王崇明， 張　毅， 雷　鵬， 李志軍

(1. 交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院， 天津　300456； 2. 天津市水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院， 天津　300456；3. 天津市水運(yùn)工程測(cè)繪技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津　300456； 4. 廣州打撈局， 廣東 廣州　510260；5. 中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司， 河北 三河　065201)

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南昌紅谷隧道管節(jié)浮運(yùn)監(jiān)控技術(shù)研究

王崇明1，2，3， 張毅4， 雷鵬1，2，3， 李志軍5

(1. 交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院， 天津300456； 2. 天津市水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院， 天津300456；3. 天津市水運(yùn)工程測(cè)繪技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津300456； 4. 廣州打撈局， 廣東 廣州510260；5. 中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司， 河北 三河065201)

南昌紅谷隧道是我國(guó)目前內(nèi)河最大的隧道工程，浮運(yùn)過程要經(jīng)過3座大橋，且航道寬度只有70 m，水流情況復(fù)雜，這些都對(duì)浮運(yùn)作業(yè)增加了難度。本文在計(jì)算沉管浮運(yùn)中所受水流力的基礎(chǔ)上，針對(duì)出塢、順河流浮運(yùn)和回旋區(qū)調(diào)頭3種不同情況，制定了2種編隊(duì)方案。根據(jù)工程實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，采用C#和WFP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)。在管節(jié)和拖輪上配置了RTK GPS、DGPS和慣導(dǎo)等導(dǎo)航設(shè)備，將浮運(yùn)編隊(duì)的實(shí)時(shí)位置信息顯示給指揮人員，對(duì)管節(jié)出塢、過橋和回旋區(qū)調(diào)頭等監(jiān)控方法進(jìn)行了詳細(xì)描述，并實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程終端同步實(shí)時(shí)顯示。目前已經(jīng)完成了南昌紅谷隧道多節(jié)沉管的浮運(yùn)，實(shí)踐表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，形象直觀，今后可以應(yīng)用到同類工程中。

南昌紅谷隧道； 管節(jié)浮運(yùn)； 水流力； 拖輪編隊(duì)； 浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)； 過橋監(jiān)控； 遠(yuǎn)程監(jiān)控

0　引言

紅谷隧道位于南昌大橋、八一大橋之間，連接南昌市紅谷灘新區(qū)與東岸老城區(qū)，工程采用沉管法修建，管節(jié)采用異地干塢進(jìn)行預(yù)制，由6艘大馬力拖輪拖帶至隧址區(qū)域，這一過程稱為管節(jié)浮運(yùn)。管節(jié)浮運(yùn)是沉管隧道建設(shè)中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，我國(guó)目前已建的多條沉管隧道都進(jìn)行了管節(jié)浮運(yùn)。潘永仁[1]介紹了上海外環(huán)沉管隧道管段浮運(yùn)的方法；彭紅霞等[2]探討了侖頭—生物島沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)的方案；宿發(fā)強(qiáng)[3]、尹海卿[4]介紹了港珠澳大橋島隧工程中管節(jié)浮運(yùn)特點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)管控辦法；王朝輝[5]、申琪玉等[6]、鄧建林[7]分別介紹了天津海河隧道、廣州洲頭咀隧道、沈家門港海底隧道的沉管浮運(yùn)相關(guān)技術(shù)。南昌紅谷隧道的浮運(yùn)航道總長(zhǎng)約8.5 km，航道寬度只有70 m，如圖1所示，管節(jié)浮運(yùn)經(jīng)過生米大橋、朝陽(yáng)大橋和南昌大橋3座大橋。與其他已建沉管隧道相比，受水流、地形和橋梁等的影響大，浮運(yùn)難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)大。管節(jié)浮運(yùn)采用了高精度的RTK GPS，過橋時(shí)采用了慣導(dǎo)系統(tǒng)，多船數(shù)據(jù)通信采用網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行，而且建立了多個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，這些都是以往工程項(xiàng)目中沒有實(shí)現(xiàn)的。

