声呐技术在航道整治中的应用
董足熙 胡佳俊
摘要：针对内河航道整治工程中水下沉排工序搭接宽度质量检测方法，检测质量、检测时效性进行分析比较。利用声纳探测技术，对水下隐蔽工程施工质量实时全方位监控，此项声纳探测技术的运用在航道整治质量监控方面有了较大的提升。与水下探摸检测相比，声纳探测以线的方式进行，施工和检测同步，施工进度和施工质量得到较大的提高。
关键词：航道；沉排；下水声呐探测；检测
中图分类号：U618 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）03-0054-02
内河航道整治工程中水下沉排工序是不可缺少的一个基本环节。水上沉排的主要作用是保护铺设范围内的河床底质不被水冲蚀，从而达到护底、护脚、防止淘刷、保护工程基础的目的，因此其施工质量关系到整个航道整治工程后期护岸及丁坝等一系列水工建筑物的稳定，如何判断其施工质量好坏呢，其中最主要的一个指标就是排体之间搭接宽度。
长期以来，搭接宽度测量工作都是请第三方检测公司以潜水员进行水下探摸和水下摄像检测方式进行检测，以视频记录的方式对搭接情况进行记录，然后再来判定搭接质量是否合格。此方法在航道整治工程中应用比较广，探摸结果也较准确，对质量检测结果判定有很好的指导作用。
但此方法有几个缺点如：①水深超过10米，流速超过1.5节（约0.8米/秒，据现场探摸潜水员多年经验）；②流向经常变动的多波束水下对潜水员下水探摸有作业危险；③潜水员需要船舶进行搭载，如果水深过浅，或者地形复杂有较多不确定性因素，船舶有搁浅危险，就不能靠近探摸地点进行探摸，对于工期要求较紧的工程就很不利；④虽然探摸结果准确，但是由于是工后检测发现，而且有时由于泥沙淤积，会对水下探摸造成较大不便甚至有可能影响到检测安全，不能在施工过程中指导施工，而缺乏时效性；⑤需要投入船舶机械和大量人员；⑥检测范围为抽样检查，目前全面抽样频率基本在10%-15%之间，然后在两条排布中抽检两个点，这属于以点代线的抽检。
为了解决上述问题，我们引进“水下声呐”技术进行实践，形成了适合我国内河情况、具有特色的“水下声纳探测”检测工艺。
1“水下声纳探测”技术简介
2D声呐探测是专门针对内河水下地形的测量系统。它与一般声呐测深仪一样，也是利用声波水底反射来计算水深，但不同的是：实时监控声呐设备由机械转动的声呐波束形成全方位或者某固定扇形角度内的扫描完成探测。它是由一个绕水平坐标轴机械旋转的水听器组成的，通过声呐波束连续转动一连串微小的角度来进行扫描，每一个声呐波束，将返回距离和回波强度的数据，根据这些数据可以模拟形成水下环境的声呐图像。使操作人员很方便的计算出相邻排体搭接距离，而及时指导施工。
2水下声纳探测与潜水员下水摄像相比优势
（1）全过程覆盖，对两通条排布的所有搭接位置进行覆盖测量，比水下摄像检测一点代线然后代面的检测方法覆盖率高出许多；
（2）可远程监控，测量数据通过网络进行传递，业主、监理、施工单位只要拥有检测单位（本文中为武汉长江航道救捞打捞局，简称救捞局）提供的帐号及密码就能足不出户的实时观看检测结果；
（3）实时监控，与施工同步检测，边施工边检测，对施工不产生影响；
（4）成像清晰，声呐技术成像清晰，测量工作直观简单，能让没有水下沉排及测量经验的人很清楚的了解到沉排施工质量：
（5）现场只需要一个人一台电脑就能完成测量工作；
（6）数据可靠，根据现场水下声纳探测数据与后期水下潜水摄像检测数据对比分析，沉排检验批设计搭接宽度为6m，根据JTS257-2008水运工程质量检验标准，允许偏差为-0.5B-0.5B（B为搭接宽度），搭接范围在3-9m为合格。根据两种数据对比误差范围基本在合理范围以内，检测数据比较可靠。本工程共沉排面积106wm2，沉排通条196条，水下声纳探测全覆盖测量，水下潜水摄像检测22通条检测点44个点，以下（表1）是部分数据对比。
3“水下声纳探测”技术在长江中游宜昌至昌门溪河段航道整治一期工程现场应用
3.1施工方案
（1）在长燕八沉排船上排体搭接一侧安装船舷固定式支架放置探杆，该探杆必须保证在水下较大流速及变向流速影响下不会发生太大震动，对测量数据造成影响，据长航救捞局介绍目前该杆件已经能伸长到15米左右，而昌门溪项目所用杆件长只需要2米（如图1）；
（2）沉排船在沉完一段排体后，在绑系砼块期间，通过实时监控声呐设备进行扫描，对水底沉排质量数据实时采集，搭接状况将直接在沉排船操作室显示屏上显示出来；
（3）测量员将沉排情况向船长报告，船长根据沉排搭接情况调整船舶（如图2），进而达到沉排施工中过程控制的目的。
图2检测方案示意图
3.2操作要点
（1）沉排船应同时安装实时监控设备，人员应组织专业性强、经验丰富、业务精的水下检测设备操作人员。
（2）进场后，收集和熟悉沉排轨迹图；了解和掌握沉排区域的水深、流速、流向、水下能见度、气象和泥沙淤积等相关资料。
（3）确定排体搭接区域，合理布置监控设备。
（4）根据检测要求，对监控进行检查调试，使之处于正常状态。
（5）沉排过程中密切关注声纳设备扫测情况，为沉排施工提供监控信息，同时每天向监理上报声纳扫测照片。
3.3技术成果处理
水下监控工作遵循相关水下检测技术规范、要求，检测成果将包括水下检测报告、检测现场图片、视频记录等。对于检测过程中发现的质量缺陷问题，及时与监理、業主及设计单位联系并采取相应措施进行处理。技术人员注意保存监控资料，提供完整的工程施工管理资料。
3.4技术前景分析
采用声纳探测技术，对水下隐蔽工程施工质量实时全方位监控，此项声纳探测技术的运用在航道整治质量监控方面有了“质”的提升。与水下探摸检测相比，声纳探测以“线”的方式进行，施工和检测同步，施工进度和施工质量得到较大的提高。目前该技术已经在长江中游宜昌至昌门溪河段航道整治过程中全覆盖应用，应用结果非常理想。
长航救捞局长期从事水下测量的工作人员称，将来如果水下声呐检测技术取代水下摄像检测技术，其进步不亚于当年gps取代全站仪的进步。
目前长航局开发的软件已经能够对搜集的数据进行系统分析，分析研究河床演变、坝体变形。
3.5有待解决的问题
（1）在河流转弯区域沉排过程中难以避免产生水泡，大量水泡聚集将会严重影响测量结果，使测量结果不能正常成像。目前只能延长沉排作业时间待气泡减少后继续测量。
（2）顺水流沉排，水流过快或者紊乱时，排布不能及时着底，卷起的排布容易遮挡探头，对测量结果不能正常成像。目前只能变更施工工艺改垂直水流沉排解决这一问题。
（3）测量精度误差率
我们将在后续工程实践中深化研究。
（4）将水下声呐检测技术形成规范文件，应用于航道整治及其他水工工程的水下检测工作。
