长江航道整治水上抛石工艺改进研究

作者简介： 张国栋（1988-10）男，汉族，籍贯：湖北钟祥，毕业院校：武汉大学。学历：本科，职称：工程师 研究方向：港口与航道

摘要：长江作为我国内河航运的黄金水道，其航道整治工程对于提升航运能力、促进区域经济发展具有关键作用。水上抛石工艺是航道整治中的重要环节，直接关系到工程质量与航道稳定性。本文通过分析传统水上抛石工艺在长江航道整治中的不足，结合实际工程案例，探讨了工艺改进的方向与具体措施，旨在提高抛石施工效率与精度，降低工程成本，为长江航道整治工程提供技术支持。研究表明，通过技术创新与设备改进，水上抛石工艺在长江航道整治中能够取得更好的工程效果，保障航道的可持续发展。

关键词：长江航道；整治工程；水上抛石工艺；工艺改进

一、引言

长江航道是连接我国东中西部地区的重要水运通道，在国家综合交通运输体系中占据重要地位。随着长江经济带发展战略的深入实施，对长江航道的通航能力和安全性提出了更高要求。水上抛石作为航道整治工程的基础工艺之一，广泛应用于护岸、护底、筑坝等工程建设中，其施工质量和效率直接影响到航道整治工程的整体效果。传统的水上抛石工艺在实际应用中存在一些问题，如抛石精度低、受水流影响大、施工效率不高等，难以满足现代航道整治工程的需求。因此，对长江航道整治水上抛石工艺进行改进具有重要的现实意义。

二、长江航道整治中传统水上抛石工艺概述

2.1 传统水上抛石工艺方法

在长江航道整治工程中，传统水上抛石工艺主要包括船抛法、溜槽抛石法和长臂挖机抛石法等。船抛法是利用抛石船将石料运至指定位置，通过人工或机械控制舱门开启，使石料自由落入水中。溜槽抛石法则是在岸边或船上搭建溜槽，石料通过溜槽滑入水中。长臂挖机抛石法是利用长臂挖机将石料从船上或岸边抓起，直接抛投到指定区域。

2.2 传统工艺存在的问题

·抛石精度低：在船抛法中，由于受水流、风浪以及操作人员经验等因素的影响，石料落点难以精确控制，容易出现抛石不均匀的情况，导致部分区域抛石量不足，而部分区域抛石过多，影响工程质量。例如，在一些水流湍急的河段，石料在下落过程中会被水流冲走，偏离预定位置，增加了施工的不确定性。

·施工效率不高：传统工艺在施工过程中，需要进行大量的人工操作，如船抛法中人工控制舱门开启、溜槽抛石法中人工引导石料等，操作流程繁琐，耗费时间长。同时，由于单次抛投量有限，需要多次往返运输和抛投，导致施工进度缓慢，难以满足大规模航道整治工程的工期要求。

·受自然条件影响大：长江航道水文条件复杂，水位变化大，水流速度和流向不稳定。在恶劣天气条件下，如暴雨、大风等，传统水上抛石工艺几乎无法施工。而且，水位的大幅波动也会对抛石施工造成影响，如高水位时，抛石船难以靠近施工区域，低水位时，又可能出现设备搁浅等问题。

三、长江航道整治水上抛石工艺改进措施

3.1 基于定位技术的抛石精度提升

利用先进的定位技术，如北斗卫星导航系统（BDS）与全球定位系统（GPS），可以实现对抛石船和石料落点的精确跟踪和定位。在抛石船上安装高精度定位设备，实时获取船舶的位置信息，并将其与设计的抛石位置进行对比。通过计算机控制系统，根据偏差自动调整抛石船的位置和抛石设备的角度，确保石料能够准确地抛投到预定区域。例如，在某长江航道整治工程中，引入北斗定位系统后，抛石精度误差从原来的数米降低到了1米以内，大大提高了抛石的准确性和均匀性。同时，结合地理信息系统（GIS）技术，可以对抛石区域进行水下三维建模，直观地展示抛石效果，及时发现和纠正抛石偏差。

3.2 新型抛石设备的研发与应用

·自动化抛石船：研发具有自动化控制功能的抛石船，实现抛石过程的智能化操作。这种抛石船配备自动装卸料系统、自动抛石控制系统和智能监控系统。自动装卸料系统能够快速地将石料装载到船上，并在抛石完成后自动卸载剩余石料，提高了装卸料效率。自动抛石控制系统可以根据预设的程序和定位信息，精确控制抛石的时间、位置和数量，避免了人工操作的误差。智能监控系统则可以实时监测抛石船的运行状态、设备故障等信息，保障施工安全。

