摘要: 为解决自航耙吸船在航道疏浚特别是冲淤变化大、施工中无法精que测量水下土方的难题，依托大型自航耙吸式挖泥船 “长鲸 6”在长江南京以下 12. 5 m 深水航道二期工程施工中进行研究，采用自动液位变送器进行耙吸船疏浚精que计量，探讨自动液位变送器原理并总结应用。
土方计量是耙吸船施工中的一个基本环节，不但能统计产量、核算成本，也可通过计算效率提高产量，是指导船舶施工的重要依据。目前在航道疏浚施工中常用的计量方法有格网法、断面法、平均水深法。但在长江南京以下12. 5 m 深水航道受上游来沙、冲淤变化较大，回淤工程量无法明确。采用传统设计图和水深图为基础的普通断面法计算施工工程量存在较大误差。在长江南京以下 12. 5 m 深水航道二期工程施工中耙吸船施工计量采用自动液位变送器计量，并以船体排水量法人工计算校核的计量方法取得了很好的效果。
1 工程概况
长江南京以下 12. 5 m 深水航道二期工程位于长江下游南通 (天生港区) —南京 (新生圩港区) 河段，航道全长约 227 km，重点整治福姜沙水道、口岸直水道、和畅洲水道和仪征水道，工程完工后将建成 12. 5 m 深水航道，满足 5 万吨级集装箱船、5 万吨级其他海轮减载双向通航，兼顾10 万吨级散货船减载通航。本工程的整治建筑物施工过程中，通过初通基建疏浚，实现 12. 5 m 深水航道初通至南京的阶段目标，并通过维护疏浚措施，将初通航段维护水深在每年 4—11 月和12—3 月期间分别达到 12. 5 、11. 5 m。基建疏浚和维护疏浚采用耙吸挖泥船施工，通过艏吹方式将疏浚土吹卸至指定地点并负责相应的航道测量等工作。全河段航道具体为福中单向航道 + 口岸直鳗鱼沙段左、右汊单向航道 + 落成洲段双向航道 + 和畅洲右汊单向航道 + 世业洲双向航道，具体尺度见表 1。
2 计量方法的选择
本工程位于南通至南京河段，该河段处于潮汐河口向感潮河段过渡区域，存在涨落潮双向流，落潮流是主要造床动力，流速大，随潮流界的移动发生季节性变化，并存在大小潮、丰枯水(年)变化。下游深水航道抗自然灾害的能力较弱，南京以下河段，特别是江阴以下的潮流河段，除受上游径流影响外，还受潮汐潮流的影响，该段潮汐类型为非正规半日潮，通常一日内两涨两落，日潮不等现象较明显。
上游来水、来沙条件的不稳定性和因河势不同造成沿程阻力多变，决定了沿程及底沙输移的不均匀性。维护期间的回淤规律仍需深入研究，施工期内仍存在较大回淤风险，回淤工程量无法明确，采用普通断面法进行工程量计算存在较大误差。因此本项目采用自动液位变送器器计量，采用船体排水量法人工计算校核。
3 自动液位变送器器计量原理
目前我国大型耙吸船均配备有先金的自动液位变送器器，以投入施工的舱容 13 280 m 3 大型耙吸挖泥船长鲸 6 轮为例。其生产计量系统包括:船舶吃水传感器、液面雷达、γ 放射源浓度计等计量设施，以及用于计算、存储、显示和传输相关参数、装舱土方量等数据的设施。
其测定方法是使用雷达液位传感器和吃水压力变送器，在给定的时间测量装舱泥浆的浓度，计算容积同时测量船shou、船尾吃水的增量。再根据人工输入的水密度及水下天然土的容量，计算舱内泥浆的平均密度、土方量［1］。
船舶排水量和舱容量由传感器测定。其他仪器如下:
1) 密度计 2 台，安装在左右泥泵出口处的泥管上，用于测量工作时泥浆的密度。
