聲吶技術(shù)在航道整治中的應(yīng)用

董足熙　胡佳俊

摘要：針對(duì)內(nèi)河航道整治工程中水下沉排工序搭接寬度質(zhì)量檢測(cè)方法，檢測(cè)質(zhì)量、檢測(cè)時(shí)效性進(jìn)行分析比較。利用聲納探測(cè)技術(shù)，對(duì)水下隱蔽工程施工質(zhì)量實(shí)時(shí)全方位監(jiān)控，此項(xiàng)聲納探測(cè)技術(shù)的運(yùn)用在航道整治質(zhì)量監(jiān)控方面有了較大的提升。與水下探摸檢測(cè)相比，聲納探測(cè)以線的方式進(jìn)行，施工和檢測(cè)同步，施工進(jìn)度和施工質(zhì)量得到較大的提高。

關(guān)鍵詞：航道；沉排；下水聲吶探測(cè)；檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U618 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2016）03-0054-02

內(nèi)河航道整治工程中水下沉排工序是不可缺少的一個(gè)基本環(huán)節(jié)。水上沉排的主要作用是保護(hù)鋪設(shè)范圍內(nèi)的河床底質(zhì)不被水沖蝕，從而達(dá)到護(hù)底、護(hù)腳、防止淘刷、保護(hù)工程基礎(chǔ)的目的，因此其施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)航道整治工程后期護(hù)岸及丁壩等一系列水工建筑物的穩(wěn)定，如何判斷其施工質(zhì)量好壞呢，其中最主要的一個(gè)指標(biāo)就是排體之間搭接寬度。

長(zhǎng)期以來(lái)，搭接寬度測(cè)量工作都是請(qǐng)第三方檢測(cè)公司以潛水員進(jìn)行水下探摸和水下攝像檢測(cè)方式進(jìn)行檢測(cè)，以視頻記錄的方式對(duì)搭接情況進(jìn)行記錄，然后再來(lái)判定搭接質(zhì)量是否合格。此方法在航道整治工程中應(yīng)用比較廣，探摸結(jié)果也較準(zhǔn)確，對(duì)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果判定有很好的指導(dǎo)作用。

但此方法有幾個(gè)缺點(diǎn)如：①水深超過(guò)10米，流速超過(guò)1.5節(jié)（約0.8米/秒，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)探摸潛水員多年經(jīng)驗(yàn)）；②流向經(jīng)常變動(dòng)的多波束水下對(duì)潛水員下水探摸有作業(yè)危險(xiǎn)；③潛水員需要船舶進(jìn)行搭載，如果水深過(guò)淺，或者地形復(fù)雜有較多不確定性因素，船舶有擱淺危險(xiǎn)，就不能靠近探摸地點(diǎn)進(jìn)行探摸，對(duì)于工期要求較緊的工程就很不利；④雖然探摸結(jié)果準(zhǔn)確，但是由于是工后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，而且有時(shí)由于泥沙淤積，會(huì)對(duì)水下探摸造成較大不便甚至有可能影響到檢測(cè)安全，不能在施工過(guò)程中指導(dǎo)施工，而缺乏時(shí)效性；⑤需要投入船舶機(jī)械和大量人員；⑥檢測(cè)范圍為抽樣檢查，目前全面抽樣頻率基本在10%-15%之間，然后在兩條排布中抽檢兩個(gè)點(diǎn)，這屬于以點(diǎn)代線的抽檢。

為了解決上述問(wèn)題，我們引進(jìn)“水下聲吶”技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐，形成了適合我國(guó)內(nèi)河情況、具有特色的“水下聲納探測(cè)”檢測(cè)工藝。

1“水下聲納探測(cè)”技術(shù)簡(jiǎn)介

2D聲吶探測(cè)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)內(nèi)河水下地形的測(cè)量系統(tǒng)。它與一般聲吶測(cè)深儀一樣，也是利用聲波水底反射來(lái)計(jì)算水深，但不同的是：實(shí)時(shí)監(jiān)控聲吶設(shè)備由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的聲吶波束形成全方位或者某固定扇形角度內(nèi)的掃描完成探測(cè)。它是由一個(gè)繞水平坐標(biāo)軸機(jī)械旋轉(zhuǎn)的水聽(tīng)器組成的，通過(guò)聲吶波束連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一連串微小的角度來(lái)進(jìn)行掃描，每一個(gè)聲吶波束，將返回距離和回波強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以模擬形成水下環(huán)境的聲吶圖像。使操作人員很方便的計(jì)算出相鄰排體搭接距離，而及時(shí)指導(dǎo)施工。

2水下聲納探測(cè)與潛水員下水?dāng)z像相比優(yōu)勢(shì)

（1）全過(guò)程覆蓋，對(duì)兩通條排布的所有搭接位置進(jìn)行覆蓋測(cè)量，比水下攝像檢測(cè)一點(diǎn)代線然后代面的檢測(cè)方法覆蓋率高出許多；

（2）可遠(yuǎn)程監(jiān)控，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，業(yè)主、監(jiān)理、施工單位只要擁有檢測(cè)單位（本文中為武漢長(zhǎng)江航道救撈打撈局，簡(jiǎn)稱(chēng)救撈局）提供的帳號(hào)及密碼就能足不出戶(hù)的實(shí)時(shí)觀看檢測(cè)結(jié)果；

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控，與施工同步檢測(cè)，邊施工邊檢測(cè)，對(duì)施工不產(chǎn)生影響；

（4）成像清晰，聲吶技術(shù)成像清晰，測(cè)量工作直觀簡(jiǎn)單，能讓沒(méi)有水下沉排及測(cè)量經(jīng)驗(yàn)的人很清楚的了解到沉排施工質(zhì)量：

