摘要: 為解決自航耙吸船在航道疏浚特別是沖淤變化大、施工中無法精que測(cè)量水下土方的難題，依托大型自航耙吸式挖泥船 “長鯨 6”在長江南京以下 12. 5 m 深水航道二期工程施工中進(jìn)行研究，采用自動(dòng)液位變送器進(jìn)行耙吸船疏浚精que計(jì)量，探討自動(dòng)液位變送器原理并總結(jié)應(yīng)用。

土方計(jì)量是耙吸船施工中的一個(gè)基本環(huán)節(jié)，不但能統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量、核算成本，也可通過計(jì)算效率提高產(chǎn)量，是指導(dǎo)船舶施工的重要依據(jù)。目前在航道疏浚施工中常用的計(jì)量方法有格網(wǎng)法、斷面法、平均水深法。但在長江南京以下12. 5 m 深水航道受上游來沙、沖淤變化較大，回淤工程量無法明確。采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖和水深圖為基礎(chǔ)的普通斷面法計(jì)算施工工程量存在較大誤差。在長江南京以下 12. 5 m 深水航道二期工程施工中耙吸船施工計(jì)量采用自動(dòng)液位變送器計(jì)量，并以船體排水量法人工計(jì)算校核的計(jì)量方法取得了很好的效果。

1 工程概況

長江南京以下 12. 5 m 深水航道二期工程位于長江下游南通 (天生港區(qū)) —南京 (新生圩港區(qū)) 河段，航道全長約 227 km，重點(diǎn)整治福姜沙水道、口岸直水道、和暢洲水道和儀征水道，工程完工后將建成 12. 5 m 深水航道，滿足 5 萬噸級(jí)集裝箱船、5 萬噸級(jí)其他海輪減載雙向通航，兼顧10 萬噸級(jí)散貨船減載通航。本工程的整治建筑物施工過程中，通過初通基建疏浚，實(shí)現(xiàn) 12. 5 m 深水航道初通至南京的階段目標(biāo)，并通過維護(hù)疏浚措施，將初通航段維護(hù)水深在每年 4—11 月和12—3 月期間分別達(dá)到 12. 5 、11. 5 m。基建疏浚和維護(hù)疏浚采用耙吸挖泥船施工，通過艏吹方式將疏浚土吹卸至指定地點(diǎn)并負(fù)責(zé)相應(yīng)的航道測(cè)量等工作。全河段航道具體為福中單向航道 + 口岸直鰻魚沙段左、右汊單向航道 + 落成洲段雙向航道 + 和暢洲右汊單向航道 + 世業(yè)洲雙向航道，具體尺度見表 1。

2 計(jì)量方法的選擇

本工程位于南通至南京河段，該河段處于潮汐河口向感潮河段過渡區(qū)域，存在漲落潮雙向流，落潮流是主要造床動(dòng)力，流速大，隨潮流界的移動(dòng)發(fā)生季節(jié)性變化，并存在大小潮、豐枯水(年)變化。下游深水航道抗自然災(zāi)害的能力較弱，南京以下河段，特別是江陰以下的潮流河段，除受上游徑流影響外，還受潮汐潮流的影響，該段潮汐類型為非正規(guī)半日潮，通常一日內(nèi)兩漲兩落，日潮不等現(xiàn)象較明顯。

上游來水、來沙條件的不穩(wěn)定性和因河勢(shì)不同造成沿程阻力多變，決定了沿程及底沙輸移的不均勻性。維護(hù)期間的回淤規(guī)律仍需深入研究，施工期內(nèi)仍存在較大回淤風(fēng)險(xiǎn)，回淤工程量無法明確，采用普通斷面法進(jìn)行工程量計(jì)算存在較大誤差。因此本項(xiàng)目采用自動(dòng)液位變送器器計(jì)量，采用船體排水量法人工計(jì)算校核。

3 自動(dòng)液位變送器器計(jì)量原理

目前我國大型耙吸船均配備有先金的自動(dòng)液位變送器器，以投入施工的艙容 13 280 m 3 大型耙吸挖泥船長鯨 6 輪為例。其生產(chǎn)計(jì)量系統(tǒng)包括:船舶吃水傳感器、液面雷達(dá)、γ 放射源濃度計(jì)等計(jì)量設(shè)施，以及用于計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示和傳輸相關(guān)參數(shù)、裝艙土方量等數(shù)據(jù)的設(shè)施。

其測(cè)定方法是使用雷達(dá)液位傳感器和吃水壓力變送器，在給定的時(shí)間測(cè)量裝艙泥漿的濃度，計(jì)算容積同時(shí)測(cè)量船shou、船尾吃水的增量。再根據(jù)人工輸入的水密度及水下天然土的容量，計(jì)算艙內(nèi)泥漿的平均密度、土方量［1］。

船舶排水量和艙容量由傳感器測(cè)定。其他儀器如下:

