施工单元组织对该 管线 探测设施 浅剖仪采用

发布日期:2019-09-10       浏览人数:

  浅地层剖面仪正在妨碍物探测中的使用 杨仁辉 (中交广州航道局无限公司 广州 510220) 内容摘要:目前有多种妨碍物的探测手段,包罗多波束、侧扫声纳、 海洋磁力、浅地层剖面法、拖底扫海和人工探摸等。浅地层剖面法可 以对浅地层埋藏妨碍物进行探测,选择窄脉冲、高频次并采用婚配滤 波手艺(Chirp)的浅地层剖面仪,采纳一些需要的方式和前提,可 以取得比力对劲的探测成果。 环节词:妨碍物;浅地层剖面仪;反射系数;分辩率;天然气管线 媒介 正在石油天然气开采、管线铺设、航道开挖、船埠、桥梁等海洋工 程项目施工区域内,经常存正在诸如沉船、礁石、管线、残留物体等影 响设想施工的妨碍物。这些妨碍物需要正在设想施工前进行探测,摸清 妨碍物的类型和分布,采纳无效的办法进行规避或断根。目前,有多 种妨碍物探测的手段,包罗多波束、侧扫声纳、海洋磁力、浅地层剖 面法、拖底扫海和人工探摸等。每一种探测方式都存正在长处和不脚, 纯真依托一种方式无法对妨碍物进行全面的探测, 凡是做法是按照区 域特点分析多种手段实施功课的。 但前述这些手段中大大都都是针对 表层妨碍物,只要浅地层剖面法能够开展浅地层内的妨碍物探测。基 于道理和方针的分歧, 浅地层剖面法对妨碍物的探测有着相对特殊的 使用方式。 2 浅地层剖面仪道理 浅地层剖面仪(以下简称浅剖仪)又称次海底剖面仪,它是研究 海底各层形态构制和其厚度的无效东西, 其工做道理取反响测深仪相 同[1]。浅剖仪一般由收发机、换能器、电源等构成,换能器周期性向 海底发射低频声波信号,声波碰到海底地层界面时发生反射信号,经 收发机领受处置绘制成海底地层剖面图像。 浅地层剖面法长处是正在同 一剖面上能快速不间断地进行扫描探测, 对于有必然规模的妨碍物的 探测,无论其能否有保护,探测结果都较好,一般常用浅地层剖面法 探测妨碍物以供给精确的平面及埋深[2]。 图 2-1 浅剖仪工做示企图 2.1 反射系数 因为声波的海底反射能量大小由反射系数(R)决定,反射系数 R 为: R=ρ2v2+ρ1v1[3] ρ1 V1,ρ2 V2 别离暗示一、二层介质的密度和声速,ρV 称为声阻 率,简单地说,海底相邻两层存正在必然声阻率量差,就能正在剖面仪显 示器上反映两相邻的界面线, 并能别离显示两层堆积物的性质图像特 性差别。 2.2 分辩率 浅剖仪的分辩率分为垂曲分辩率和程度分辩率,垂曲分辩率指正在 纵向上能分辩岩层的最小厚度,横向分辩率指正在横向上确定地质体 (如断层点、尖灭点)和鸿沟的切确程度[4]。 垂曲分辩率取反射脉冲宽度相关: 垂曲分辩率=2 Cτ 式中: C:声速 τ:脉冲宽度 正在特定区域内地层的声速是固定的, 所以要获得高垂曲分辩率就要使 用窄的脉冲宽度,而脉冲宽渡过窄会影响穿透深度。所以目前大都浅 剖仪都采用婚配滤波手艺(Chirp) ,既获得较窄的脉冲宽度垂曲 分辩率又能穿透较深的地层。 1 ρ2v2-ρ1v1 程度分辩率取决于第一菲涅尔带的宽度。 第一菲涅尔带对程度分辩率 影响要素是这个带的半径大小,其半径 R 可由下式暗示: R= 1 2 v( ) t f 1 2 式中:t:达到反射体的时间(s) V:声源取反射体之间介质的平均速度(m/s) f: 声波信号的频次(Hz) 菲涅尔带是一个圆弧带,核心距这个带的边缘是 1/4λ,R 小,剖面 声图能反映探测反射界面的小隆起和凹陷形态;R 大,剖面声图不克不及 反映出所探测反射界面的小隆起和小凹陷地貌形态。 3 使用阐发 利用浅剖仪探测妨碍物次要关心问题正在于两点,一是对妨碍物图 像识别;二是对妨碍物确定。 按照浅剖仪的道理,妨碍物的成像起首取决于妨碍物取四周地层 的声阻率,声阻率越大图像边界就越较着;其次取决于仪器分辩率, 分辩率越好能识此外妨碍物的尺寸越小。 