圖1　浮運(yùn)航道平面圖

浮運(yùn)監(jiān)控指的是對(duì)管節(jié)和拖輪位置的監(jiān)控，將管節(jié)和拖輪的位置實(shí)時(shí)顯示在浮運(yùn)航道的背景底圖上，便于指揮人員了解管節(jié)的位置信息，確保浮運(yùn)過程中管節(jié)及拖輪按照設(shè)計(jì)航路運(yùn)行。本文研究的管節(jié)浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)，以融合各種設(shè)備的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳遞和共享，以圖形和文字2種方式顯示管節(jié)和拖輪的各種信息，形成了一種管節(jié)浮運(yùn)施工的智慧指揮體系。

1　水流力計(jì)算

南昌紅谷隧道共12節(jié)管節(jié)，其中有9節(jié)的長(zhǎng)度約為115 m， 3節(jié)長(zhǎng)度為90～100 m，每節(jié)橫斷面寬30 m，高8.3 m，計(jì)算水流力時(shí)長(zhǎng)度按照115 m計(jì)。水流力的計(jì)算參照《港口工程荷載規(guī)范》[8]中的公式：

Fw=0.5CwρAv2。

(1)

水流阻力系數(shù)Cw,按照規(guī)范中規(guī)定的矩形梁形式選取2.32(廣州打撈局曾安裝的越南隧道工程取1.6，東平隧道取2.0)； ρ = 1.022t/m3； 管節(jié)干舷取0.15m，則其水下的橫截面面積A1=244.5m2，縱截面面積A2=937.25m2。管節(jié)在整個(gè)浮運(yùn)過程中，出塢時(shí)會(huì)出現(xiàn)縱截面迎流；回旋調(diào)頭過程中會(huì)出現(xiàn)管節(jié)對(duì)角線垂直水流方向，此時(shí)管節(jié)在流向垂直平面上的投影面積最大，管節(jié)所受水流力最大；其余時(shí)間大部分為橫截面迎流，此時(shí)所受水流力最小。表1為不同流速情況下管節(jié)所受的水流力情況。實(shí)際上管節(jié)的浮運(yùn)是沿贛江水流方向進(jìn)行，浮運(yùn)速度不超過3km/h，因此實(shí)際受力情況會(huì)比表1中的數(shù)值小。

2　管節(jié)浮運(yùn)方案

根據(jù)拖輪公司提供的資料，4 000HP拖輪系柱拖力為500kN?？紤]拖輪的實(shí)際情況和拖航時(shí)所受的摩擦阻力，4 000HP拖輪的拖力約為系柱拖力的0.8倍，拖輪旁靠狀態(tài)時(shí)推力約為0.5倍。根據(jù)上述水流力計(jì)算數(shù)值，考慮最大水流力情況，本工程管節(jié)浮運(yùn)采用5艘4 000HP拖輪進(jìn)行管節(jié)的拖航浮運(yùn)，此外還有1艘拖輪應(yīng)急備用。管節(jié)在出塢后和回旋區(qū)調(diào)頭系泊時(shí)受到的水流力接近，而順河流浮運(yùn)時(shí)所有水流力較小，因此，拖輪分為2種不同的編隊(duì)方式，即出塢回旋編隊(duì)方式和順河流浮運(yùn)編隊(duì)方式。

表1　不同流速與管節(jié)所受水流力關(guān)系一覽表

1)管節(jié)出塢后和回旋區(qū)調(diào)頭系泊過程中，采用如圖2所示的拖輪編隊(duì)方式。A、B和F輪控制管節(jié)首部，C、D和E輪控制管節(jié)尾部(即GINA止水帶端)，受塢口外地形和出塢錨塊制約，E輪拖纜長(zhǎng)度為80 m，F(xiàn)輪拖纜長(zhǎng)度為40 m。B和C輪可以提供管節(jié)前進(jìn)的動(dòng)力，也可以在較大流速時(shí)側(cè)推管節(jié)，剩下的4艘拖輪主要對(duì)抗管節(jié)所受水流力。6艘拖輪共計(jì)約1 900 kN的拖力，可以抵抗1.2 m/s流速的水流。但考慮到管節(jié)出塢是由絞拖到編隊(duì)的過渡，初始階段只有A、B輪靠泊頂推和F輪拖拉，因此出塢時(shí)流速不宜過大。在管節(jié)側(cè)面迎流時(shí)，這種編隊(duì)方式可以提供最大的拖力，確保管節(jié)在出塢和回旋2個(gè)過程中姿態(tài)穩(wěn)定。

