9029型绞吸挖泥船自动开挖系统精细修坡的研究与应用

9029型绞吸挖泥船自动开挖系统精细修坡的研究与应用

陈晓聪

中国电建港航公司天津市滨海新区300000

摘要：9029型绞吸挖泥船为现代化的大型疏浚船舶，由荷兰IHC公司设计制造。其各项参数如下：总长103.9m，船体长81.4m，型宽18.6m，型深5m，吃水3.65m，总排水量：（约）4600t，桥架重：（约）600t。绞刀头直径2.76m，绞刀功率1500KW，水下泵功率1500KW，甲板泵功率3626KW×2，总装机功率13000KW。排泥管直径900mm，挖深5.5m~29m，设计产量4000m³/h。其装备有先进的疏浚轨迹显示系统DTPS及自动开挖控制系统，在疏浚作业中能极大的提高疏浚精度和效率，尤其是其自动开挖系统，能使高标准精细修坡成为可能，并能大幅减少驾驶员的工作强度和疲劳感。

关键词：港口疏浚9029绞吸船疏浚轨迹显示系统DTPS自动开挖；精修坡

1导言

疏浚行业的发展已有数百年的历史，近年在经济全球化浪潮以及国际贸易快速发展的推动下，为适应集装箱及油轮运输大型化发展的需求，世界各地纷纷兴建港口、拓宽并挖深沿海航道，以提高通航航能力，疏浚行业得到了迅速的发展。各国的疏浚企业通过自主研发、引进新技术等手段，来提高疏浚船舶的生产效率和施工质量，降低成本，以增强其在市场运营中的竞争力。在此背景下，集电子科学技术、计算机科学技术、现代导航技术、通讯技术为一体的疏浚轨迹显示系统和绞吸挖泥船自动开挖系统，随之而生。对DTPS疏浚轨迹显示系统和自动开挖方法进行介绍，结合工程实例说明运行的过程，并阐述了其自动开挖系统在港口疏浚作业中的显著作用和意义。

2DTPS的主要功能

DTPS（DredgeTrackPresentationSystem疏浚轨迹显示系统）应用的目的就是为了准确的获取施工船舶所在的工作断面的信息，如位置、方向、潮位、水深、挖深以及土质的等，确保高精度、高效率的完成施工任务。它具备以下多个功能：

2.1工程项目管理

创建新项目，按照项目路径生成各个子文件夹，这些子文件夹中包含了该项目所用种参数数据和文件，如海图数据、海底DTM数据、数据库、事件数据、矩阵数据、记录数据等。

2.2坐标系统管理

选择编辑坐标系统和投影，包含项目通过它子菜单下的坐标转换工具进行任意坐标系之间的坐标转换计算和投影计算。

2.3硬件设备管理

将GPS、电罗经、姿态仪、测深仪、潮位遥报接收仪等多个监测设备，按照一定的接口、通信协议与计算机连接并同步使用，保证监测数据的一致性和安全性。

2.4图形显示管理

编辑疏浚船舶的导航视图，如俯视、侧视、前视、后视，绘制导航转向点，支持多种格式的图形显示，如DXF、3DS，支持图形的动态观察，可放大、缩小、旋转。

2.5设计模块管理

进入导航文件设计程序，设计疏浚区域的范围和计划线，利用剖面创建航道模型，根据航道模型创建三角网文件，利用外部测量数据XYZ格式，创建DTM模型。

2.6实时导航管理

由DTPS控制器、视图界面、偏航指示界面、数字数据显示界面、错误信息显示界面、硬件接口数据界面组成。将各项数据显示的在相应的界面上，实时呈现出施工断面信息。

3自动开挖系统研究及应用

依托某河道整治项目，介绍其自动开挖系统以及精确修坡的研究及应用。该项目设计边坡1：6，土质为极不稳定的细粉砂，粒径大部分小于0.075mm。该项目采用英国标准Britishstandardmaritimestructurespart5.Codeofpracticefordredgingandlandreclamation（BS6349-5）对水下边坡开挖深度允许偏差为±250mm，技术规范要求偏于苛刻。

3.1自动开挖系统介绍

通过计算机及软件控制挖泥过程，输入边坡断面参数，横移摆速，步进距离等，由计算机自动控制横移摆速和均匀抬升/下降铰刀深度之间的关系，从而按照设计边坡比例成型1：6边坡。施工期间使用多波束测量进行监测，根据进度情况每天1~2次，并根据最新测量结果调整施工参数，逐步优化、完善施工方案以及施工操作，最终使开挖边坡比例顺滑度达到设计要求。

3.2施工方法

9029船型自动开挖：部署原则为：先疏浚基槽大土方，然后进行精确扫坡疏浚。分条、分层示意图见附图1，施工顺序按图中编号，1：6边坡上预留1m左右保护层土层，使用自动开挖方式对边坡进行精细疏浚，施工顺序为自上而下。扫坡施工时加快横移速度，减少泵在单位面积泥浆的吸入量，有效防止大面积超挖。

3.3施工参数

施工参数为控制边坡疏浚质量的关键因素：

（1）横移速：边坡疏浚的原则为“浅挖快跑”，在进行扫坡施工时，根据土层厚度适时调整横移速度，绞刀摆动匀速并避免局部逗留。

（2）铰刀转速：铰刀转速过快，则会导致铰刀周围水流速过快扰动土体造成超挖；铰刀转速过慢，则会导致土体开挖不彻底造成欠挖。铰刀转速模式自动，根据横移速度和土质强度自动调节。

（3）台车步进：由于铰刀为椭球形，铰刀单趟开挖形成凹槽，在开挖设计边坡时，台车步进量不超过1m。

（4）流速：薄土层边坡开挖期间，适当降低泥泵转速，既能节约成本，又能确保工程质量。

附图1：分层开挖示意图

3.4疏浚质量及效果

9029绞吸式挖泥船为该项目疏浚核心设备，其最大挖深满足设计最大挖深-25m，自动开挖技术能够实现从-2.4m~-25m所有疏浚范围内的边坡及基槽疏浚容差和平整度要求。以下为-2.4m以下边坡测量数据：

边坡开挖效果见附图2和附图3：

附图2：成型后边坡效果图附图3：成型后边坡剖面图

4.结语

通过大约1200m疏浚试验以及永久工程施工论证，9029绞吸式挖泥船在设备性能上能够满足项目疏浚施工要求，其先进的DTPS系统及自动开挖系统能够应对该项目绝大部分工况条件的疏浚施工，满足对精细修坡的要求，降低燃油消耗，极大地提高了生产效率和施工质量，创造经济效益。并能极大地减小驾驶员的工作强度和疲劳感，使得疏浚施工更加人性化。

参考文献：

[1]疏浚工程技术规范，天津航道局主编，人民交通出版社，1999年

[2]航道整治，胡旭跃主编，人民交通出版社，2008年

[3]航道工程学，程昌华等主编，人民交通出版社，2001年

[4]航道疏浚工程中船舶施工工艺，陆立红等主编，水运工程，2009年第2期

[5]疏浚工程手册，（英）R.N.布雷著，上海航道局设计研究所，1982年

[6]9029绞吸挖泥船说明书，荷兰皇家IHC公司主编，2011年