張瑩 康路遙 許吉羊

摘 要：隨著我國航道的飛速發(fā)展，航道工程建設(shè)規(guī)模、投資力度達到歷史新高度。為保障航道整治建筑物工程質(zhì)量，總結(jié)近年來航道整治建筑物水下檢測最新發(fā)展成果，本文從原理、適用性等角度出發(fā)，介紹主要檢測方法及特點，為現(xiàn)階段的檢測工作提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：航道整治建筑物;水下檢測;工程質(zhì)量

中圖分類號：U617.9? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0130-03

1引言

航道整治建筑物一般位于迎流頂沖部位，隨著河床變化以及水流沖刷，建筑物周邊易毀損。如不能發(fā)現(xiàn)其損毀，及時采取維修措施，則損毀將進一步加劇，最終影響航道整治建筑物整治功能的發(fā)揮，且維護成本會大大增加，因此定期對航道整治建筑物進行檢測顯得尤為重要。本文特對現(xiàn)有主要航道整治建筑物水下檢測方法進行分析總結(jié)，為檢測人員制定檢測方案提供依據(jù)。

2航道整治建筑物水下檢測方法

2.1水下探摸攝像檢測方法

水下探摸攝像檢測方法是通過搭建攝像平臺，連接攝像機與水下電視，水面操作人員根據(jù)監(jiān)控電視系統(tǒng)指揮潛水員，順定位軌跡進行檢測作業(yè)，潛水員與水上操作人員通報水下具體情況，并進行水下攝像取樣。如遇被沙淤埋的情況，用高壓水槍沖沙清理干凈后再進行攝像作業(yè)。潛水員根據(jù)本次檢測的實際情況，做出客觀具體的潛水檢測報告。檢測員再結(jié)合檢測報告，組織整理相關(guān)材料，提供準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。

水下攝像系統(tǒng)檢測優(yōu)點是較為直觀，能夠清楚看到水底構(gòu)筑物狀態(tài)，潛水員可在水下進行障礙物清除等簡單的施工作業(yè)。其缺點是檢測受流速、水深、水質(zhì)狀況、構(gòu)筑物淤埋情況等多種條件限制。

2.2二維圖像聲吶檢測法

二維圖像聲吶檢測法是通過發(fā)射聲波在物體或河床表面發(fā)生吸收、反射及散射，部分散射能量沿發(fā)射方向返回換能器處而被接收，聲吶探頭以一定角速度繞豎直軸步進旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)重復(fù)聲波的發(fā)射和接收，從而實現(xiàn)對周圍一定角度范圍內(nèi)目標(biāo)的掃描探測?；诙S掃描聲吶圖像可開展水下目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、屬性定性判讀、簡單距離量測工作。

二維圖像聲吶檢測優(yōu)點是采用靜態(tài)旋轉(zhuǎn)掃描模式，在相同作業(yè)條件下實現(xiàn)對同一目標(biāo)的多次掃描，適合于水下目標(biāo)實時動態(tài)檢測。通過GPS和羅經(jīng)等設(shè)備實現(xiàn)聲吶探頭的絕對定位，從而實現(xiàn)多站二維掃描圖像的地理鑲嵌，可進行水下目標(biāo)分布范圍的檢測。

二維圖像聲吶檢測缺點，航道整治構(gòu)筑物一般范圍較大，聲吶設(shè)備有效作業(yè)半徑多小于100m，大區(qū)域成圖時需要多站掃描拼接。受旋轉(zhuǎn)步進角度的限制，二維掃描圖像并非等分辨率成圖，其成圖綜合分辨率多為分米級，形成的圖像為二維平面投影圖像，無法反饋構(gòu)筑物的立體形態(tài)。單站測量時，要求整個掃描過程處于同一測量基準(zhǔn)下，施測過程對平臺穩(wěn)定性要求較高。且構(gòu)筑物淤埋情況下無法使用二維圖像聲吶檢測。

2.3三維圖像聲吶檢測法

三維圖像聲吶系統(tǒng)又稱水下三維全景成像聲吶系統(tǒng)，該系統(tǒng)可生成水下地形、結(jié)構(gòu)和目標(biāo)物的高分辨圖像。三維圖像聲吶通過聲學(xué)閃耀陣列將不同頻率聲波按一定的角度輻射形成扇面，不同頻率對應(yīng)不同的輻射角度，聲波經(jīng)目標(biāo)反射后被聲學(xué)接收器所接收。