圖2　拖輪編隊(duì)方式1(單位： m)

2)管節(jié)順河流浮運(yùn)時(shí)的編隊(duì)情況如圖3所示。A、B和C輪提供前進(jìn)動(dòng)力，其中A輪控制管首方向，D、E輪控制管尾方向，確保GINA止水帶安全。受航道寬度制約，A輪拖纜長(zhǎng)度為40 m；防止D、E輪碰撞，D輪拖纜長(zhǎng)度為40 m。拖航纜繩采用4條長(zhǎng)200 m、直徑80 mm、破斷力3 700 kN的高強(qiáng)度尼龍纜，管節(jié)頂板上布置4臺(tái)絞車，用于收緊拖輪拖纜。管節(jié)上安裝4個(gè)頂推架，用于靠泊拖輪。管節(jié)順流時(shí)所受水流力較小，這種編隊(duì)方式可以提供最大的前進(jìn)拖力，同時(shí)可以控制管節(jié)艏向的改變，確保管節(jié)沿航道運(yùn)行。

根據(jù)上述水流力計(jì)算和拖輪編隊(duì)情況，管節(jié)浮運(yùn)需要滿足的邊界條件是： 塢口水流速度小于0.6 m/s，浮運(yùn)航道及過橋時(shí)水流速度小于0.8 m/s，回旋區(qū)水流速度小于1.2 m/s，浪高小于0.8 m，平均風(fēng)速小于10 m/s，能見度大于1 km，浮運(yùn)水位不低于13.5 m。上述流速均指水面以下10 m的垂線平均流速。

圖3　拖輪編隊(duì)方式2(單位： m)

為了降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，管節(jié)出塢和浮運(yùn)時(shí)要嚴(yán)格按照設(shè)定的航線航行，管節(jié)上需配置高精度的GPS導(dǎo)航設(shè)備和姿態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，將管節(jié)和拖輪的實(shí)時(shí)位置呈現(xiàn)給浮運(yùn)指揮人員。

3　測(cè)量準(zhǔn)備工作

3.1管節(jié)坐標(biāo)系建立和測(cè)量

為實(shí)現(xiàn)管節(jié)定位和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，需建立管節(jié)三維直角坐標(biāo)系。坐標(biāo)系以管節(jié)對(duì)接端(A端)頂表面中點(diǎn)在底表面上的投影點(diǎn)為原點(diǎn)O，管節(jié)前向?yàn)閄軸正方向，管節(jié)右向?yàn)閅軸正方向，管節(jié)天向?yàn)閆軸正方向，如圖4所示。

圖4　管節(jié)坐標(biāo)系

管節(jié)坐標(biāo)系建立后，管節(jié)上任何一點(diǎn)都可以通過測(cè)量獲得其管節(jié)坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。管節(jié)預(yù)制完成后，在管節(jié)上表面布設(shè)8個(gè)控制點(diǎn)(Z1～Z3和K1～K5)，如圖5所示。

圖5　管面控制點(diǎn)

3.2設(shè)備安裝和標(biāo)定

管節(jié)是浮運(yùn)編隊(duì)的指揮中心，負(fù)責(zé)指揮每條拖輪運(yùn)行的方向和速度，確保管節(jié)保持在航道中心線上，管節(jié)上主要配置了RTK GPS、慣導(dǎo)、Octans光纖羅經(jīng)和無線網(wǎng)橋等儀器設(shè)備。RTK GPS提供管節(jié)的位置信息，慣導(dǎo)在過橋GPS衛(wèi)星失鎖時(shí)使用，光纖羅經(jīng)提供管節(jié)的艏向和姿態(tài)信息，無線網(wǎng)橋用于構(gòu)建浮運(yùn)編隊(duì)通信局域網(wǎng)。每條拖輪上均配置了GPS羅經(jīng)和無線網(wǎng)橋，GPS羅經(jīng)提供船舶的位置和方向信息，無線網(wǎng)橋用于網(wǎng)絡(luò)通訊。