1) 密度計(jì) 2 臺(tái)，安裝在左右泥泵出口處的泥管上，用于測(cè)量工作時(shí)泥漿的密度。

2) 超聲波變送器 4 個(gè)，安裝在泥艙上方，用于測(cè)量泥艙中泥漿液面的高度，通過超聲波變送器和吃水壓力變送器可計(jì)算出泥艙中泥漿的裝載量。

3) 吃水壓力變送器 4 個(gè)，安裝在船體前、后、左、右，用于測(cè)量船舶的吃水狀態(tài)。

考慮到船shou、船尾吃水傳感器位置以及船舶縱傾和橫傾，所以在確定排水量和艙容時(shí)必須做相應(yīng)船體的變形、縱傾、橫傾修正。

根據(jù)修正后平均吃水值由靜水力曲線，即可查得裝載時(shí)船舶排水量 W Z 和空載排水量 W O 。艙容計(jì)算根據(jù)雷達(dá)液面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)得泥艙液面高度，由艙容曲線來決定泥艙裝載量。艙載土方量可按下式［2］計(jì)算:

式中: V B 為艙載土方量(m 3 ); W Z 為重載時(shí)船舶的閉泥門排水量(t)，由船舶重載平均吃水閉泥門排水量曲線求得; W O 為輕載時(shí)船舶的開泥門排水量(t)，由船舶輕載平均吃水開泥門排水量曲線求 得; V C 為 實(shí) 際 裝 載 的 泥 漿 體 積 ( m 3 );ρ B 為施工區(qū)域水的密度(t�Nm 3 )，通過多次試驗(yàn)獲得; ρ W 為施工區(qū)段疏浚土密度(t�Nm 3 )，通過多次試驗(yàn)獲得。

4 計(jì)量系統(tǒng)校驗(yàn)

1) 靜態(tài)校驗(yàn)法。

即在靜水狀態(tài)下通過人工實(shí)測(cè)，對(duì)生產(chǎn)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)和校驗(yàn)。主要包括:

①實(shí)測(cè)液面艙高、艙容與儀表艙高、艙容比對(duì)。通過不同裝艙量時(shí)實(shí)測(cè)液面艙高和儀表液面艙高的比對(duì)來校驗(yàn)液面雷達(dá)的準(zhǔn)確性; 通過計(jì)量系統(tǒng)顯示液面艙高所對(duì)應(yīng)的泥艙艙容曲線表和生產(chǎn)計(jì)量系統(tǒng)上顯示的艙容對(duì)比校驗(yàn)準(zhǔn)確性。

②實(shí)測(cè)排水量和儀表排水量比對(duì)。在靜水狀態(tài)下，分別在清水滿載、半載、輕載 3 種狀態(tài)下小船繞挖泥船一周，記錄船舶各種狀態(tài)下的外觀吃水，與生產(chǎn)計(jì)量系統(tǒng)顯示的船舶吃水值比對(duì);將船舶靜水力曲線表中的排水量與生產(chǎn)計(jì)量系統(tǒng)上的排水量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

2) 動(dòng)態(tài)比對(duì)和儀表的穩(wěn)定性觀察法。耙吸船靜態(tài)校驗(yàn)通過后，必須通過駐船監(jiān)理采集施工數(shù)據(jù)逐船手工計(jì)算裝艙土方量與生產(chǎn)計(jì)量系統(tǒng)上所顯示船載土方量進(jìn)行動(dòng)態(tài)比對(duì)，以及儀表的穩(wěn)定性觀察，得出校驗(yàn)的結(jié)論。船體排水量計(jì)算可通過施工數(shù)據(jù)逐船手工計(jì)算裝艙土方量，其計(jì)算公式如下:

式中: G 1 為重載排水量(t); G2 為輕載排水量(t);G 3 為卸泥后泥艙余水(t)，G 1 、G 2 、G 3 均通過吃水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得; V 漿 為泥艙滿載泥漿容積(m 3 );ρ 土 為疏浚區(qū)土水下天然密度(t�Nm 3 )，通過多次試驗(yàn)獲得; ρ 水 為疏浚區(qū)水的密度(t�Nm 3 )，通過多次試驗(yàn)獲得。

選取長鯨 6 在施工中的連續(xù) 8 船作對(duì)比，數(shù)據(jù)見表 2。

從表 2 可知，通過手算獲得的泥艙裝載土方量與計(jì)量儀記錄的土方量偏差率均在 1%以內(nèi)，耙吸船液位變送器記錄的土方量是精que的。

5 結(jié)論

1) 由于上游來水、來沙條件的不穩(wěn)定性和因河勢(shì)不同造成沿程阻力多變，決定了沿程及底沙輸移的不均勻性，耙吸船在長江南京以下 12. 5 m深水航道二期工程中選用自動(dòng)液位變送器器計(jì)量，船體排水量法人工計(jì)算校核。

2) 通過靜態(tài)校驗(yàn)法和動(dòng)態(tài)比對(duì)及儀表穩(wěn)定性觀察法對(duì)耙吸船 “長鯨 6”在航道疏浚施工中自動(dòng)液位變送器計(jì)量結(jié)果進(jìn)行校核，校核結(jié)果顯示自動(dòng)土方計(jì)量是精que的。

3) 自動(dòng)液位變送器可以準(zhǔn)確計(jì)算挖泥船裝載土方量，減少因人為因素造成的土方量誤差。為耙吸船科學(xué)施工提高了依據(jù)，特別是在沖淤變化大、無法精que測(cè)量水下土方量的航道疏浚施工具有重大意義。