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行研究，采用自動液位變送器進行耙吸船疏浚精que計量，探討自動液位變送器原理并總結應用。

土方計量是耙吸船施工中的一個基本環(huán)節(jié)，不但能統(tǒng)計產(chǎn)量、核算成本，也可通過計算效率提高產(chǎn)量，是指導船舶施工的重要依據(jù)。目前在航道疏浚施工中常用的計量方法有格網(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)設計圖和水深圖為基礎的普通斷面法計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量采用自動液位變送器計量，并以船體排水量法人工計算校核的計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 萬噸級集裝箱船、5 萬噸級其他海輪減載雙向通航，兼顧10 萬噸級散貨船減載通航。本工程的整治建筑物施工過程中，通過初通基建疏浚，實現(xiàn) 12. 5 m 深水航道初通至南京的階段目標，并通過維護疏浚措施，將初通航段維護水深在每年 4—11 月和12—3 月期間分別達到 12. 5 、11. 5 m。基建疏浚和維護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并負責相應的航道測量等工作。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力，流速大，隨潮流界的移動發(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)仍存在較大回淤風險，回淤工程量無法明確，采用普通斷面法進行工程量計算存在較大誤差。因此本項目采用自動液位變送器器計量，采用船體排水量法人工計算校核。

3 自動液位變送器器計量原理

目前我國大型耙吸船均配備有先金的自動液位變送器器，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)計量系統(tǒng)包括:船舶吃水傳感器、液面雷達、γ 放射源濃度計等計量設施，以及用于計算、存儲、顯示和傳輸相關參數(shù)、裝艙土方量等數(shù)據(jù)的設施。

其測定方法是使用雷達液位傳感器和吃水壓力變送器，在給定的時間測量裝艙泥漿的濃度，計算容積同時測量船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定。其他儀器如下:

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

2) 超聲波變送器 4 個，安裝在泥艙上方，用于測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算出泥艙中泥漿的裝載量。

3) 吃水壓力變送器 4 個，安裝在船體前、后、左、右，用于測量船舶的吃水狀態(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必須做相應船體的變形、縱傾、橫傾修正。

根據(jù)修正后平均吃水值由靜水力曲線，即可查得裝載時船舶排水量 W Z 和空載排水量 W O 。艙容計算根據(jù)雷達液面?zhèn)鞲衅鳒y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］計算:

式中: V B 為艙載土方量(m 3 ); W Z 為重載時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 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 )，通過多次試驗獲得; ρ W 為施工區(qū)段疏浚土密度(t�Nm 3 )，通過多次試驗獲得。

4 計量系統(tǒng)校驗

1) 靜態(tài)校驗法。

即在靜水狀態(tài)下通過人工實測，對生產(chǎn)計量系統(tǒng)進行校準和校驗。主要包括:

①實測液面艙高、艙容與儀表艙高、艙容比對。通過不同裝艙量時實測液面艙高和儀表液面艙高的比對來校驗液面雷達的準確性; 通過計量系統(tǒng)顯示液面艙高所對應的泥艙艙容曲線表和生產(chǎn)計量系統(tǒng)上顯示的艙容對比校驗準確性。

②實測排水量和儀表排水量比對。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)計量系統(tǒng)顯示的船舶吃水值比對;將船舶靜水力曲線表中的排水量與生產(chǎn)計量系統(tǒng)上的排水量數(shù)據(jù)進行比對。

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

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)測系統(tǒng)測得; 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 )，通過多次試驗獲得; ρ 水 為疏浚區(qū)水的密度(t�Nm 3 )，通過多次試驗獲得。

選取長鯨 6 在施工中的連續(xù) 8 船作對比，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 結論

1) 由于上游來水、來沙條件的不穩(wěn)定性和因河勢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液位變送器器計量，船體排水量法人工計算校核。

2) 通過靜態(tài)校驗法和動態(tài)比對及儀表穩(wěn)定性觀察法對耙吸船 “長鯨 6”在航道疏浚施工中自動液位變送器計量結果進行校核，校核結果顯示自動土方計量是精que的。

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