妨碍物简直定次要取决 于程度分辩率,因为定位仪器的精度是相对不变的,所以程度分辩率 越高定位半径越小,越精确。所以正在浅剖仪的选择上应偏沉于窄 脉冲、高频次并采用婚配滤波手艺(Chirp)的仪器。好比 TELEDYNE 公司的 ChirpⅢ浅地层剖面仪,采用婚配滤波手艺(Chirp) ,有两种 换能器选择,2-7kHz 和 10-20kHz,表 3-1 为计较获得的参数。 图 3-1 ChirpⅢ浅地层剖面仪 ChirpⅢ浅地层剖面仪计较参数 参数 分辩率 穿透性 垂曲 程度 0.34cm 泥沙30m 高频传感器 10kHz 7.5cm 0.24cm 20kHz 表 3-1 低频传感器 2kHz 15cm 0.75cm 泥沙50m 0.4cm 7kHz 申明:声速采用1500m/s,程度分辩率为第一菲涅尔带半径,穿透性为厂家数据。 别的正在利用浅剖仪进行探测时还该当留意以下几点: ⑴ 采用旁挂式安拆,避免拖曳式安拆带来的误差; ⑵ 采用高平潮时段进行功课,气候情况优良,换能器远离策动 机,船速连结正在 4 节以下,避免功课船姿势和混响影响; ⑶ 正在对特定妨碍物探测时, 应尽量横切妨碍物。 对功课区域扫测时, 应垂曲潮水标的目的功课; ⑷ 判图时定位点应选择正在绕射图像极点。 4 案例阐发 4.1 天燃气管线探测 航道疏浚、船埠施工等水运工程扶植项目经常会管线由这 类妨碍物,管线经常会横贯整个施工区域。油气管线、海底电缆等具 有很是主要的社会经济价值, 一旦必然形成十分严沉的经济丧失 和平安变乱。所以设想施工前对管线由的探测就显得很主要,此中 部门担线是埋藏于海底以下,这就需要利用到浅剖仪。 珠江口某航道需要进行疏浚,某天燃气管线取该航道订交, 为了避免疏浚施工过程中对天燃气管线形成, 施工单元组织对该 管线 探测设备 浅剖仪采用 Syqwest 公司的 StrataBox3510,这是是一款便携式 的水下地层成像系统,系统包罗从机、换能器和数据采集计较机,它 能以 6cm 的分辩率穿透水下地层 40m 深度。定位 DGPS 采用天宝 DSM232,测深采用 HY1600 单频测深仪。 图 4-1-1STRATABOX 系统构成 浅剖仪器支架固定安拆正在船舷, DGPS 天线固定正在安拆支架上,取 Stratabox 换能器处正在不异的平面上。 图 4-1-2 物探仪器安拆图 4.1.2 查询拜访过程 查询拜访体例是走航式, 按照规范要求 50m 的间隔垂曲管道布设了 21 条长度 500m 的测线 节摆布,正在逾越管道时,船 速不大于 1 节, HY1600 数字测深仪进行了同步测深。因为查询拜访期 间的海况较差,查询拜访船很难沿打算测线丈量,同时也不成以或许很好地控 制船速,第一航次丈量的成果不是十分抱负。为了精确地探明海管跨 越航道的情况,放置了第 2 航次地质勘测,采用高平潮时段施测, 取得了较好的结果。 图 4-1-3 天然气管线 阐发 浅地层剖面仪探测时,因为石块和碎石层对声波的强反射,曲径 达 330cm—380cm、 厚度约 1m 的石块层对地动探测的声波有屏障感化 (声波无法穿透石块) ,因而,用地动探测海底管线具体的难度 较大,地动只可以或许探测到石块的顶面,此外正在声学图像上能够清晰辨 别人工开挖面、海底面、流泥及淤泥底面、粉质粘土的底面等。几乎 所有的浅地层剖面中, 都能够清晰地分辩出管线埋设时代人工开挖面 及管线埋设后的层顶面的声学反射界面, 按照人工开挖面和 层顶面确定海底管线埋设的,包罗平面和埋设情况。 图 4-1-4 天然气管线剖面图像 颠末对本次天然气管线的探测, 摸清了施工区域内管线的具体和 埋设深度。设想和施工单元按照探测材料明白了设想和施工方案,避 免了存正在的风险。 