天然料水下的GPS和测深仪应用优化

丁桂生　李耿凯

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：四川亭子口水电站砂石开采加工，为提高船舶水下开采系数，最大限度地提高征用料源地的砂石料采挖，减小征地范围并确保砂石骨料供应，应用GPS、测深仪精确指导水下开采作业，经过两年的生产实践，水下料源开采率大幅提高，成功解决了料源不足的难题。

关键词：GPS　测深仪　天然料　水下开采

1 引言

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内的嘉陵江干流中游河段上段，葛洲坝左砂系统承担了大坝约500万m3砼浇筑任务，约需毛料900万m3。投标时砼的骨料来源为坝下游4个河滩地及所属河道，工程开工后由于受到坝址下游约10km苍溪航电枢纽建设、蓄水及地方建设需要的影响，只能提供2个河滩料场，其余料源采取加大水下开采。使原投标规划中“陆采为主，水下开采为辅”的开采方式改变为“以船舶水下开采为主，以陆采为辅”的方式。现主要提供的料场为回水坝料场、双漩滩料场、及新增的双漩滩至花家坝河床料场与坝址上游的韩家河至王家河河床料场。其中新增的上游料场地形及水文情况复杂，并且需要加大资金投入，重新打造开采船只。通过对料源分析，经过实验和2年的高峰生产运行验证，采取提高水下毛料开采率的方法成功解决下游河道可开采料源不足的难题。

2 料场储料量分析

根据勘察设计资料统计，各料场根据有用料比例，分Ⅰ区和Ⅱ区，Ⅰ区为设计建议开采区，Ⅱ区为覆盖层后且砂石料含量低暂不建议开采，从各个料场有用料储存情况回水坝料场Ⅰ区有用料储量428万m3，其中水上251万m3，水下176万m3；左双漩滩总量为162万m3，其中水上52.万m3，水下110万m3；花家坝总储料量116万m3，受交通影响全部考虑水下开采；双漩滩至花家坝河床料场天然储量475万m3；大坝上游韩家河至王家河河床料场天然储量950万m3，此料场开采受地形及水文情况限制，开采难度大，船舶度汛安全隐患大，只能作为下游料场无法开采后补充之用。如表1和表2所示。

表1 投标时料场计划可开采情况表 单位：万m3

表2 料源变化后(大坝下游料场及新增河床) 计划可开采情况表 单位：万m3

3 提出问题

①料场受征地和苍溪航电蓄水的影响下水下开采比例大，根据测算，水下开采量必须达到600万m3才可满足所需砂石料。

②下游料场及河床毛料总储存量满足需求，但蓄水后和征地影响水下开采量大，根据水下储存量和水下可开采系数统计，按常规开采方式只能开采约482万m3，下游现有料场存在近118万m3缺口。

③根据地理环境和料源分析，设计初步拟定的规划在大坝上游再新打造开采船舶以弥补118万m3毛料缺口。

④上游打造船舶，根据地理环境和水情资料分析，存在投资大、开采量小，后期无法使用、汛期安全度汛风险极大等不足。

⑤研究在大坝下游水下总储量满足的前提下，提高水下开采率，可否满足需求。

4 解决方案

4.1 实际可利用料源及开采量分析

根据现有料源情况分析，下游河道及滩涂料场总储存量为1180万m3，其中陆采量303万m3，因此水下储存量约需877万m3开采600万m3即可解决。据以往河道开采经验，河道开采率受到水涨水落和移船开采的影响，漏采现象严重，开采率低、浪费大。只要是能尽可能地将水下毛料充分利用，从下游河道内及滩涂料场取料保证生产在理论上可以实现的。

4.2 建议开采方式

提出采用“GPS定位和测深仪水下测量指导船舶开采加大船舶开采系数”的方案，在确保将陆采量全部开采到位的前提下，加大水下开采力度，提高水下毛料开采率，以弥补毛料缺口。

4.3 具体方案的实施及作用

①配置1+1动态GPS一台，超声波测深仪，对河道进行开采前的储存量摸底，根据地勘资料核对设计储存量。

②开采前规划船舶开采地点及线路的设定，开采时采取分水位，分区域开采，避免料源向下游流失，增大运输成本和料源损失。

③开采时加大采砂船的开采深度的监控，避免二次开挖或漏挖现象产生。(www.xing528.com)

④开采后对开采地点进行复查，检查是否有漏挖现象，最大限度地将水下储存毛料开采上岸，并对开采后河床的料顶高程记录，以便后期查看水下料源变化，及时调整开采方案。

5 应用GPS、测深仪水下测量技术指导施工

5.1 应用GPS、测深仪定位、监控开采试验

通过使用GPS、测深仪定位监控开采取得实际开采率。

数据比对使用GPS、测深仪定位监控开采的实际开采率、与常规水下开采率和理论开采率比对。

5.2 分析数据并确定具体开采方案及设备

5.2.1 试验方案

用GPS、测深仪复测河床料顶高程，根据勘察资料计算各试验段的储存量，分别取两段河床进行船舶水下开采，每段200～300米进行比对开采，河段1是常规开采；河段2是配用GPS、测深仪监控指导船舶定位开采。

核实开采方量：采取运输车运输方量与全站仪测量收方测算同时进行。

5.2.2 试验结果

①根据两段水下开采数据显示：实际开采率59.5%，应用GPS、测深仪监控指导水下开采的开采率为70.7%，可提高开采率15.3%，试验结果如表3所示。

表3 200米间距范围内开采数据比较表 单位：万m3

②根据不同开采方式的实验分析，加强水下作业的定位开采监控，提高水下毛料开采率效果明显。将设计55%理论开采率提高至70%，可以解决下游河道砂石料开采量不够的难题。

在料源不变的情况下，采取应用GPS、测深仪指导水下开采可提高水下毛料开采率15%，可多开采约160万m3，如表4所示。

表4 常规开采与GPS、测深仪指导开采对比

5.2.3 利用GPS、测深仪进行水下储量的查勘

根据汛后对开采过的河道进行GPS、测深仪水下复测，与汛前开采过后的断面线比较，部分河床淤积情况效果明显，尤其对大坝导流明渠下游河段进行汛前汛后比对，在近800m河段平均淤积厚度达3.5m，有效地进行汛后上游来料分析，对料源总量及时掌握。如图1所示。

图1

6 结束语

在亭子口水电站混凝土料源用地紧张而工程规划阶段的料源无法提供的情况下，开采形式发生巨大变化，且在水下开采的传统作业理论数据下料源存在缺口，通过实验，证明应用GPS、测深仪水下测量技术指导施工，可增加水下开采量，提高开采率。亭子口水电站葛洲坝左岸砂石系统经受了高峰生产运行期的考验，已成功解决了下游料场料源可开采量不足的难题，获得较高的经济价值和社会价值。

◎作者简介：

丁桂生，男，测量高级技师，葛洲坝五公司。

李耿凯，男，测量技师，葛洲坝五公司。