程洪波

摘要 通過(guò)鐵桿掃床可以檢驗(yàn)工程施工質(zhì)量，確定施工區(qū)域內(nèi)是否存在障礙物，蕩平施工區(qū)域內(nèi)土體，平整施工區(qū)域。文章介紹了鐵桿掃床在沙特吉贊一期工程港池和航道施工檢驗(yàn)中的應(yīng)用，具體說(shuō)明了船舶選型、鐵桿掃床系統(tǒng)的組成及鐵桿掃床的實(shí)施過(guò)程，并對(duì)鐵桿掃床的要點(diǎn)及取得的成果進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞 鐵桿掃床;檢驗(yàn);應(yīng)用;成果

中圖分類號(hào) U616 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）05-0132-03

0 引言

沙特吉贊項(xiàng)目位于沙特阿拉伯西南沿海吉贊港，為沙特阿拉伯西部主要港口之一，瀕臨紅海東南側(cè)，北距沙特第一大港吉達(dá)港約800 km。該項(xiàng)目疏浚施工主要包括航道、港池、碼頭基槽、管道基槽、混合池等。項(xiàng)目業(yè)主為全世界最大的石油公司沙特阿美石油公司，項(xiàng)目投資金額大，施工周期長(zhǎng)。

按照業(yè)主阿美（Aramco）技術(shù)規(guī)格書(shū)要求[1]，一期工程航道和港池在正式移交前需要應(yīng)用鐵桿掃床（Bar Sweep）檢驗(yàn)施工質(zhì)量。為保證移交順利完成，沙特吉贊項(xiàng)目部在完成航道和港池的施工及浚后測(cè)量并獲得業(yè)主和咨工批準(zhǔn)通過(guò)后，立即進(jìn)行鐵桿掃床的相關(guān)準(zhǔn)備工作，并在方案和相關(guān)設(shè)施獲得審批后，相繼在港池和航道區(qū)域開(kāi)展鐵桿掃床工作。以下分別從船舶選擇、鐵桿掃床系統(tǒng)的組成和鐵桿掃床的實(shí)施過(guò)程對(duì)鐵桿掃床在吉贊項(xiàng)目的應(yīng)用進(jìn)行全方位地介紹并總結(jié)實(shí)施掃床取得的成果。

1 船舶選擇

鐵桿掃床的相關(guān)設(shè)備需要安置在自航船舶上，通過(guò)船舶行駛進(jìn)行掃床作業(yè)。為了更好地完成掃床作業(yè)，所選船舶應(yīng)具備以下特點(diǎn)：

（1）船舶操縱性能良好，能夠勻速穩(wěn)定地行駛。

（2）船載卷?yè)P(yáng)機(jī)工作平穩(wěn)，能夠穩(wěn)定地提升和下放掃床鐵桿。

（3）船舶在一般風(fēng)浪條件下不產(chǎn)生顛簸或顛簸較小，確保掃床鐵桿不產(chǎn)生劇烈晃動(dòng)。

沙特吉贊項(xiàng)目部有源長(zhǎng)1、源長(zhǎng)8和源長(zhǎng)9三條自航錨艇，其中源長(zhǎng)1為加油船不能進(jìn)行電焊動(dòng)火作業(yè);源長(zhǎng)8與源長(zhǎng)9為加水船，兩船船型相似，基于以上特點(diǎn)經(jīng)過(guò)實(shí)際上船考察對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩船航行穩(wěn)定性均較好，但源長(zhǎng)9的卷?yè)P(yáng)機(jī)工作性能要優(yōu)于源長(zhǎng)8，對(duì)重物提升能力較強(qiáng);同時(shí)源長(zhǎng)9抵御風(fēng)浪能力較強(qiáng)，在一般風(fēng)浪條件船舶基本無(wú)顛簸，最終選定源長(zhǎng)9為鐵桿掃船工作錨艇。源長(zhǎng)9的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

2 鐵桿掃床系統(tǒng)的組成

鐵桿掃床系統(tǒng)由掃床鐵桿、鋼絲纜、支架及GPS接收器組成。其中鐵桿（見(jiàn)圖1）總長(zhǎng)10 m，主體由工字鋼和鐵板焊接而成，并裝配底座以用于連接鋼絲纜;支架（見(jiàn)圖2）由工字鋼切割焊接而成并裝配手拉葫蘆，支架共兩個(gè)分別焊接在錨艇的左舷和右舷中部。

鐵桿掃床系統(tǒng)各組成部分的主要功能如下：

（1）鐵桿：掃床系統(tǒng)的核心構(gòu)件，實(shí)際工作時(shí)位于船底正下方，隨船舶行駛在預(yù)定路線上進(jìn)行掃床，用于檢測(cè)施工區(qū)是否存在淺點(diǎn)和礙航障礙物，同時(shí)蕩平淤泥平整海床。