浮運(yùn)前，需要對(duì)Octans的初始安裝誤差進(jìn)行標(biāo)定，使得管節(jié)姿態(tài)與Octans數(shù)據(jù)一致。采用水準(zhǔn)儀分別測(cè)量管節(jié)4個(gè)頂角的高程，即可計(jì)算出當(dāng)前管節(jié)的橫傾(Roll)和縱傾(Pitch)值，并依此值對(duì)Octans進(jìn)行標(biāo)定。

為了獲得導(dǎo)航設(shè)備在管節(jié)坐標(biāo)系下的位置，需對(duì)GPS RTK天線進(jìn)行標(biāo)定測(cè)量，在至少2個(gè)管節(jié)控制點(diǎn)上，使用全站儀得到測(cè)站與天線之間的斜距、水平角和高度角，經(jīng)過縱向和橫向的傾斜改正后，計(jì)算得到天線的坐標(biāo)，作為浮運(yùn)時(shí)測(cè)量設(shè)備的標(biāo)定值，第2個(gè)控制點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)用于校核。

4　浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)軟件

4.1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)融合導(dǎo)航定位、無線電和無線Mesh網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，以浮運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)的管節(jié)作為指揮中心，建立無線局域網(wǎng)(沉管、船舶之間)、有線局域網(wǎng)(設(shè)備之間)的無縫對(duì)接，通過穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸、科學(xué)高效的數(shù)據(jù)處理分析、逼真形象的數(shù)據(jù)展現(xiàn)和完整實(shí)用的數(shù)據(jù)管理，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同作業(yè)模式的基礎(chǔ)上形成了沉管浮運(yùn)指揮系統(tǒng)，使管面指揮部、操作船長(zhǎng)、施工人員能及時(shí)溝通信息，確保浮運(yùn)作業(yè)的順利完成，軟件總體結(jié)構(gòu)包括4大模塊： 通信管理模塊、圖形管理模塊、船舶管理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊。

通信管理主要指硬件之間、同一條船上不同工作室之間、多條船之間的數(shù)據(jù)通信，主要包含數(shù)據(jù)接入及解析、數(shù)據(jù)輸出和雙向交互通信3部分功能模塊；圖形管理模塊將背景地圖、施工現(xiàn)場(chǎng)所有船舶、船舶錨和纜繩等，在電腦屏幕上按照真實(shí)位置進(jìn)行多窗口的顯示，主要包括船位及地圖顯示和圖形繪制與操作2部分功能；船舶管理模塊是系統(tǒng)的核心模塊，實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)的主要功能，主要包括命令收發(fā)、指揮調(diào)度和遠(yuǎn)程輔助決策3部分；數(shù)據(jù)管理主要包含數(shù)據(jù)記錄與回放、數(shù)據(jù)處理與輸出2個(gè)模塊，主要實(shí)現(xiàn)施工中各種設(shè)備數(shù)據(jù)和信息的管理[9]。

4.2軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

浮運(yùn)船舶管理系統(tǒng)具有典型的面向?qū)ο筇卣?，利用面向?qū)ο蟮姆庋b、繼承和多態(tài)等設(shè)計(jì)方法將系統(tǒng)中涉及的船舶、設(shè)備、人員等抽象為具有屬性、方法的類，提高了代碼的可讀性和系統(tǒng)的可維護(hù)性，并使系統(tǒng)易于擴(kuò)展。使用C#作為船舶管理系統(tǒng)的開發(fā)語(yǔ)言，具有開發(fā)效率高、代碼簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)清晰的突出優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)使用WPF技術(shù)構(gòu)建用戶界面，它提供了統(tǒng)一的編程模型、語(yǔ)言和框架，真正做到了分離界面設(shè)計(jì)人員與開發(fā)人員的工作；同時(shí)它提供了全新的多媒體交互用戶圖形界面。