·无人抛石平台：为了解决在复杂环境和狭窄空间内抛石施工的难题，无人抛石平台应运而生。如“长润18”无人抛石平台，全长3.8米，可携带1.5吨抛投石料，设计航速1.5米/秒。该平台搭载高清摄像头、智能导航系统及精准抛投装置，操作人员通过高清影像远程操控，有效解决了高桩码头排架间等特殊区域人工抛石效率低、均匀性差、安全性不足等问题。其工作航速与主动避让功能配合可防碰撞，能在10～15分钟内完成单趟上部遮蔽条件下护坡抛石工作，实现“”人机分离，无人自主”作业，极大地提高了特殊区域抛石施工的效率和安全性。

3.3 施工工艺优化与创新

·分层分段抛石工艺：根据航道整治工程的设计要求和地质条件，将抛石区域划分为若干层和段，采用分层分段抛石的方法。先从底层开始抛石，每抛完一层，进行测量和压实处理，确保该层抛石的质量和稳定性，再进行上一层的抛石。这种工艺可以有效控制抛石的厚度和坡度，避免出现抛石过高或过陡导致的坍塌等问题。同时，分段抛石可以提高施工的灵活性，便于组织施工和管理。

·结合土工织物的抛石工艺：在抛石过程中，铺设土工织物可以增强抛石结构的稳定性和抗冲刷能力。土工织物具有过滤、排水和加筋等功能，能够防止石料流失，减少水流对抛石基础的侵蚀。例如，在一些软土地基的航道整治工程中，先铺设一层土工格栅，然后在其上进行抛石，土工格栅可以与石料形成一个整体，提高基础的承载能力。再在抛石表面铺设土工布，进一步保护抛石结构，延长其使用寿命。

四、工程案例分析

4.1 工程概况

长江中游荆江河段航道整治二期工程II标段是长江航道整治的重点项目之一，该河段航道条件复杂，水流变化大，对水上抛石工艺要求高。工程主要任务是通过抛石等措施对河床进行整治，改善航道通航条件，提高航道的稳定性和安全性。

4.2 工艺改进应用情况

在该工程中，针对传统水上抛石工艺的不足，进行了一系列改进措施。首先，采用了基于北斗卫星导航系统的定位技术，对抛石船进行精确导航和定位，确保抛石位置的准确性。同时，首次设计改造抛石定位船，增加工作平台，提升了船舶稳定性，方便了现场规范化管理，提高了施工效率。在施工工艺方面，采用了分层分段抛石工艺，根据不同的地质条件和设计要求，将抛石区域分为不同的层次和段落，严格控制每层的抛石厚度和坡度，保证了抛石质量。

4.3 改进效果评估

通过工艺改进，该工程取得了显著的效果。抛石精度得到了极大提高，抛石偏差控制在较小范围内，保证了工程质量的均匀性。施工效率大幅提升，相比传统工艺，在相同的时间内完成的抛石量增加了15%，提前完成了第一阶段水上抛石施工任务。同时，船舶稳定性的提升和工作平台的增加，使得施工过程更加安全、规范，降低了施工风险。经实际运行监测，整治后的航道稳定性良好，满足了通航要求，取得了良好的经济效益和社会效益。

五、结论与展望

5.1 研究结论

通过对长江航道整治水上抛石工艺改进的研究，得出以下结论：传统水上抛石工艺在抛石精度、施工效率和受自然条件影响等方面存在不足，难以满足现代长江航道整治工程的需求。通过采用先进的定位技术、研发新型抛石设备以及优化创新施工工艺等改进措施，可以有效提高抛石精度、提升施工效率、降低自然条件对施工的影响，保障长江航道整治工程的质量和进度。在实际工程案例中，工艺改进措施取得了显著的效果，验证了改进方案的可行性和有效性。

5.2 未来展望

随着科技的不断进步和长江航道整治工程的持续推进，水上抛石工艺还有很大的改进空间。未来可以进一步加强与高新技术的融合，如人工智能、大数据等，实现抛石施工的全智能化控制。同时，研发更加环保、高效、适应复杂工况的抛石设备和材料，不断优化施工工艺，提高工程质量和效益。此外，还应加强对工艺改进后的长期效果监测和评估，为后续工程提供更多的经验和数据支持，促进长江航道整治工程的可持续发展。