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      聲納法在管節(jié)沉放實時定位測量中的運用探討

      2017-01-28 09:07:31舒升元
      科學(xué)中國人 2017年24期
      關(guān)鍵詞:聲納管節(jié)超聲波

      舒升元

      武漢長江航道救助打撈局

      聲納法在管節(jié)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(jié)沉放的過程中通過換能設(shè)備發(fā)出超聲波,進而通過計算其傳遞設(shè)計和傳遞距離,測量出管節(jié)在沉放過程中的準(zhǔn)確位置。因此,本文就聲納法在管節(jié)沉放實時定位測量中的運用展開分析和討論。

      聲納法;管節(jié)沉放;實時定位測量

      引言

      在管節(jié)沉放工程中,實時定位測量直接關(guān)系到管節(jié)能否實行精準(zhǔn)沉放,也是整個管節(jié)施工的關(guān)鍵所在。而聲納法在管節(jié)沉放過程中,通過換能設(shè)備能夠在水下進行超聲波測量,解決了管節(jié)沉放過程中的技術(shù)難題,實現(xiàn)管節(jié)的精確沉放。

      一、管節(jié)的形態(tài)測量

      管節(jié)的形態(tài)測量是在預(yù)制過程中進行的,在制造過程中管節(jié)的模板、鋼制端殼組裝、澆筑混凝土以及管節(jié)的拼裝等環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)一定的誤差,因此在管節(jié)制造完成之后,需要進行準(zhǔn)確的形態(tài)檢測,防止在管節(jié)的三維形態(tài)與設(shè)計上出現(xiàn)誤差。通過檢測保證管節(jié)的形態(tài)真正符合設(shè)計需求,一旦發(fā)現(xiàn)管節(jié)的形態(tài)出現(xiàn)較大的誤差,則需要及時的進行處理。當(dāng)測量的關(guān)管節(jié)符合設(shè)計要求時,則需要將測量好管節(jié)三維形態(tài)數(shù)據(jù)輸入到管節(jié)沉放定位程序中,通過系統(tǒng)建立管節(jié)沉放模型。由于建立模型之前,管節(jié)進行了嚴格的三維形態(tài)測量,因此定位測量的準(zhǔn)確度會極大的提升[1]。

      在制作管節(jié)之前,需要在施工現(xiàn)場的干塢中設(shè)置若干個監(jiān)測點,通常進行管節(jié)沉放時,測量點需要在干塢的兩側(cè)安裝,數(shù)量則根據(jù)實際情況而定,一般會設(shè)置2到3個,然后安裝強制對中設(shè)備,控制點的坐標(biāo)將會通過實際測量獲得準(zhǔn)確的坐標(biāo)。在管節(jié)治制作完成之后,需要在管節(jié)兩端的鋼制外殼中軸線位置做出標(biāo)記。標(biāo)記的間隔將根據(jù)設(shè)計的檢測點為準(zhǔn),此外標(biāo)記的點需要清晰可見,而且不易破壞。

      二、聲納裝置的位置標(biāo)定測量

      在管節(jié)沉放的施工過程中,需要確保聲納換能設(shè)備的準(zhǔn)確安裝和穩(wěn)定運行。因此聲納換能設(shè)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(shè)備中心點的對應(yīng)位置。當(dāng)管節(jié)制造完成之后,可以使用預(yù)埋件把換能設(shè)備的支架放在管節(jié)的頂端。通常在進行管節(jié)沉放時,需要安裝四個支架,管節(jié)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(jié)的后側(cè)一端開始建立沉放坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點,再通過管節(jié)的三維模型數(shù)據(jù),計算出管節(jié)的局部精確坐標(biāo)。

      三、管節(jié)進行沉放的實時定位測量

      在管節(jié)進行實時沉放測量時,需要一共安裝14個換能設(shè)備,其中包括在待沉管節(jié)的兩端位置各安裝3個超聲波測量設(shè)備,共6個換能設(shè)備。在已經(jīng)沉放的管節(jié)上,兩端各安裝4個超聲波測量設(shè)備,由現(xiàn)場專業(yè)的工作人員進行潛水安裝檢查。保證每個換能設(shè)備都已經(jīng)穩(wěn)固的安裝在管節(jié)上,當(dāng)換能設(shè)備安裝完成之后需要使用專業(yè)的信號輸入電纜將設(shè)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(jié)沉放。在進行管節(jié)沉放的前期階段,由于已沉管節(jié)與待沉管節(jié)之間距離較遠,因此聲納檢測設(shè)備無法進行準(zhǔn)確的測量,需要使用GPS等設(shè)備輔助管節(jié)沉放的前期定位。直到管節(jié)不斷下沉,此時已沉管節(jié)和待沉管節(jié)之間的距離縮小的10米,則可以開啟聲納檢測設(shè)備進行檢測。

      在測量過程中,換能設(shè)備會發(fā)射超聲波,當(dāng)超聲波在水下經(jīng)過折射、反射和衰減之后,會由水下相應(yīng)的換能設(shè)備接收,主機相應(yīng)則根據(jù)超聲波的傳遞時間進行計算,根據(jù)管節(jié)的坐標(biāo)以及超聲波的傳遞時間可以計算出已沉管節(jié)和待沉管節(jié)之間的具體位置,如果計算出現(xiàn)錯誤則系統(tǒng)會給出警告,根據(jù)換能設(shè)備的坐標(biāo)重新確定位置。當(dāng)測量出具體的管節(jié)沉放三維圖之后,系統(tǒng)會一直監(jiān)視管節(jié)的沉放情況,當(dāng)管節(jié)到達沉放的臨界點時,則系統(tǒng)會給出警告,并開始對管節(jié)沉放進行精準(zhǔn)操作。

      四、測量準(zhǔn)確度的研究

      (一)外部因素對測量準(zhǔn)確度的影響

      超聲波是一種通過發(fā)聲體在介質(zhì)中發(fā)出振動進而傳播出去的物理現(xiàn)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(yīng)用于空間測量以及探測。而由于水中的實際施工環(huán)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(guī)律有著充分的了解,管節(jié)超聲波測量技術(shù)是通過采集超聲波在水中的傳遞時間來計算出管節(jié)間的距離。而距離的準(zhǔn)確程度直接影響了管節(jié)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(shè)備對測量精度的影響

      設(shè)備的影響主要在于超聲波的發(fā)射頻率上,在水中超聲波的傳播速度為1500m/s,因此為了能夠?qū)⒄麄€測量的精度保持在毫米范圍內(nèi),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(jié)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(jié)沉放施工中,通過聲納換能設(shè)備,可以準(zhǔn)確的測量出已沉管節(jié)和待沉管節(jié)之間的距離,進而通過主機系統(tǒng)的計算,可以準(zhǔn)確的測量出管節(jié)的位置坐標(biāo),實現(xiàn)管節(jié)的精確沉放。

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

      [2]方長遠,李惠明,梁國棟,等.管節(jié)沉放對接中環(huán)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(jiān)利人,本科,工程師,港口與航道工程。

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