 m。活塞杆伸和缩循环往复，连续顶推重载台车至指定位置[16]。

2）半圆形沉箱顶推出运技术

半圆形沉箱横移：通过500 t千斤顶将半圆体顶起后，将横移车放入半圆形沉箱底部，千斤顶回油将沉箱放置在横移车上，横移到纵移区轨道中心处。启动1号液压顶推系统（图32），以1.5 m/min的速度顶推重载横移车至纵移区轨道中心，拆除顶推系统连接的油管，顶推器与横移车重新返回进行下一个沉箱的出运（图33）。

图32 步行式液压顶推系统Fig.32 Walking-type hydraulic jacking system

图33 半圆形沉箱出运顶推Fig.33 Pushing and shipping of semicirclecaisson

半圆体纵移：半圆体横移至纵横移交界区后，需要改变半圆体的出运方向。用千斤顶第2次将半圆体顶起，撤出横移车，拆除横移连接短轨，推入纵移车，启动2号步行式液压顶推系统。沿轨道将纵移车顶推至纵移轨道与下水滑道搭接区。

半圆体滑道下水：半圆体纵移至下水滑道端头后，经过第3次顶升，撤出了纵移车，换用斜架车承接沉箱，当沉箱坐落在斜架车上符合溜放要求后，同时启动2台20 t卷扬机组和1台12 t卷扬机组联动溜放重载斜架车。斜架车沿坡度为1∶16的滑道以3.6 m/min的速度下滑，至深水区沉箱起浮后由拖轮牵引（图34）。

图34 半圆形沉箱溜放下水Fig.34 Semicirclecaisson sliding into the water

沉箱横移、纵移顶推力计算：半圆型沉箱横移、纵移的动力设备为步行式液压顶推系统。该系统由1个液压站和1组顶推器组成，顶推器由2个50 t水平液压缸和2个自锁夹轨器组成，在纵、横移车的两侧液压站中配备的100 kW柴油发电机，用于液压系统供电。

单个沉箱最大重约1 300 t，纵、横移车自重约80 t，斜架车重140 t。纵、横移车水平滚动摩擦系数及静摩擦系数需根据技术人员经验和现场实测情况而定，运移时水平滚动摩擦系数最大值为4%，水平静摩擦系数最大值为5%。计算得到顶推力为77 t，每套顶推系统的顶推力为100 t，满足沉箱顶推出运要求。

半圆形沉箱出运效率：根据出运距离和顶推速度，半圆形沉箱的横移时间T横=105 min，纵移时间为T纵=190 min，溜放起浮时间T沉=185 min。由于以上3道工序是平行流水作业，所以流水作业时，出运时间为T=190 min。

根据长江口水文潮汐表和沉箱浮起所需水深估算，每次高潮期可出运时间为7～8 h，每天2次涨落潮过程中，能够保证出运4个沉箱，最多可出运6个沉箱。

6.2.2 半圆体自动出运台车

1）工作原理

运移台车由2个钢架车连杆连接而成，配有200 kW静音发电机，配置了8套7.5 kW三合一电机提供动力，装有无线遥控操作系统，1次可运移2个半圆体，最大荷载为600 t。出运轨道总长128 m，运移台车载重能力共600 t，重载移动速度为1.3～13 m/min，空载移动速度为1.3～26 m/min，能够满足每天8个半圆体的出运要求。

2）半圆形自动出运技术

采用450 t门式起重机吊装半圆体沉箱在场内横移，将沉箱翻转后装至出运台车上。半圆体纵移通过自动出运台车沿轨道从预制场运输码头。台车配备有发电机，通过遥控实现台车的自动出运，在码头装船后返回装运区（图35）。

图35 半圆体自动台车出运Fig.35 Transport of semicirclecaisson by automatic platform truck

6.3 半圆体安装

长江口深水航道一期工程中半圆体自重较小，单个重200～500 t，因此可采用起重船吊装安放的工艺。二期工程中，由于风浪更大，半圆体设计尺寸加大，最大自重约1 200 t。施工有效工作时间为12 d/月，要确保在规定时间内安装完544个沉箱，传统起重安装工艺无法满足要求，必须采用特殊的安装工艺和安装方法。为此，中交一航局自行设计研发建造了坐底式沉箱安装专用船“安定1号”，高效完成了全部超大型半圆体沉箱的安装。在长江南京以下12.5 m深水航道一期工程和长江口南槽航道治理一期工程中，还应用了该公司研发的自动脱钩安装吊具，进一步提升了半圆体安装效率。

6.3.1 坐底式沉箱安装专用船

“安定1号”船长70 m，型宽25 m，型深5.5 m，工作甲板型深15.5 m（图36）。半圆型沉箱安装船采用坐底方式，抗风浪能力强，稳定性好，定位准确，不会产生侧移。

图36 坐底式沉箱安装专用船“安定1号”Fig.36 Vessel “Anding 1” used specially for the mounting of sit-down-type caisson

1）工艺原理

首先，浮运到现场的半圆型沉箱由拖轮协助靠在已就位的“安定1号”船上，沉箱先灌水下沉一部分；
其次，利用“安定1号”调节导向杆位置确定沉箱安装位置；
最后，继续灌水，沉箱侧趾贴导向杆下滑，坐落于基床面上。

