舒升元

武漢長江航道救助打撈局

聲納法在管節沉放實時定位測量中的運用探討

舒升元

武漢長江航道救助打撈局

聲納法是一種通過超聲波進行定位的測量方式，在管節沉放的過程中通過換能設備發出超聲波，進而通過計算其傳遞設計和傳遞距離，測量出管節在沉放過程中的準確位置。因此，本文就聲納法在管節沉放實時定位測量中的運用展開分析和討論。

聲納法；管節沉放；實時定位測量

引言

在管節沉放工程中，實時定位測量直接關系到管節能否實行精準沉放，也是整個管節施工的關鍵所在。而聲納法在管節沉放過程中，通過換能設備能夠在水下進行超聲波測量，解決了管節沉放過程中的技術難題，實現管節的精確沉放。

一、管節的形態測量

管節的形態測量是在預制過程中進行的，在制造過程中管節的模板、鋼制端殼組裝、澆筑混凝土以及管節的拼裝等環節都有可能出現一定的誤差，因此在管節制造完成之后，需要進行準確的形態檢測，防止在管節的三維形態與設計上出現誤差。通過檢測保證管節的形態真正符合設計需求，一旦發現管節的形態出現較大的誤差，則需要及時的進行處理。當測量的關管節符合設計要求時，則需要將測量好管節三維形態數據輸入到管節沉放定位程序中，通過系統建立管節沉放模型。由于建立模型之前，管節進行了嚴格的三維形態測量，因此定位測量的準確度會極大的提升[1]。

在制作管節之前，需要在施工現場的干塢中設置若干個監測點，通常進行管節沉放時，測量點需要在干塢的兩側安裝，數量則根據實際情況而定，一般會設置2到3個，然后安裝強制對中設備，控制點的坐標將會通過實際測量獲得準確的坐標。在管節治制作完成之后，需要在管節兩端的鋼制外殼中軸線位置做出標記。標記的間隔將根據設計的檢測點為準，此外標記的點需要清晰可見，而且不易破壞。

二、聲納裝置的位置標定測量

在管節沉放的施工過程中，需要確保聲納換能設備的準確安裝和穩定運行。因此聲納換能設備通常會安裝在一個特殊的鋼制支架上。通常會采用不銹鋼來制作支架，在制造的過程中保障支架的剛度和耐腐蝕度。同時嚴格的把握好支架中心點和聲納換能設備中心點的對應位置。當管節制造完成之后，可以使用預埋件把換能設備的支架放在管節的頂端。通常在進行管節沉放時，需要安裝四個支架，管節的前后兩端分別安裝2個。在全部安裝完成之后，可以在管節的后側一端開始建立沉放坐標系的坐標原點，再通過管節的三維模型數據，計算出管節的局部精確坐標。

三、管節進行沉放的實時定位測量

在管節進行實時沉放測量時，需要一共安裝14個換能設備，其中包括在待沉管節的兩端位置各安裝3個超聲波測量設備，共6個換能設備。在已經沉放的管節上，兩端各安裝4個超聲波測量設備，由現場專業的工作人員進行潛水安裝檢查。保證每個換能設備都已經穩固的安裝在管節上，當換能設備安裝完成之后需要使用專業的信號輸入電纜將設備與測量主機連接，同時電纜需要進行全面的檢查，保障在操作過程中不會被破壞[2]。

安裝好之后，則開始進行管節沉放。在進行管節沉放的前期階段，由于已沉管節與待沉管節之間距離較遠，因此聲納檢測設備無法進行準確的測量，需要使用GPS等設備輔助管節沉放的前期定位。直到管節不斷下沉，此時已沉管節和待沉管節之間的距離縮小的10米，則可以開啟聲納檢測設備進行檢測。

在測量過程中，換能設備會發射超聲波，當超聲波在水下經過折射、反射和衰減之后，會由水下相應的換能設備接收，主機相應則根據超聲波的傳遞時間進行計算，根據管節的坐標以及超聲波的傳遞時間可以計算出已沉管節和待沉管節之間的具體位置，如果計算出現錯誤則系統會給出警告，根據換能設備的坐標重新確定位置。當測量出具體的管節沉放三維圖之后，系統會一直監視管節的沉放情況，當管節到達沉放的臨界點時，則系統會給出警告，并開始對管節沉放進行精準操作。

四、測量準確度的研究

（一）外部因素對測量準確度的影響

超聲波是一種通過發聲體在介質中發出振動進而傳播出去的物理現象，由于超聲波在水中有著極強的傳播能力，因此在水下工程項目中被廣泛應用于空間測量以及探測。而由于水中的實際施工環境的不同，使得超聲波在水中傳遞的效果也不相同，因此在使用超聲波進行水下檢測時，需要對超聲波在水中傳播規律有著充分的了解，管節超聲波測量技術是通過采集超聲波在水中的傳遞時間來計算出管節間的距離。而距離的準確程度直接影響了管節的定位精度。同時，超聲波測量還會受到水溫因素、鹽度因素、水壓因素等不同因素的影響。其中水的溫度影響最為明顯。

（二）設備對測量精度的影響

設備的影響主要在于超聲波的發射頻率上，在水中超聲波的傳播速度為1500m/s，因此為了能夠將整個測量的精度保持在毫米范圍內，需要將檢測誤差限制在微米層次。因此在使用超聲波進行測量時，其頻率需要滿足于測量距離以及測量精度。

結論

總而言之，超聲波在水中具有良好的傳播能力，因此可以通過聲吶定位的方法進行水下的測量工作，尤其是管節沉放施工中，通過聲納換能設備，可以準確的測量出已沉管節和待沉管節之間的距離，進而通過主機系統的計算，可以準確的測量出管節的位置坐標，實現管節的精確沉放。

[1]吳瑞大,任朝軍,呂黃,蘇林王.沉管隧道管節沉放施工技術[J].水運工程,2013,05：176-180.

[2]方長遠,李惠明,梁國棟,等.管節沉放對接中環境因素對聲吶測距精度的影響[J].水運工程,2013,04：42-45+68.

舒升元（1970-），男，湖北監利人，本科，工程師，港口與航道工程。