声纳法在管节沉放实时定位测量中的运用探讨

舒升元

武汉长江航道救助打捞局

声纳法在管节沉放实时定位测量中的运用探讨

舒升元

武汉长江航道救助打捞局

声纳法是一种通过超声波进行定位的测量方式，在管节沉放的过程中通过换能设备发出超声波，进而通过计算其传递设计和传递距离，测量出管节在沉放过程中的准确位置。因此，本文就声纳法在管节沉放实时定位测量中的运用展开分析和讨论。

声纳法；管节沉放；实时定位测量

引言

在管节沉放工程中，实时定位测量直接关系到管节能否实行精准沉放，也是整个管节施工的关键所在。而声纳法在管节沉放过程中，通过换能设备能够在水下进行超声波测量，解决了管节沉放过程中的技术难题，实现管节的精确沉放。

一、管节的形态测量

管节的形态测量是在预制过程中进行的，在制造过程中管节的模板、钢制端壳组装、浇筑混凝土以及管节的拼装等环节都有可能出现一定的误差，因此在管节制造完成之后，需要进行准确的形态检测，防止在管节的三维形态与设计上出现误差。通过检测保证管节的形态真正符合设计需求，一旦发现管节的形态出现较大的误差，则需要及时的进行处理。当测量的关管节符合设计要求时，则需要将测量好管节三维形态数据输入到管节沉放定位程序中，通过系统建立管节沉放模型。由于建立模型之前，管节进行了严格的三维形态测量，因此定位测量的准确度会极大的提升[1]。

在制作管节之前，需要在施工现场的干坞中设置若干个监测点，通常进行管节沉放时，测量点需要在干坞的两侧安装，数量则根据实际情况而定，一般会设置2到3个，然后安装强制对中设备，控制点的坐标将会通过实际测量获得准确的坐标。在管节治制作完成之后，需要在管节两端的钢制外壳中轴线位置做出标记。标记的间隔将根据设计的检测点为准，此外标记的点需要清晰可见，而且不易破坏。

二、声纳装置的位置标定测量

在管节沉放的施工过程中，需要确保声纳换能设备的准确安装和稳定运行。因此声纳换能设备通常会安装在一个特殊的钢制支架上。通常会采用不锈钢来制作支架，在制造的过程中保障支架的刚度和耐腐蚀度。同时严格的把握好支架中心点和声纳换能设备中心点的对应位置。当管节制造完成之后，可以使用预埋件把换能设备的支架放在管节的顶端。通常在进行管节沉放时，需要安装四个支架，管节的前后两端分别安装2个。在全部安装完成之后，可以在管节的后侧一端开始建立沉放坐标系的坐标原点，再通过管节的三维模型数据，计算出管节的局部精确坐标。

三、管节进行沉放的实时定位测量

在管节进行实时沉放测量时，需要一共安装14个换能设备，其中包括在待沉管节的两端位置各安装3个超声波测量设备，共6个换能设备。在已经沉放的管节上，两端各安装4个超声波测量设备，由现场专业的工作人员进行潜水安装检查。保证每个换能设备都已经稳固的安装在管节上，当换能设备安装完成之后需要使用专业的信号输入电缆将设备与测量主机连接，同时电缆需要进行全面的检查，保障在操作过程中不会被破坏[2]。

安装好之后，则开始进行管节沉放。在进行管节沉放的前期阶段，由于已沉管节与待沉管节之间距离较远，因此声纳检测设备无法进行准确的测量，需要使用GPS等设备辅助管节沉放的前期定位。直到管节不断下沉，此时已沉管节和待沉管节之间的距离缩小的10米，则可以开启声纳检测设备进行检测。

在测量过程中，换能设备会发射超声波，当超声波在水下经过折射、反射和衰减之后，会由水下相应的换能设备接收，主机相应则根据超声波的传递时间进行计算，根据管节的坐标以及超声波的传递时间可以计算出已沉管节和待沉管节之间的具体位置，如果计算出现错误则系统会给出警告，根据换能设备的坐标重新确定位置。当测量出具体的管节沉放三维图之后，系统会一直监视管节的沉放情况，当管节到达沉放的临界点时，则系统会给出警告，并开始对管节沉放进行精准操作。

四、测量准确度的研究

（一）外部因素对测量准确度的影响

超声波是一种通过发声体在介质中发出振动进而传播出去的物理现象，由于超声波在水中有着极强的传播能力，因此在水下工程项目中被广泛应用于空间测量以及探测。而由于水中的实际施工环境的不同，使得超声波在水中传递的效果也不相同，因此在使用超声波进行水下检测时，需要对超声波在水中传播规律有着充分的了解，管节超声波测量技术是通过采集超声波在水中的传递时间来计算出管节间的距离。而距离的准确程度直接影响了管节的定位精度。同时，超声波测量还会受到水温因素、盐度因素、水压因素等不同因素的影响。其中水的温度影响最为明显。

（二）设备对测量精度的影响

设备的影响主要在于超声波的发射频率上，在水中超声波的传播速度为1500m/s，因此为了能够将整个测量的精度保持在毫米范围内，需要将检测误差限制在微米层次。因此在使用超声波进行测量时，其频率需要满足于测量距离以及测量精度。

结论

总而言之，超声波在水中具有良好的传播能力，因此可以通过声呐定位的方法进行水下的测量工作，尤其是管节沉放施工中，通过声纳换能设备，可以准确的测量出已沉管节和待沉管节之间的距离，进而通过主机系统的计算，可以准确的测量出管节的位置坐标，实现管节的精确沉放。

[1]吴瑞大,任朝军,吕黄,苏林王.沉管隧道管节沉放施工技术[J].水运工程,2013,05：176-180.

[2]方长远,李惠明,梁国栋,等.管节沉放对接中环境因素对声呐测距精度的影响[J].水运工程,2013,04：42-45+68.

舒升元（1970-），男，湖北监利人，本科，工程师，港口与航道工程。