摘要:长江上游水流具有流速大、流态紊乱的特点，给水域勘察钻探船舶的抛锚定位带来极大的不便，结合长江上游冰盘碛至火焰碛河段航道勘察的现场经验，根据不同河段的河谷形态、水流状态、河床物质等的差异，制定出不同的钻船抛锚定位方法，以满足水上勘探的要求。上述方法同时适用于山区河流水域勘探以及施工相关的船舶的抛锚定位。
关键词:长江上游；水域勘察；船舶抛锚定位；山区河流；水域勘探；施工
1 前言
船舶的抛锚停泊主要有船首抛锚（包括抛单锚和抛双锚）、首尾抛锚、船尾抛锚、舷侧抛锚和多点抛锚等多种抛锚方式，而在内河进行水上勘探或施工等的船舶（水上勘探平台）的抛锚定位方式也类似，但由于定位精度一般要求较高，而定位的方法更加复杂一些，往往为多种抛锚停泊方式相结合。
根据我勘察单位长期以来从事水域勘察积累的经验来看：在库塘等静水水域进行勘察时一般采用“八”字抛锚法，即船首和船尾呈“八”型各抛2个锚，2个锚的夹角约 90°(图1-1)；在长江中下游或其它内河水流流速较缓的河段除了抛“八”字锚外，还必需在上游侧抛1个主锚，根据需要有时还要在船舶的两侧抛边锚或在下游侧抛尾锚（图1-2）。
而在长江上游等山区性河流内进行水上勘探，由于水流流速大，且河床物质多为砂卵石锚抓力不够，采用八字抛锚加主锚的方法效果较差，在作业过程中易产生走锚现象,故多采用岸缆加抛锚相结合的方法，在河道弯窄的情况下，一般采用“一字形”带缆的定位方法，即在船首带一要主缆，固定于岸边的岩石或树桩上，无岩石或树桩可利用的则需在固定于岸边挖设好的“地牛”上，在船的两舷各带一根边缆，同时在需要通航的一侧采用锚链沉入河底，以便船舶航行(图1-3)；在顺直河段采用一根主缆较难固定，就需要采用“八字形”带缆的定位方法，即船首上游两岸各带一根岸缆，边缆的面设与“一字形”带缆定位方法相同[1][2]（图1-4）；若流速相对略小时，也可在船首上游平行抛2个首锚作为主锚，在船的两舷各带一根边缆，此种方法由于2个首锚相距较近，缆绳易缠绕（图1-5）。
2长江上游河段勘探钻船定位方法
本文以长江上游冰盘碛至火焰碛河段航道治理勘察为例进行探讨，该段河道分为冰盘碛水道、螃蟹碛水道、瓦窑滩水道、小米滩水道、泸州（金钟碛）水道、火焰碛水道等[3]（图2-1）。
图2-1 冰盘碛至火焰碛水道分布图
该河段属典型的大型山区河流，河道一般比较开阔，洪水期河宽600～1400m，枯水河宽一般为400m，属宽浅型河流，河床多为第四系砂砾和卵石覆盖，边滩较发育，且多江心洲。该河段水位变幅大，流速急、流态紊乱，比降较大，平均比降约0.26‰,洪水平均流速3.6m/s，枯水一般为1.5～2.0m/s，个别急滩最大流速达4.2m/s以上。因受河流平面形态及河床石嘴、石梁、暗礁等的影响，该河段水流结构复杂，形成大量急流跌水、泡漩水、滑梁水、扫弯水等不良流态，碍航滩险中浅、急、险各类险滩均存在，以浅滩为主。河道洪枯水河面宽度相差较大，存在碍航情况，需要进行航道整治。
根据各水道碍航情况，提出相应的航道整治方案为：疏浚浅区、炸除礁石拓宽航槽增加航道水深，修建丁坝、顺坝改善水流条件。冰盘碛水道碍航问题突出，整治方案中疏浚、炸礁、筑坝均涉及，故以冰盘碛水道为主进行勘探船舶定位方法探讨。
2.1 拟治理河段航道概况
冰盘碛水道位于该河段下游段，上游右岸是铁匠滩石梁，左岸是沙田坝边滩。冰盘碛滩段右岸是面积大、坡度平缓的冰盘碛卵石碛坝，左岸为新路碛江心洲纵卧江心，在新路碛与冰盘碛之间有一过渡段浅埂。1978年前，几乎每年都要进行维护疏浚，挖深至2.4m，但由于该滩冲淤变化大，航槽不稳定，汛期后又复回淤。在滩段下游由于冰盘碛碛翅伸入江心，在其左边又有垫舵石等暗礁潜伏。