2）作业条件

该船可以在风力≤6级、波高≤1.5 m、流速≤2 m/s时进行沉箱安装作业。

3）坐底式沉箱安装船施工技术

沉箱拖运及靠安装船：沉箱拖航采用2艘拖轮拖运，主拖轮在前牵引，辅助拖轮在沉箱后部顶推，逐渐向安装船靠拢。拖轮组拖运沉箱平行于导堤轴线逆流航行至安装船船艏。安装灌水阀门杆和带缆扣，拖轮横向顶推沉箱靠安装船。安装船收紧系在沉箱上的缆绳使沉箱贴近，准备进行安装。

沉箱安装和控制：安装船坐底后，将导向杆下降至基床顶面的深度，至基床顶面以上5～10 cm处锁紧；
通过导向杆液压缸，调整导向杆位置，使两根导向杆形成一个与导堤轴线平行的沉箱安装控制面。沉箱达到靠泊安装船后，向沉箱内注水，直至沉箱底部距离基床顶面50～70 cm时，调节牵引半圆形沉箱的缆绳，使半圆型沉箱外趾贴紧导向杆。测控沉箱轴线和纵横倾斜，使沉箱的平面位置无误后继续注水，保持沉箱均匀、平稳下沉，直至坐在基床上。

沉箱起浮调整：如沉箱拖至现场时海况变差，无法准确安装时，必须紧急坐底存放，待天气好转后重新调整。同时，合龙口施工部位的沉箱需要快速摆放，再重新调整位置。沉箱重新起浮通过关闭沉箱两端的通水阀门后，使用潜水泵排水，使沉箱浮起后重新进行调整安装，安装方法同前[17]。

6.3.2 半圆体安装自动脱钩技术

半圆体安装自动脱钩吊具自2010年研制成功，在2012年长江南京以下12.5 m深水航道一期工程中进一步改进，增加了定位针结构，提高了吊架安装效率，减少了受风浪影响船舶晃动对半圆体安装时的定位精度的影响，自此半圆体安装技术更加成熟。

1）工艺原理

半圆体吊具由吊具门架、吊钩、楔形定位针、主吊索、脱钩索、测量平台等部分构成（图37）。吊架两个定位针采用圆锥形，与半圆体顶部消浪孔对应，用于迅速定位半圆体吊架，然后收紧脱钩锁，吊钩即可自行顺利穿入吊孔内。半圆体安装至基床上后，副钩提起脱钩索，吊钩脱离吊孔，实现吊架的自动脱钩[18]。

图37 半圆体安装自动脱钩吊具Fig.37 Automatic decoupling sling for mounting semicircle caisson

2）水下自动脱钩技术

半圆体运输船靠泊起重船后，利用定位针完成吊具的定位，副钩提起脱钩索，吊钩进入吊具，完成吊具的安装。旋转至安装位置后，半圆体缓缓下发至距底约20 cm时，调整轴线和缝宽，满足要求后再下放半圆体至基床，提起副钩，吊钩从吊孔内脱离，完成吊具脱钩，然后重复上述步骤安装后续半圆体。首个半圆体安装时，先粗放，然后安装第二个半圆体，再根据第二个半圆体位置重新调整第一个半圆体。

半圆体安装一般选择在低水位半圆体能露出水面时，有利于保证安装质量。但若出现低水位情况仍然无法露出时，需适当根据水位调高测量平台高度，并设置水尺，用于测量半圆体位置轴线和高程，确保半圆体安装位置准确。半圆体安装见图38。

图38 半圆体安装Fig.38 Semicircle caisson mounting

截至2021年，长江深水航道整治系列工程已累计获得国家优质工程奖4项（其中金奖3项）、詹天佑奖3项，鲁班奖4项，铸造了我国深水航道整治领域的品牌工程。在长江口航道整治工程和长江南京以下12.5 m深水航道工程近20 a不断探索中，深水航道整治建筑物工程施工关键技术取得了长远的进步，中交一航局、二航局、三航局等单位在专业化船机设备、水下可视化检测和自主专利技术研发等方面都开展了大量创新，形成了深水航道多项施工工法，自动化程度、施工效率都有了明显提高。中交一航局是新中国第一支筑港队伍，始终将科技创新作为企业发展的原动力，解决了大量深水航道整治施工技术难题，掌握了诸多深水航道整治领域核心技术，填补了我国的深水航道建设的装备和技术空白，对我国航道和相关领域的建设产生深远的影响。为未来大水深条件下航道整治工程施工做好了施工技术准备，具有广泛的应用前景。

猜你喜欢 基床抛石沉箱 防城港某码头工程椭圆形沉箱浮游稳定性研究及应用珠江水运(2022年9期)2022-06-09填土容重对中低速磁浮基床厚度影响分析铁道建筑技术(2021年4期)2021-07-21路基基床表层级配碎石施工技术建材发展导向(2021年9期)2021-07-16重力式沉箱码头沉箱安装与施工问题分析运输经理世界(2021年6期)2021-03-17小型倾倒沉箱打捞扶正施工技术珠江水运(2020年9期)2020-06-03岸线长度固定的沉箱精确安装方法珠江水运(2020年1期)2020-03-07浅谈室内固结法计算地基基床系数价值工程(2019年23期)2019-09-20基于水利工程中抛石护岸工程施工注意事项分析商品与质量(2018年50期)2018-12-06抛石机的“副作用”课堂内外(小学版)(2018年10期)2018-02-22常州地铁水平基床系数取值探讨科技视界(2018年32期)2018-02-21