5　浮運(yùn)過程監(jiān)控

5.1出塢監(jiān)控

管節(jié)出塢由位于管面指揮臺(tái)內(nèi)的浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)指揮進(jìn)行，由于塢口通道狹窄，浮運(yùn)時(shí)要確保管節(jié)位于塢口中心航線上，偏差超過5 m時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。管節(jié)整個(gè)出塢過程要前進(jìn)大約500 m，圖6所示為管節(jié)出塢監(jiān)控界面。

干塢內(nèi)布設(shè)4個(gè)地錨，塢口外布設(shè)4個(gè)錨塊，通過錨的拉力控制沉管前行出塢。出塢過程中監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示管節(jié)位置，管節(jié)中心線偏離出塢航線超過3 m時(shí)就要進(jìn)行絞拉調(diào)整管節(jié)姿態(tài)，偏差超過5 m時(shí)暫停前行，絞拉糾正管節(jié)姿態(tài)后再繼續(xù)出塢作業(yè)。

(a) 監(jiān)控截圖

(b) 出塢照片

圖6管節(jié)出塢

Fig. 6Tunnel segment undocking

5.2過橋監(jiān)控

管節(jié)作為編隊(duì)指揮中心，實(shí)時(shí)顯示、播發(fā)管節(jié)和6艘拖輪的位置信息，使每艘船舶都可以顯示出浮運(yùn)編隊(duì)的位置信息。按照設(shè)定的贛江航路，協(xié)調(diào)各艘拖輪的航速和航向，指揮管節(jié)浮運(yùn)編隊(duì)的前行。浮運(yùn)時(shí)依次經(jīng)過生米大橋、朝陽(yáng)大橋和南昌大橋，其中南昌大橋橋墩跨距只有約62 m，浮運(yùn)編隊(duì)寬度約為41 m，因此浮運(yùn)過程風(fēng)險(xiǎn)最大的就是過南昌大橋。受地形限制，南昌大橋水流方向與航路之間有約36°的夾角(如圖7所示)，這進(jìn)一步增加了浮運(yùn)過橋的難度。

浮運(yùn)編隊(duì)距南昌大橋約260 m(編隊(duì)長(zhǎng)度)時(shí)，將浮運(yùn)速度降低到約0.6 km/h；繼續(xù)前行約90 m，A、E輪向西擺動(dòng)，用于對(duì)抗斜向水流；管首進(jìn)入橋底前，A輪繼續(xù)往西北方向緩慢擺動(dòng)管尾，確保管首位于航路中心；管首通過橋底后，D、E拖輪向航道中心收攏，確保整個(gè)編隊(duì)寬度不超過45 m；繼續(xù)保持0.6 km/h的速度前行直到整個(gè)編隊(duì)均通過南昌大橋，然后增加速度至3 km/h繼續(xù)浮運(yùn)作業(yè)。

圖7　南昌大橋水流方向

過橋時(shí)，由于受到橋體遮擋，GPS衛(wèi)星信號(hào)失鎖，會(huì)導(dǎo)致位置信息失真。因此在過橋時(shí)采用慣導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)沉管進(jìn)行導(dǎo)航定位，確保在沒有GPS位置信息的情況下，浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)仍然可以顯示管節(jié)的實(shí)時(shí)位置和相對(duì)橋墩的距離。圖8所示為某管節(jié)穿越南昌大橋的監(jiān)控系統(tǒng)截圖和照片。

(a) 監(jiān)控截圖

(b) 穿越南昌大橋照片

Fig. 8Navigation system of tunnel segment passing through Nanchang Bridge

5.3回旋區(qū)調(diào)頭監(jiān)控

管節(jié)通過南昌大橋后，還需要經(jīng)過一段長(zhǎng)度約為1 200 m的彎道進(jìn)入回旋區(qū)，在回旋區(qū)調(diào)頭后通過江心洲航道到達(dá)隧址。管節(jié)在回旋區(qū)調(diào)頭時(shí)面臨對(duì)角線方向迎流的情況，導(dǎo)致管節(jié)所受水流力最大。在回旋區(qū)水流上游設(shè)置3個(gè)170 t錨塊，作為管節(jié)的臨時(shí)系泊及輔助調(diào)頭作業(yè)。6艘拖輪和3個(gè)170 t錨塊，可以確保管節(jié)在1.2 m/s流速下仍然可以完成調(diào)頭作業(yè)。