三維圖像聲吶在30m范圍內(nèi)，其長度誤差在4cm以內(nèi)，角度誤差在1°以內(nèi)，球形掃測一圈大約在6min-12min左右，適用于小范圍定點靜態(tài)掃描，所成圖像為三維立體圖像，對細節(jié)識別度高。三維圖像聲吶缺點是掃測范圍小，對整治建筑物整體狀態(tài)檢測較為困難，需設(shè)置多個測點，拼圖數(shù)據(jù)量和工作量大。單站測量時，要求整個掃描過程處于同一測量基準(zhǔn)下，施測過程對平臺穩(wěn)定性要求較高，且同樣對有淤埋構(gòu)筑物無法檢測。

2.4多波束檢測法

多波束測深系統(tǒng)由波束換能器陣、波束空間位置傳感器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等三部分組成。該系統(tǒng)通過發(fā)射和接受聲波，獲得波束到達水底的時間，計算水深值。其主要用于對水下地形地貌進行大范圍全覆蓋測量及水下實時聲納三維圖像顯示，可直觀地看到水下的地形起伏、沖淤情況以及護岸工程的效果。

多波束測深系統(tǒng)適用于大范圍走航掃測，掃測精度高，掃測成圖為三維圖像，以廣泛用于航道整治建筑物的檢測和航道水底地形的掃測，并且對細節(jié)識別度較高，可以對船舶姿態(tài)的影響進行修正。多波束測深系統(tǒng)的缺點是價格高昂，配套設(shè)備較多，安裝復(fù)雜費時，只能檢測江底表面的狀態(tài)，不能檢測淤埋的整治建筑物和沉船。

2.5三維高分辨率多道纜地層剖面系統(tǒng)檢測法

三維高分辨率多道纜地層剖面系統(tǒng)由電源箱、震源、水聽器纜、采集單元這幾個主要部分組成。完整的系統(tǒng)可以應(yīng)用于淡水或海水環(huán)境下獲取高分辨率三維地震數(shù)據(jù)，穿透能力可達到湖、河床下面約300m的深度，這種對地層的穿透能力是淺地層剖面儀所不能達到的，在對剖深和分辨率有更高要求時，絕大多數(shù)使用者都會選擇利用電火花剖面系統(tǒng)來進行工作。

不同于普通淺水電火花系統(tǒng)，三維電火花地層剖面系統(tǒng)能夠提供的是三維底層沉積及掩埋物體圖像。該功能主要針對的是對埋在水底下面的目標(biāo)的探測，例如管道、錨鏈、鐵錨及沉船等。因為該類目標(biāo)在實時二維圖像中，往往需要多年的經(jīng)驗進行判斷，或者只有在進行了多條測線的測量后，才能夠通過某些特定軟件進行數(shù)據(jù)處理，得到相對確定的判斷。但三維電火花剖面系統(tǒng)，能夠幫助沒有多年經(jīng)驗的使用者，得到直觀的水底埋藏目標(biāo)的圖像。

該系統(tǒng)可以應(yīng)用于湖泊與江河勘測、港口勘測、水利工程，橋梁、路由管道、風(fēng)電項目勘察，掩埋礫石清理，航道危險障礙物調(diào)查等項目中。三維電火花系統(tǒng)要求船至少有25-35m長和6-8m寬。船只尾部固定兩個伸出船側(cè)的支架，支架需要約6m長，具體長度根據(jù)船只情況確定。船只運行時的噪音與運行時的動力成正比，因此建議使用低功率，一臺低轉(zhuǎn)速推進器。為了方便布放地震纜絞車和兩個震源，船只后甲板應(yīng)有最少25-30m2空間。2臺高壓電源箱、2臺采集系統(tǒng)和地震纜定位系統(tǒng)需要在測量室內(nèi)留出約20m2空間。

相較于其他檢測方法，三維電火花系統(tǒng)檢測能穿透地層，對一定深度的水底地層形成三維圖形，通過切片分析可以探知淤埋整治構(gòu)筑物和沉船情況。其具有成像立體，精確度更高，易分辨目標(biāo)物等優(yōu)點。但三維電火花安裝較為復(fù)雜，價格高昂，作業(yè)難度大，且數(shù)據(jù)后處理耗時較長。

3結(jié)語

隨著社會的發(fā)展，人們對航道整治建筑物工程質(zhì)量要求越來越高，合理規(guī)范應(yīng)用各類水下檢測手段，對施工質(zhì)量進行有效監(jiān)控和檢測將成為工程中的頭等大事。在檢測前期，檢測人員應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場情況、各類檢測方法的特點綜合考慮，制定檢測方案。對于檢測情況較為復(fù)雜的項目可采用多種檢測方法組合的方式進行檢測，以提高檢測效率及質(zhì)量。

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