4.2 航道妨碍物扫测 水运工程扶植项目正在设想施工前一般城市对项目区域内进行大面 积的妨碍物探测,特别是正在设想论证阶段。这种探测分歧于对特定障 碍物的探测,往往无法确定妨碍物的类型、埋藏形态和大致范畴,所 以只能对整个区域按照较小比例布线施测。 然后对疑似妨碍物进行加 密探测,最初通过人工探摸、挖掘等体例进行验证。 江苏某航道工程位于出海口,因为常年淤积晚年间该区域存正在的 沉船、回填石等物体都曾经被埋藏,无法确定具体,海事部分也 没有这些妨碍物的材料。业从、设想单元会同施工单元组织进行了航 道妨碍物的扫测。 4.2.1 探测设备 浅剖仪采用 TELEDYNE 公司的 ChirpⅢ, 定位 DGPS 采用天宝 DSM232, 测深采用 ODOM 单频测深仪。 图 4-2-1 物探仪器安拆图 浅地层剖面仪托鱼安拆正在查询拜访船的左舷, 单波束测深仪的探头安拆正在 查询拜访船的左舷,DGPS 天线固定正在安拆支架上,取单波束测深仪探头 平面不异。 4.2.2 查询拜访过程 查询拜访分两个步调,起首按照查询拜访区域水域特点此次查询拜访采用沿航 道标的目的施测,共布设 35 条测线m。颠末初步阐发,筛 选疑似妨碍物,然后对疑似妨碍物所正在进行加密探测,以便进一 步确定。查询拜访过程中船速连结正在 4 节以下,进行加密施测时船速节制 正在 1-2 节,施测时间都选择正在高平潮时段。 图 4-2-2 扫测布线 阐发 取对地层反射图像阐发雷同,对于妨碍物的阐发也是按照反射特 征进行判断的。有所分歧的是前者次要关心的是持续反射,后者要关 注的是孤立的反射特征。妨碍物取天然地层是不整合的,所以正在图像 上就会构成较较着的灰度反映,有些孤立的妨碍物还会存正在绕射波。 但并不是判断妨碍物的绝对根据,有时断层棱点、地层尖灭点、天然 不整合面和噪声正在剖面图上也会有如许的表示。 因而正在初步阐发后还 要进行加密探测,用来解除假图像。这是取特定妨碍物探测正在图像判 此外最大分歧点。 图 4-2-4 沉船反射图像 图 4-2-5 孤立石块反射图像 正在本次探测中发觉了 4 个疑似妨碍物, 颠末加密探测解除了此中一个 噪声干扰, 后经施工船挖掘验证有两个为沉船, 别的一个为孤立石块。 5 总结 海洋工程中对妨碍物探测的手段比力多,凡是都是采用几种体例 分析使用的。浅地层剖面法是相对比力特殊的,这是由于它除了能够 对海底概况妨碍物进行探测外,还能够探测埋藏妨碍物,正在这一点上 是其他探测手段无法达到的。 虽然浅剖仪设想研制的初志并不是针对 这项工做,可是跟着使用标的目的的不竭扩展和现实利用的不竭堆集,浅 剖仪正在妨碍物探测方面的使用必然会越来越屡次。 当然现阶段浅剖仪 对妨碍物的探测还存正在很多的不脚,一是图像干扰较多,很多天然地 质现象和噪声会形成误判;二是剖面图像反映不曲不雅,大都环境下只 能定量的判断,无法确定妨碍物属性,出格是外形、类型,还需要进 行人工验证。将来跟着手艺前进和使用的堆集,出格是规范整个探测 流程和尺度,浅地层剖面法正在探测妨碍物的使用势必会愈加精确,更 加普遍。 参考文献: [1]虎.现代海洋测绘[M].武汉:武汉大学出书社,2007:212. [2] 柴海滨等. 海底妨碍物探测手艺[J]. 水运工程, 2013 (7): 105. [3][4]孙家振.斌.地动地质分析解佛教程[M].武汉: 中国地质大 学出书社,2002:1-15.

  浅地层剖面仪正在妨碍物探测中的使用_建建/土木_工程科技_专业材料。侧扫声纳为海域利用动态监测供给水域面皆界址,正在实施过程中有两个方面的沉点,一是判别水域边界鸿沟,二是确定鸿沟地舆坐标。按照动态监测的手艺特点,详尽放置丈量方案,矫捷改变丈量体例,获得高清晰度和分辩率的水下图像。来去丈量数据比对,获得平均坐标值,并取RTK坐标数据比对,其坐标误差范畴完全满脚规范要求。