調(diào)頭過程中，A、B和F輪使管首向東運(yùn)動(dòng)，C、D和E輪使管尾向西移動(dòng)，這樣管節(jié)就可以做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)過程中管節(jié)的受力情況會(huì)發(fā)生較大變化，因此要通過拖輪加減車來調(diào)整拖力大小，確保管節(jié)一直位于回旋區(qū)內(nèi)，如圖9所示。

(a) 監(jiān)控截圖

(b) 在回旋區(qū)照片

5.4浮運(yùn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

為了便于決策人員了解浮運(yùn)的實(shí)時(shí)情況，在隧址的東、西岸指揮部各建立了一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。每個(gè)終端均配置了無線網(wǎng)橋和浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)，無線網(wǎng)橋?qū)崟r(shí)接收浮運(yùn)船隊(duì)網(wǎng)絡(luò)廣播和共享的所有數(shù)據(jù)，通過浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)給決策人員，讓不在管節(jié)上的人也能實(shí)時(shí)了解沉管的浮運(yùn)情況，如圖10所示。

此外，為便于單位相關(guān)人員了解浮運(yùn)施工情況，在單位會(huì)議室建立了一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。該終端借助互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)接收管節(jié)上播發(fā)的數(shù)據(jù)信息，讓遠(yuǎn)在天津的同事也可以了解施工現(xiàn)場(chǎng)的管節(jié)和所有船舶的現(xiàn)場(chǎng)信息。

(a)

(b)

6　結(jié)論與體會(huì)

通過研究出塢、順河流浮運(yùn)和回旋區(qū)調(diào)頭3個(gè)過程中管節(jié)所受水流力的情況，制定了管節(jié)浮運(yùn)方案，確定了拖輪編隊(duì)方式。在此基礎(chǔ)上，通過軟、硬件的結(jié)合，形成了一套管節(jié)浮運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多船、多節(jié)點(diǎn)、多設(shè)備數(shù)據(jù)融合和網(wǎng)絡(luò)共享，提供實(shí)時(shí)高效的輔助決策信息，使施工指揮人員形象直觀地了解現(xiàn)場(chǎng)浮運(yùn)編隊(duì)的實(shí)時(shí)情況。截至2016年6月，南昌紅谷隧道已經(jīng)完成了9節(jié)管節(jié)的浮運(yùn)拖帶作業(yè)，該系統(tǒng)的應(yīng)用，確保了每節(jié)管節(jié)均能安全抵達(dá)隧址，為沉管隧道的按時(shí)完工提供了重要保障。此外，該系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和施工要求不斷改進(jìn)，極大地提升了軟件的適用性，在今后類似工程和深遠(yuǎn)海等新興領(lǐng)域必將有遠(yuǎn)大前景。為更好地適應(yīng)各種水上工程，系統(tǒng)需要支持更多的設(shè)備數(shù)據(jù)，軟件的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)計(jì)算精度也需要進(jìn)一步提高。

[1]潘永仁. 上海外環(huán)沉管隧道大型管段浮運(yùn)方法[J]. 施工技術(shù), 2004, 33 (5): 52-54. (PAN Yongren. The floating transport method of large elements employed for Shanghai out-ring immersed tube tunnel[J]. Construction Technology, 2004, 33 (5): 52-54.(in Chinese))

[2]彭紅霞, 王懷東. 侖頭—生物島沉管隧道管段浮運(yùn)方案探討[J]. 隧道建設(shè), 2007, 27 (4): 85-88. (PENG Hongxia，WANG Huaidong.Discussions on tube element towing options for Luntou-Shengwudao immersed tunnel project[J]. Tunnel Construction, 2007, 27 (4): 85-88. (in Chinese))