（2）鋼絲纜：鋼絲纜共有4根（2根30 m，2根20 m）均與鐵桿相連，其中長(zhǎng)度為30 m的2根鋼絲纜另一端與卷?yè)P(yáng)機(jī)相連，用于抬起及下放鐵桿;長(zhǎng)度為20 m的2根鋼絲纜另一端與支架上的手拉葫蘆相連，其上從15 m開(kāi)始在整米處均作有標(biāo)記，并且16.5 m至18 m之間每隔10 cm作有標(biāo)記（港池和航道的設(shè)計(jì)水深分別為16.5 m和17.5 m），同時(shí)為了方便讀數(shù)在此長(zhǎng)度范圍內(nèi)還粘附一段皮尺，此段鋼絲纜除進(jìn)行水深讀數(shù)外還確保鐵桿穩(wěn)定的停留在錨艇下方并保持其平衡，如圖3。

（3）支架：支架焊接在錨艇中部左右兩側(cè)，其上焊接掛鉤并懸掛手拉葫蘆。正常工作時(shí)，鐵桿位于支架正下方水中，通過(guò)支架上裝配的手拉葫蘆配合鋼絲纜讀數(shù)，可以調(diào)節(jié)鐵桿到達(dá)指定深度。

（4）GPS接收器：安裝在錨艇頂棚中軸線上，與筆記本電腦相連。將經(jīng)業(yè)主和咨工批準(zhǔn)的分條路線圖導(dǎo)入筆記本電腦用于導(dǎo)航，指示船長(zhǎng)操縱錨艇攜帶鐵桿沿著預(yù)先設(shè)定好的線路航行。

3 鐵桿掃床實(shí)施過(guò)程

3.1 下放鐵桿

在不實(shí)施掃床時(shí)，鐵桿連同鋼絲纜系好浮漂置于施工區(qū)邊緣淺水區(qū)。鐵桿掃床開(kāi)始前錨艇駛?cè)霚\水區(qū)將浮漂連同鋼絲纜打撈起來(lái)，并將長(zhǎng)度為30 m的2根鋼絲纜分別與兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)相連，另一端繞過(guò)船頭滑輪與鐵桿相連，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)將鐵桿拉出水面并置于船頭位置;此時(shí)20 m長(zhǎng)的2根鋼絲纜一端與鐵桿相連，由于另一端距離船體中部的手拉葫蘆還較遠(yuǎn)無(wú)法連接，所以先將其分別固定在船體兩側(cè)的鋼樁上。隨后開(kāi)動(dòng)兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)鋼絲纜緩緩下放鐵桿，鐵桿到達(dá)一定深度后，將20 m鋼絲纜固定在鋼樁的一端取下與手拉葫蘆相連[1]。

駕駛錨艇航行至掃床路線的起點(diǎn)處，然后停船。開(kāi)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)繼續(xù)下放鐵桿，并觀察20 m長(zhǎng)的兩根鋼絲纜。當(dāng)兩根鋼絲纜基本豎直時(shí)，鐵桿下放到位，卷?yè)P(yáng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)鋼絲纜和鐵桿的位置如圖4所示。

3.2 調(diào)整鐵桿下放深度

鐵桿的下放深度用以下公式計(jì)算：

D鐵=D設(shè)+T+D預(yù) （1）

式中：D鐵——鐵桿的下放深度;

D設(shè)——港池或航道的設(shè)計(jì)水深，取正值;

T——潮位值;

D預(yù)——預(yù)留深度，由于錨艇在航行過(guò)程中可能發(fā)生上下顛簸，為保證鐵桿所處深度不小于設(shè)計(jì)深度，故取10 cm預(yù)留深度。

通過(guò)高頻聯(lián)系施工船舶獲取實(shí)時(shí)潮位后，根據(jù)式（1）計(jì)算出鐵桿的下放深度。然后通過(guò)調(diào)節(jié)手拉葫蘆并結(jié)合鋼絲纜上刻度在水面處的讀數(shù)，將鐵桿下放至計(jì)算深度。

3.3 掃床分條與數(shù)據(jù)記錄

航道和港池的掃床分條以覆蓋全部施工區(qū)域、方便錨艇通行、易于進(jìn)行全局控制為原則。分條寬度均為8 m，而鐵桿的長(zhǎng)度為10 m，也就是說(shuō)掃床過(guò)程中有2 m的重疊寬度，這樣可以確保全部掃床區(qū)域都被鐵桿掃過(guò)而無(wú)遺漏。港池的分條情況如圖5所示。

在掃床過(guò)程中，每隔10 min要通過(guò)高頻聯(lián)系施工船舶獲取實(shí)時(shí)潮位值，同時(shí)讀取此時(shí)鋼絲纜上水面處的刻度值，記錄在圖6所示表格中。當(dāng)潮位值變動(dòng)超過(guò)10 cm時(shí)，按式（1）計(jì)算下放深度，并調(diào)節(jié)手拉葫蘆將鐵桿下放至該深度處。

3.4 鐵桿掃床結(jié)果的確認(rèn)