长江在该段河岸弯曲，凸向左岸，江面宽度较大，河床内有基岩礁石，水流条件复杂，航道整治采用多种方式相结合的方案。整治方案主要包括炸除下游左侧垫舵石礁石突嘴；疏浚主航道浅区；在上游右侧铁匠滩滩尾建1条顺坝；在上游左侧新路碛建1条顺坝。根据设计方案，共布置钻孔13个，其中下游炸礁区域布置钻孔4个（B01～B04）；疏浚航道浅区布置钻孔5个（B05～B09）；铁匠滩顺坝布置2个钻孔（B10～B11）；新路碛顺坝布置2个钻孔（B12～B13）（图2.1-1）。
图2.1-1 冰盘碛水道整治方案及钻探布置图
2.2 钻船定位方法
（一）垫舵石炸礁区
垫舵石炸礁区位于冰盘碛下游左侧，紧邻航道，且处于河流弯曲段，水流紊乱，勘探区域水深较浅，且受上游向家坝水电站蓄放水影响，水位变化较大，水位较低时礁石往往外露水面，水域钻探定位难度极大。
因水流流速较大，水流紊乱，上游河床物质为砂卵石，根据该段河流形态，采用图1-3“一字形”岸缆方式抛锚定位。首先实施B04钻孔，选定上游左岸合适的树桩系主缆，主缆长度大于800m，两侧船舷各系1根边缆，右侧紧邻主航道，缆绳采用锚链沉入江底，便于船舶通行。向家坝电站距离工程区较近，该钻孔利用向家坝电站发电放水时水位较高时实施，钻探完成后尽快撤离钻场，避免电站蓄水时水位下降造成钻船搁浅（图2.2-1）。
图2.2-1 炸礁区钻孔B04抛锚定位图
钻孔B01～B03采用上述方式定位，由于主缆太长，定位难度较大。根据现场情况，利用向家坝电站蓄放水的特点，在水位低时钻孔B04附近礁石外露时，将主缆固定于礁石上，缆绳另一端与浮漂相连后沉入江中，待水位上涨时，通过浮漂指示将缆绳提出水面并接长，钻船移至下游钻探孔位附近抛设边缆。按此方法完成B03钻孔后，起两侧边锚，并将主缆接长移至B02钻孔附近后，再抛设边锚，实施B02钻孔。由于该河段弯曲，水流流向变化较大，采用同样方法实施钻孔B01困难较大，需将主缆解开，移至钻孔B02附近系牢于礁石之上，采用同样方法实施钻孔B01。
（二）航道疏浚区
冰盘碛航道疏浚区主要为长江在此河段弯曲延伸部位及上游侧的主航道沿线，河流弯曲段布置钻孔3个（B05～B07）,上游河流顺直段布置2个钻孔（B08～B09）。河流弯曲段江水流速大，水流紊乱，水域钻探定位难度极大。
河流弯曲段根据该段河流形态，与钻孔B04一样采用图1-3“一字形”岸缆方式抛锚定位。首先实施B07钻孔，完成该钻孔后，同样方法依次实施钻孔B06、钻孔B05。
由于此段长江江面宽度较大，上游河流顺直段不能采用岸缆的方式，故采用图1-5方法在上游河床抛双首锚的方式实施钻孔B08、钻孔B09（图2.2-2）。
图2.2-2 疏浚区钻孔B09抛锚定位图
（三）筑坝区
冰盘碛航道整治拟在上游左、右侧各修建1条顺坝对江水进行导流，从而改善通航水流条件。右侧铁匠滩顺坝上游侧紧邻铁匠滩滩尾，钻孔附近水流流速较小，水深较浅，故直接将主锚固定于铁匠滩滩尾的岩石上，然后在舷两侧抛设边锚，通过调整缆绳长度将船舶调整至设计孔位（图2.2-3）。
新路碛顺坝位于冰盘碛上游左侧的沙田坝边滩附近，河流顺直，流速不大，水深较浅，故采用图1-5抛双首锚的方法进行钻船定位。
图2.2-3 铁匠滩顺坝钻孔B10抛锚定位图
3 长江上游河道钻船定位方法的选择
长江上游以及山区性河流具有水流流速快、水流紊乱、水位涨落变化较快的特点，河床碛滩、礁石分布较多，冲刷、淤积明显，对通航影响较大，同时也不利于航道的勘察与整治。长江上游水上勘探时钻探船舶的抛锚定位难度较大，如果不采取合理有效的措施，制定正确合适的水上钻探实施方案，就不能够顺利完成勘察任务。
由于受勘察区水文条件、河床形态以及水上交通等条件的影响，钻探船只的定位方法也不相同，最重要的是要充分结合现场实际条件，才能制定出切实有效的抛锚定位方案。根据多年水上勘探工作经验，总结出长江上游河道钻船定位方法的选择要点如下：
（1）水域勘探工作实施之前，要充分收集勘察区域范围内的水文、地质、通航以及前期治理等相关资料，并至河流两岸现场进行查勘，必要时乘船至勘探水域对工作区域水流的流速流态进行了解，尽可能携带测量仪器进行相应量测。根据收集到的资料及现场查勘情况，初步制定每个钻孔的抛锚定位方案。