[3]宿發(fā)強(qiáng). 超大型沉管浮運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)管控[J]. 中國(guó)港灣建設(shè), 2015, 35(7): 1-3. (SU Faqiang. Risk management on floating of ultra-large immersed tube[J]. China Harbour Engineering, 2015, 35(7): 1-3. (in Chinese))

[4]尹海卿. 港珠澳大橋島隧工程設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)[J]. 隧道建設(shè), 2014, 34 (1): 60-66. (YIN Haiqing. Key technologies applied in design and construction of artificial islands and immersed tunnel of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge (HZMB) Project[J]. Tunnel Construction, 2014, 34 (1): 60-66. (in Chinese))

[5]王朝輝. 內(nèi)河沉管隧道浮運(yùn)沉放施工技術(shù)[J]. 施工技術(shù), 2012,41 (18): 117-120. (WANG Chaohui. Construction technology of floating and sinking of immersed tunnel crossing inland river[J]. Construction Technology, 2012,41(18): 117-120. (in Chinese))

[6]申琪玉, 邱峰, 張海燕. 廣州洲頭咀隧道管段浮運(yùn)沉放關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 施工技術(shù), 2010, 39 (5): 15-17.(SHEN Qiyu, QIU Feng, ZHANG Haiyan. Research on key sinking technology of pipe sections in Guangzhou Zhoutouzui Immersed Tunnel[J]. Construction Technology, 2010, 39 (5): 15-17. (in Chinese))

[7]鄧建林. 沈家門港海底沉管隧道浮運(yùn)、沉放施工控制技術(shù)[J]. 隧道建設(shè), 2015, 35 (9): 914-919. (DENG Jianlin. Control technology for towing and sinking of immersed tubes: Case study of Shenjiamen Port Subsea Tunnel[J]. Tunnel Construction, 2015, 35 (9): 914-919. (in Chinese))

[8]港口工程荷載規(guī)范: JTS 144-1—2010[S]. 北京: 人民交通出版社, 2010: 34-35. (Load code for harbour engineering: JTS 144-1—2010[S]. Beijing: China Communications Press, 2010: 34-35. (in Chinese))

[9]王崇明,修義瑞,雷鵬,等. 水運(yùn)工程船舶管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 水道港口, 2016, 37 (2): 203-207. (WANG Chongming, XIU Yirui, LEI Peng, et al. Software design and implementation of water transport engineering vessel management system[J]. Journal of Waterway and Habour, 2016, 37(2): 203-207. (in Chinese))

Study of Monitoring Technologies for Segment Floating Transportation of Honggu Tunnel in Nanchang

WANG Chongming1, 2, 3, ZHANG Yi4, LEI Peng1, 2, 3, LI Zhijun5

(1.TianjinResearchInstituteforWaterTransportEngineeringM.O.T.,Tianjin300456,China; 2.TianjinSurveyandDesignInstituteforWaterTransportEngineering,Tianjin300456,China; 3.TianjinKeyLaboratoryofSurveyingandMappingforWaterwayTransportEngineering,Tianjin300456,China; 4.GuangzhouSalvageBureau,Guangzhou510260,Guangdong,China; 5.ErchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China)

Nanchang Honggu Tunnel is a longest inland underwater tunnel in China. The floating transportation of tunnel segment is difficult. Two tug formation schemes for tunnel segment floating transportation are made for tunnel segment undocking, down-floating and turning based on water resistance calculation results. The tunnel segment floating transportation monitoring system based on C# and WFP technologies is designed. The remote monitoring is realized by setting RTK CPS, DGPS and inertial navigation devices on tunnel segments and tugs. The successful floating transportation of segments of Honggu Tunnel indicates that the monitoring system is reliable and effective.

Nanchang Honggu Tunnel; tunnel segment floating transportation; water resistance; tug formation; floating transportation monitoring system; segment crossing bridges monitoring; remote monitoring

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.09.019

U 455

B

1672-741X(2016)09-1155-06