由前期試驗(yàn)可知，當(dāng)鐵桿碰到障礙物后會(huì)帶動(dòng)20 m鋼絲纜向后擺動(dòng)同時(shí)鋼絲纜發(fā)生扭轉(zhuǎn)彎曲。在掃床過(guò)程中，業(yè)主代表和咨工會(huì)隨時(shí)檢查鋼絲纜的狀態(tài)以確定是否存在淺點(diǎn)或障礙物，并將完成掃床的分條代號(hào)和掃床結(jié)果記錄在圖7所示表格中，該表格在每次掃床結(jié)束后由業(yè)主代表、咨工和項(xiàng)目部人員三方簽字確認(rèn)。

3.5 回收鐵桿

每次鐵桿掃床結(jié)束后，在掃床終點(diǎn)處停船轉(zhuǎn)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)將鐵桿提升到合適位置后，解開(kāi)兩側(cè)手拉葫蘆20 m鋼絲纜連接端并將其分別系在船體兩側(cè)的鋼樁上。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)使鐵桿拉出水面并置于船頭位置。

駕駛錨艇進(jìn)入施工區(qū)邊緣淺水區(qū)指定位置停船，松開(kāi)鋼柱上20 m長(zhǎng)的鋼絲纜，隨即轉(zhuǎn)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)將鐵桿緩緩放入水中，當(dāng)兩根30 m長(zhǎng)的鋼絲纜與卷?yè)P(yáng)機(jī)接頭出現(xiàn)后，松開(kāi)接頭并系好浮漂將其放置于水中。

3.6 掃床過(guò)程中要點(diǎn)

（1）確保整套掃床設(shè)備質(zhì)量可靠，安全耐用。掃床鐵桿和鋼絲纜要長(zhǎng)時(shí)間淹沒(méi)在海水之中，因而鐵桿選用鋼材要質(zhì)量合格并經(jīng)過(guò)一定的防腐處理;同理鋼絲纜要選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，且其要承受較大的拉力，所以要從全條鋼絲纜中切割出指定長(zhǎng)度（20 m和30 m），避免將幾根鋼絲纜通過(guò)焊接或鉸接的方式的拼接至指定長(zhǎng)度，那樣容易出現(xiàn)受力薄弱點(diǎn)進(jìn)而可能出現(xiàn)鋼纜斷開(kāi)發(fā)生危險(xiǎn)。

（2）雖然在劃分掃床分條時(shí)已經(jīng)最大限度考慮了船舶航行的便捷性，但船舶駕駛員的駕駛技術(shù)依然對(duì)掃床的實(shí)施有重要影響。良好的駕駛技術(shù)確保船舶嚴(yán)格按照既定的掃床路線穩(wěn)定行駛，同時(shí)控制船舶以較低的速度勻速行駛能夠確保掃床設(shè)備發(fā)揮良好的工作性能以達(dá)到最好的掃床效果。

（3）隨時(shí)關(guān)注潮位變化。如潮位降低時(shí)沒(méi)有及時(shí)升高鐵桿，可能導(dǎo)致鐵桿直接在海床上拖行，從而使垂直鋼絲纜發(fā)生偏移進(jìn)而產(chǎn)生誤判;而如果潮位升高時(shí)沒(méi)有及時(shí)下放鐵桿，會(huì)導(dǎo)致鐵桿離開(kāi)海床面甚至距海床面距離過(guò)大而達(dá)不到掃床的目的。因而根據(jù)潮位變化及時(shí)調(diào)整鐵桿下放深度是掃床工作能夠取得預(yù)期效果的一個(gè)重要因素。

（4）及時(shí)排除安全隱患。在掃床設(shè)備制作過(guò)程中連接部位均應(yīng)做好加固處理，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可投入使用。在設(shè)備使用過(guò)程中，所有掃床工作的參與人員要加強(qiáng)安全意識(shí)，尤其是鐵桿拉出水中和放入水中過(guò)程中，卷?yè)P(yáng)機(jī)工作區(qū)域內(nèi)，禁止人員停留以免發(fā)生危險(xiǎn)。同時(shí)鐵桿要定期打撈出水對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)松動(dòng)的部位進(jìn)行加固及防腐處理，鋼絲纜也要隨時(shí)關(guān)注其性能，對(duì)有安全隱患的鋼絲纜及時(shí)更換。另外對(duì)于支架位置也要定期檢修，如出現(xiàn)支架不平、焊縫松動(dòng)等現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)更正。以上措施可以確保掃床工作安全平穩(wěn)地順利實(shí)施[2]。

4 結(jié)語(yǔ)

吉贊項(xiàng)目一期港池和航道的鐵桿掃床工作歷時(shí)近四個(gè)月，掃床區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)淺點(diǎn)及障礙物。鐵桿掃床的順利完成，既保證了港池和航道的順利移交同時(shí)顯示出項(xiàng)目部高質(zhì)量地完成了這些區(qū)域的施工任務(wù)，受到業(yè)主和咨工的一致肯定。后續(xù)工程施工結(jié)束后，鐵桿掃床依然將作為檢測(cè)手段的一種檢驗(yàn)工程的施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]Scope of Work for Dredging and Recla mation. Project Specification[S]. Saudi Arabia： Saudi Arabian Oil Co mpany， 2013.

[2]疏浚與吹填工程技術(shù)規(guī)范：SL17—2014[S]. 北京：中國(guó)水利水電出版社， 2014.