2) 超声波变送器 4 个，安装在泥舱上方，用于测量泥舱中泥浆液面的高度，通过超声波变送器和吃水压力变送器可计算出泥舱中泥浆的装载量。
3) 吃水压力变送器 4 个，安装在船体前、后、左、右，用于测量船舶的吃水状态。
考虑到船shou、船尾吃水传感器位置以及船舶纵倾和横倾，所以在确定排水量和舱容时必须做相应船体的变形、纵倾、横倾修正。
根据修正后平均吃水值由静水力曲线，即可查得装载时船舶排水量 W Z 和空载排水量 W O 。舱容计算根据雷达液面传感器测得泥舱液面高度，由舱容曲线来决定泥舱装载量。舱载土方量可按下式［2］计算:
式中: V B 为舱载土方量(m 3 ); W Z 为重载时船舶的闭泥门排水量(t)，由船舶重载平均吃水闭泥门排水量曲线求得; W O 为轻载时船舶的开泥门排水量(t)，由船舶轻载平均吃水开泥门排水量曲线求 得; V C 为 实 际 装 载 的 泥 浆 体 积 ( m 3 );ρ B 为施工区域水的密度(tm 3 )，通过多次试验获得; ρ W 为施工区段疏浚土密度(tm 3 )，通过多次试验获得。
4 计量系统校验
1) 静态校验法。
即在静水状态下通过人工实测，对生产计量系统进行校准和校验。主要包括:
①实测液面舱高、舱容与仪表舱高、舱容比对。通过不同装舱量时实测液面舱高和仪表液面舱高的比对来校验液面雷达的准确性; 通过计量系统显示液面舱高所对应的泥舱舱容曲线表和生产计量系统上显示的舱容对比校验准确性。
②实测排水量和仪表排水量比对。在静水状态下，分别在清水满载、半载、轻载 3 种状态下小船绕挖泥船一周，记录船舶各种状态下的外观吃水，与生产计量系统显示的船舶吃水值比对;将船舶静水力曲线表中的排水量与生产计量系统上的排水量数据进行比对。
2) 动态比对和仪表的稳定性观察法。耙吸船静态校验通过后，必须通过驻船监理采集施工数据逐船手工计算装舱土方量与生产计量系统上所显示船载土方量进行动态比对，以及仪表的稳定性观察，得出校验的结论。船体排水量计算可通过施工数据逐船手工计算装舱土方量，其计算公式如下:
式中: G 1 为重载排水量(t); G2 为轻载排水量(t);G 3 为卸泥后泥舱余水(t)，G 1 、G 2 、G 3 均通过吃水监测系统测得; V 浆 为泥舱满载泥浆容积(m 3 );ρ 土 为疏浚区土水下天然密度(tm 3 )，通过多次试验获得; ρ 水 为疏浚区水的密度(tm 3 )，通过多次试验获得。
选取长鲸 6 在施工中的连续 8 船作对比，数据见表 2。
从表 2 可知，通过手算获得的泥舱装载土方量与计量仪记录的土方量偏差率均在 1%以内，耙吸船
液位变送器记录的土方量是精que的。
5 结论
1) 由于上游来水、来沙条件的不稳定性和因河势不同造成沿程阻力多变，决定了沿程及底沙输移的不均匀性，耙吸船在长江南京以下 12. 5 m深水航道二期工程中选用自动液位变送器器计量，船体排水量法人工计算校核。
2) 通过静态校验法和动态比对及仪表稳定性观察法对耙吸船 “长鲸 6”在航道疏浚施工中自动液位变送器计量结果进行校核，校核结果显示自动土方计量是精que的。
3) 自动液位变送器可以准确计算挖泥船装载土方量，减少因人为因素造成的土方量误差。为耙吸船科学施工提高了依据，特别是在冲淤变化大、无法精que测量水下土方量的航道疏浚施工具有重大意义。
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