（5）現(xiàn)場(chǎng)只需要一個(gè)人一臺(tái)電腦就能完成測(cè)量工作；

（6）數(shù)據(jù)可靠，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水下聲納探測(cè)數(shù)據(jù)與后期水下潛水?dāng)z像檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，沉排檢驗(yàn)批設(shè)計(jì)搭接寬度為6m，根據(jù)JTS257-2008水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，允許偏差為-0.5B-0.5B（B為搭接寬度），搭接范圍在3-9m為合格。根據(jù)兩種數(shù)據(jù)對(duì)比誤差范圍基本在合理范圍以?xún)?nèi)，檢測(cè)數(shù)據(jù)比較可靠。本工程共沉排面積106wm²，沉排通條196條，水下聲納探測(cè)全覆蓋測(cè)量，水下潛水?dāng)z像檢測(cè)22通條檢測(cè)點(diǎn)44個(gè)點(diǎn)，以下（表1）是部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比。

3“水下聲納探測(cè)”技術(shù)在長(zhǎng)江中游宜昌至昌門(mén)溪河段航道整治一期工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1施工方案

（1）在長(zhǎng)燕八沉排船上排體搭接一側(cè)安裝船舷固定式支架放置探桿，該探桿必須保證在水下較大流速及變向流速影響下不會(huì)發(fā)生太大震動(dòng)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成影響，據(jù)長(zhǎng)航救撈局介紹目前該桿件已經(jīng)能伸長(zhǎng)到15米左右，而昌門(mén)溪項(xiàng)目所用桿件長(zhǎng)只需要2米（如圖1）；

（2）沉排船在沉完一段排體后，在綁系砼塊期間，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控聲吶設(shè)備進(jìn)行掃描，對(duì)水底沉排質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，搭接狀況將直接在沉排船操作室顯示屏上顯示出來(lái)；

（3）測(cè)量員將沉排情況向船長(zhǎng)報(bào)告，船長(zhǎng)根據(jù)沉排搭接情況調(diào)整船舶（如圖2），進(jìn)而達(dá)到沉排施工中過(guò)程控制的目的。

圖2檢測(cè)方案示意圖

3.2操作要點(diǎn)

（1）沉排船應(yīng)同時(shí)安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，人員應(yīng)組織專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)豐富、業(yè)務(wù)精的水下檢測(cè)設(shè)備操作人員。

（2）進(jìn)場(chǎng)后，收集和熟悉沉排軌跡圖；了解和掌握沉排區(qū)域的水深、流速、流向、水下能見(jiàn)度、氣象和泥沙淤積等相關(guān)資料。

（3）確定排體搭接區(qū)域，合理布置監(jiān)控設(shè)備。

（4）根據(jù)檢測(cè)要求，對(duì)監(jiān)控進(jìn)行檢查調(diào)試，使之處于正常狀態(tài)。

（5）沉排過(guò)程中密切關(guān)注聲納設(shè)備掃測(cè)情況，為沉排施工提供監(jiān)控信息，同時(shí)每天向監(jiān)理上報(bào)聲納掃測(cè)照片。

3.3技術(shù)成果處理

水下監(jiān)控工作遵循相關(guān)水下檢測(cè)技術(shù)規(guī)范、要求，檢測(cè)成果將包括水下檢測(cè)報(bào)告、檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)圖片、視頻記錄等。對(duì)于檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷問(wèn)題，及時(shí)與監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計(jì)單位聯(lián)系并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。技術(shù)人員注意保存監(jiān)控資料，提供完整的工程施工管理資料。

3.4技術(shù)前景分析

采用聲納探測(cè)技術(shù)，對(duì)水下隱蔽工程施工質(zhì)量實(shí)時(shí)全方位監(jiān)控，此項(xiàng)聲納探測(cè)技術(shù)的運(yùn)用在航道整治質(zhì)量監(jiān)控方面有了“質(zhì)”的提升。與水下探摸檢測(cè)相比，聲納探測(cè)以“線”的方式進(jìn)行，施工和檢測(cè)同步，施工進(jìn)度和施工質(zhì)量得到較大的提高。目前該技術(shù)已經(jīng)在長(zhǎng)江中游宜昌至昌門(mén)溪河段航道整治過(guò)程中全覆蓋應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果非常理想。

長(zhǎng)航救撈局長(zhǎng)期從事水下測(cè)量的工作人員稱(chēng)，將來(lái)如果水下聲吶檢測(cè)技術(shù)取代水下攝像檢測(cè)技術(shù)，其進(jìn)步不亞于當(dāng)年gps取代全站儀的進(jìn)步。

目前長(zhǎng)航局開(kāi)發(fā)的軟件已經(jīng)能夠?qū)λ鸭臄?shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，分析研究河床演變、壩體變形。

3.5有待解決的問(wèn)題

（1）在河流轉(zhuǎn)彎區(qū)域沉排過(guò)程中難以避免產(chǎn)生水泡，大量水泡聚集將會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果，使測(cè)量結(jié)果不能正常成像。目前只能延長(zhǎng)沉排作業(yè)時(shí)間待氣泡減少后繼續(xù)測(cè)量。

（2）順?biāo)鞒僚牛鬟^(guò)快或者紊亂時(shí)，排布不能及時(shí)著底，卷起的排布容易遮擋探頭，對(duì)測(cè)量結(jié)果不能正常成像。目前只能變更施工工藝改垂直水流沉排解決這一問(wèn)題。

（3）測(cè)量精度誤差率

我們將在后續(xù)工程實(shí)踐中深化研究。

（4）將水下聲吶檢測(cè)技術(shù)形成規(guī)范文件，應(yīng)用于航道整治及其他水工工程的水下檢測(cè)工作。