（2）长江上游或一般山区河流河床物质以砂卵石为主，抛锚入水后沉入河床很难进入到较深的砂卵石里，导致锚抓力不够，在水流流速较大区域极易产生走锚。根据现场条件，上游侧主缆尽量采用岸缆的方式固定于岸边的岩石或树桩上，无岩石或树桩则固定于岸边挖设好的“地牛”上，容易固定主缆且操作较简单。河面较宽的大型河流多在河流弯曲段采用图1-3的单侧岸缆的方式；河面较窄的中小型河流宜采用图1-4两侧岸缆的方式。
（3）在河流较顺直的情况下，应充分利用勘探点上游侧外露于水面的滩地、礁石或已建的水工建筑物等作为主缆的固定点。若无利用的锚固点则采用图1-5双首锚的方式，根据水流流速大小以及钻船吨位等确定船锚的重量，若水流流速较小，也可以只抛1个主锚。
（4）有通航需求的河段，主缆及边缆穿越航道段均应采用锚链沉入河底，便于船舶通行。
（5）宜选用吨位适中的船舶作为钻探平台，吨位太小船舶的稳定性较差，而吨位太大需要主缆的锚固力越大，则需要重量更大的船锚才能固定。一般情况下100吨位左右的船舶作为钻探船舶比较适宜。
4长江上游水域钻探应注意事项
在长江上游进行水域钻探时，根据已制定的抛锚定位方案进行施工时，我们还应考虑编制相应的预案，当实施过程中出现一些意外情况时，可根据预案对实施方案进行修正或补充完善，确保顺利完成任务。在水域钻探中应注意的问题主要有以下几点：
（1）水域钻探风险较大，应以安全第一，不可盲目作业，遇到问题要冷静思考解决问题，不可鲁莽行事。船员及所有钻探操作不员均应穿救生衣；雾天能见度低时不宜作业。
（2）钻探平台应选用有自航能力的大推力船舶，抛锚定位时船首在上游，船尾在下游，便于调整船舶到位，且船长视野较好，便于处置特殊情况；应选用专门船只作为抛锚船。
（3）应全面收集或了解上游水文情况，尤其是上游距离较近的水电站或拦蓄水设施，应根据其运行调度方案分析勘察河段水位涨落规律，必要时实地量连续测水位，以指导勘探作业。避免部分水位较浅的浅滩或礁石出露部位，在水位降落时可能造成钻探船舶搁浅。
（4）有通航需求的河段，穿越航道段缆缆均应采用锚链沉入河底，便于船舶通行。对于在主航道内或紧邻主航道的勘探钻孔，水上作业时可能会对通航造成影响，应根据情况上报相关航道、海事主管行政部门，必要时申请采取间歇性封航或全天封航。
5 结语
长江上游河道水文及地质条件复杂，险滩、暗礁密布，给船舶通行带了极大困难及安全隐患，为了改善通航条件，需对碍航段航道进行整治。为给航道整治设计提供必要的地质资料，需对拟治理航段进行相应地质勘察工作，主要勘察任务为水域钻探，而水域钻探的关键在于钻探船的定位。
基于勘察航段复杂的水文及地质条件，水域勘探时钻探船舶的抛锚定位难度极大，应根据现场水情及地形地貌条件制定适宜的抛锚定位方案。根据长期以来从事水域勘察积累的经验，针对不同情况提出了“一字形”带缆、“八字形”带缆以及双首锚等抛锚定位方法，实用性强。上述方法基本能够满足长江游及山区性河流水域勘察的需要，同时也适用于航道整治工程施工等。
参考文献:
[1]杨首宪.抓斗挖石船在山区航道整治工程中的运用[J].珠江水运.2002.10：24-26
[2]周在友，辜昭阳.山区河流航道整治施工中稳船技术的应用[J].重庆建筑大学学报.2003，25（1）：118-122
[3]冯铁军.长江上游冰盘碛至火焰碛航道整治工程可行性研究阶段工程地质勘察报告[R].武汉：中国建筑西南勘察设计研究院有限公司2016.4：1-27
论文作者:卢华峰,唐建东,王福刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/29
标签：钻孔论文; 航道论文; 河流论文; 河段论文; 流速论文; 水域论文; 船舶论文; 《防护工程》2018年第2期论文;