摘要：本文拟通过升级改造抓斗挖泥船的定位系统，并应用RTK技术提高提高施工精度和施工质量，减少不必要的超挖，提高扫浅阶段施工效率。
关键词：工艺原理；RTK；船舶监测系统；操作要点
引言
抓斗挖泥船属机械式挖泥船，与其他类型挖泥船相比，设备构造简单，应用较为广泛，可以适应多种工况。抓斗挖泥船因自身特点及各种外界因素影响，普遍施工精度差、施工质量低，经常出现大面积超挖、漏挖现象，因此后期扫浅时间长，施工超挖较多。
面对严酷的市场环境，提高抓斗挖泥船的施工质量与技术水平，以增强公司的竞争力，迫在眉睫。
一、抓斗挖泥船简介
抓斗挖泥船是一种机械式挖泥船，施工时首先在空中张开空斗，然后放钢丝绳，依靠斗自身的重量切入泥层，严格控制切入深度，操作员操作闭合泥斗，将装满疏浚土的泥斗提升至水面以上，转动斗臂将重斗移到泥驳上方，开斗泄泥，然后再反向转动斗臂再将空斗抛入开挖点。一般由抓斗将疏浚土装至自航泥驳，然后由泥驳将疏浚土抛至指定抛泥区。
通常情况下，抓斗挖泥船设置验潮水尺或通过潮位遥报仪接收潮位数据等方式进行潮位修正，即抓斗下挖深度为设计开挖深度加上潮位数据。施工期间由水位观测员定时观测水尺水位或读取遥报仪潮位数据，及时通知抓斗操作人员，便于操作人员施工时及时调整下斗深度。由水尺读取的潮位受风、浪、流及船舶自身吃水变化等因素造成的影响，存在较多误差；由潮位遥报仪读取潮位时，只能每隔10分钟收取一次，也存在一定误差，上述两种方法均可能导致较多超挖、欠挖现象，施工质量较差。
二、应用RTK技术直接获得潮位
1、工艺原理
在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。
通过RTK获取潮位原理如下：
根据安装在船舶上的吃水传感器计算出船舶吃水，再根据RTK GPS安装在船上的位置，推算出GPS距离水面的距离；从RTK GPS送出的串口信号中，截取高程信息，将其转换成GPS的高程（GPS距离基准面的距离），因此潮位= H-h
H表示RTK GPS解析出的GPS天线的高程。
h表示GPS天线距离水面的距离（该距离由船舶的吃水、船舶姿态、GPS安装船舶上的位置计算出）。
2、RTK基站的设立
为保证施工及测量定位船舶不间断地获得高精度GPS 载波相位差分定位数据，施工前应根据施工水域的里程设立RTK基站，每个基站覆盖范围约20km。
如施工水域靠近岸基，基站一般设立在地面建筑物高处，架设GPS 接收天线及差分发射天线和发射机（下同），采用民用电压供电；如施工水域远离岸基，可设立于海上灯桩等位置，利用太阳能+蓄电瓶供电。
三、升级改造抓斗定位系统
根据国内最新技术，抓斗挖泥船需安装专用的抓斗疏浚监测系统，该系统由3台GPS、2套计算机、1套施工定位软件、协议转换器和网络设备等部件组成。2台GPS用于船舶的定位和定向，另外1台GPS用于抓斗的定位。系统中必须有1台GPS具有高程数据输出的功能，用于潮位信号。
监测系统安装完成后，可将船舶及抓斗位置、抓斗深度、开口度、潮位、背景文件及水深文件等信息进行集中显示；提供临时作图功能；抓斗位置轨迹线记录及历史轨迹线的查看。
安装完系统后，将工程施工范围坐标正确输入计算机监测系统中，并根据需要将挖槽的施工范围设计成网格式、纵向分丝、横向分格，距离可根据现场实际情况而定（前后分格距离一般以10-20米为宜）。由此，抓斗挖泥船可根据计算器监测系统所显示的船位，利用锚机调整锚缆长度控制船位，确保挖泥船精确定位在所需施工挖槽内，做到精确作业。
四、抓斗施工操作要点
1、操作流程
以水下挖泥为例，抓斗式挖泥船操作过程中一个周期基本分为以下五个阶段。
①空斗下放挖泥
小抓斗重量轻可以自由下落（松刹车松油门）。
大抓斗（4m3以上）要保证碰到河底时具有一定速度但又不能过快损坏斗齿。在实际操作过程中，各河流河底情况不同，可以从慢到快由驾驶员自行试挖，寻找最合适的下落速度。将抓斗触底速度控制在保证不损坏斗齿的情况下确保下斗后能有半斗左右的土方。
②破土开挖
抓斗触底后斗齿插入河床，此时提升绳放松不受力，闭斗绳需要非常大的拉力。此时是整个挖泥过程需要功率最大的瞬间。这个拉力除了要克服抓斗和泥土重力外，还要破开河床土石，河床土石的阻力很大，而且越是粒径小越密实的砂、碎石、渣土阻力越大，粒径大或疏松的块石、卵石阻力越小。抓斗的破土力来自于抓斗的闭合力，抓斗的闭合力来自于闭斗绳的拉力。并且闭斗绳的拉力越大，挖土的速度就越快。因此此时需要大油门或满油门卷扬闭斗绳。
③满斗提升
满斗提升的最初瞬间，提升力除了要克服抓斗和泥土重力外，还要克服泥层对抓斗的吸附力、抓斗和泥加速的惯性力。即抓完土提升时的一瞬间需要很大的力量，可以在挖完土后保持油门上提，也可以适当减小闭斗绳的拉力增大提升绳的拉力同时上提。
④满斗动力悬停
小吨位抓斗重量小，抓斗提到可以回转卸泥的高度后，可以用机械抱闸抱住（可以踩刹车）
大吨位抓斗重量大，用机械抱闸会严重磨损闸带，同时起重机和船体受到惯性力冲击振动剧烈。因此大抓斗满斗悬停不宜采用机械抱闸，应该使抓斗靠动力制动悬停后再回转到泥驳上方卸泥。
⑤空斗动力悬停
卸泥完成后空斗扔按动力制动悬停，再转到新的挖泥作业点后，进行下一次挖泥作业。
2、挖泥顺序
抓斗挖泥船在开挖时，在每条的横断面上依据泥层厚度依次排斗开挖，挖完一个断面，挖泥船进关前移施工下一个断面，每次前移距离为抓斗张开宽度的0.6~0.7倍，下斗间距要重叠1/4~1/3个抓斗宽度，待完工一丝后挖泥船后退挖相邻一丝。
结语
通过升级改造抓斗船定位系统，并应用RTK技术，可大幅减少抓斗后续扫浅的时间，因扫浅不仅要重新抛锚移位，还要对浅点区域进行超挖才能达到挖深要求，提高的经济效益是双倍的；同时软件的施工轨迹也可大幅提高后续扫浅的准确度。抓斗船施工质量提高后，可间接提高工程的经济效益，增强企业的竞争力。
作者简介
朱雨华（1981-），男，学士，工程师，研究方向为港口与航道工程管理。
许洪文（1989-），男，学士，工程师，研究方向为港口与航道工程管理。
论文作者:朱雨华1,许洪文2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/28
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