馬 平 劉曉建

1.申能（集團(tuán)）有限公司，上海 201103；2.上海液化天然氣有限責(zé)任公司，上海 200021

0 前言

上海LNG 項目海底管道管徑為36 in（914.4 mm），總長35.86 km，是目前國內(nèi)管徑最大的海底輸氣管道。該項目海底管線施工采用鋪管船法預(yù)先鋪設(shè)管線，然后用挖溝施工船采用高壓沖水方式挖出滿足設(shè)計深度的管溝，使管道在重力的作用下下沉到溝里，回填后使管道達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

該管線交越5 條海底光纜 （以下簡稱CP1、CP2、CP3、CP4、CP5），為保護(hù)海底光纜，不能在交越處附近進(jìn)行后挖溝， 該范圍的管線不得不直接鋪設(shè)在海床上，海床運(yùn)動和波流沖刷使管道懸空，而沖蝕懸空會造成海底管道破壞［1］。為了保證海底管線運(yùn)行的安全性，在鋪設(shè)管道完畢后，必須在交越區(qū)上方拋填配塊石、混凝土聯(lián)鎖軟體排等加以保護(hù)［2］。 鋪設(shè)的混凝土聯(lián)鎖軟體排和海底管道的相對位置是否達(dá)到設(shè)計要求，是影響該段海底管道穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

進(jìn)行海床和海底管道工程測量運(yùn)用的技術(shù)主要包括：單波束測深、多波束測深、淺地層剖面、側(cè)掃聲納等，海底管道常規(guī)探測使用較多的是單波束或多波束測深結(jié)合淺層剖面技術(shù)，側(cè)掃聲納技術(shù)在大口徑海底管道上方鋪設(shè)混凝土聯(lián)鎖塊的測量尚屬首次。 本文結(jié)合上海LNG 項目海底輸氣管線工程鋪設(shè)混凝土聯(lián)鎖軟體排后工程測量的實(shí)例，對相關(guān)問題作了初步探討。

1 測量范圍和主要設(shè)備

1.1 工程測量范圍

測量范圍見圖1，即CP1、CP2、CP3、CP4、CP5 的5 條海底光纜與管道的交越處。

1.2 主要測量設(shè)備

測量設(shè)備見表1。

2 測量工作

2.1 平面定位及高程測量方法的選擇

2.1.1 平面定位方法的選擇

平面定位主要分三種：RBN-DGPS 方式、 星站差分定位方式、RTK-DGPS 方式。 由于探測工作都是水上作業(yè)，在利用側(cè)掃聲納技術(shù)探測時，一般都采用GPS 來進(jìn)行平面定位。

一般對于管線絕對位置要求相對稍低（dm 級）的沿海工程項目，多采用RBN-DGPS 方式進(jìn)行平面定位［3］。海上作業(yè)范圍較大及遠(yuǎn)海作業(yè)時，多采用星站差分技術(shù)。

圖1 工程施工區(qū)域

表1 測量設(shè)備一覽表

對位置要求較高（cm 級定位精度）的海底探測項目多采用RTK-DGPS 方式， 其定位測高的精度相對較高。由于要架設(shè)GPS 基準(zhǔn)站，在調(diào)查費(fèi)用上相對較高，同時考慮到GPS 基準(zhǔn)站控制范圍及海上客觀條件，多適用于近海區(qū)域［4］。

本次探測因為對位置精確度的要求較高， 故采用RTK-DGPS 方式定位，在測區(qū)范圍內(nèi)選擇蘆潮港水閘管理用房約12 m 高的樓頂上架設(shè)GPS 基準(zhǔn)站。 根據(jù)計算，測區(qū)距離基準(zhǔn)站最遠(yuǎn)距離不大于10 km， 基準(zhǔn)站有效工作最大距離可以有效覆蓋整個測量區(qū)域，滿足施工定位要求。

2.1.2 高程基準(zhǔn)的確定

水深的測量精度直接關(guān)系到最終測量結(jié)果的準(zhǔn)確性， 而合理的潮位控制是得到準(zhǔn)確水深數(shù)據(jù)的重要保障，高程和水位應(yīng)該采用工程附近的驗潮站進(jìn)行水深改正。 高程基準(zhǔn)一般選用當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，水深?shù)據(jù)必須經(jīng)過潮位改正進(jìn)而換算到當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵婊鶞?zhǔn)面下的水深值。 本次探測選用的基準(zhǔn)與1985 年國家高程基準(zhǔn)的關(guān)系，見圖2。

圖2 當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵媾c國家高程基準(zhǔn)面關(guān)系示意

根據(jù)海域特點(diǎn)，本次調(diào)查使用了蘆潮港做臨時驗潮站，同時在附近埋設(shè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)，工作水準(zhǔn)點(diǎn)高程采用Leica 公司數(shù)字水準(zhǔn)儀DNA10 從水準(zhǔn)點(diǎn)按四等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行高程引測，驗潮站零點(diǎn)高程從工作水準(zhǔn)點(diǎn)上接測。

水域測量時， 采用人工方式驗潮， 每10 min 讀數(shù)1次，讀數(shù)精確到1 cm。水位觀測于測量前10 min 開始，測量后10 min 結(jié)束。

2.1.3 水深測量

采用美國HYPACK 公司的HYPACK MAX 6.2 水道測量軟件， 使用RTK-DGPS 接收基準(zhǔn)站的差分信號，與回聲測深儀同步采集平面位置和水深數(shù)據(jù)。 測深儀采集的數(shù)據(jù)通過量化自動存儲至計算機(jī)內(nèi)，數(shù)據(jù)后處理同樣采用HYPACK MAX6.2 軟件。測量結(jié)束后，將實(shí)時潮位數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，進(jìn)行水深改正、編輯，成圖。

2.2 側(cè)掃聲納測量

側(cè)掃聲納測量技術(shù)源于20 世紀(jì)60 年代， 通過發(fā)射聲波信號， 并接收海底反射回波信號形成聲學(xué)圖像，以反映海底狀況，包括目標(biāo)物的位置、現(xiàn)狀、高度等［5］。在施工過程中，需測量混凝土聯(lián)鎖軟體排鋪設(shè)在管線上的準(zhǔn)確位置，該測量是整個測量過程中最重要的一環(huán)，采用FANSWEEP 20 多波束系統(tǒng)附帶的側(cè)掃聲納探測功能對混凝土聯(lián)鎖軟體排鋪設(shè)區(qū)域進(jìn)行掃測。

2.2.1 測線布設(shè)

圖3 測線布設(shè)

測線布設(shè)見圖3， 沿混凝土聯(lián)鎖軟體排及管線中心線兩側(cè)各20 m 布設(shè)2 條測線，同時在混凝土聯(lián)鎖軟體排中心位置垂直于管線方向布設(shè)一條測線，采用多條測線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是為了多次從不同方向通過目標(biāo)來產(chǎn)生記錄，同時在采集過程中必須放慢船速，得到更大的數(shù)據(jù)量和更清晰的影像，挑選出位置關(guān)系清楚的影像來對掃測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及解釋。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集及處理

采用美國HYPACK 公司的HYPACK MAX 6.2 軟件采集多波束側(cè)掃數(shù)據(jù)并進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。 采集平面定位數(shù)據(jù)的同時接收FANSWEEP20 多波束系統(tǒng)傳來的水深數(shù)據(jù)、 船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)， 并結(jié)合時間變量， 得到精確的RTK-DGPS 平面定位數(shù)據(jù)的側(cè)掃聲納圖像信息。 側(cè)掃聲納影像回放可以通過HYPACK MAX6.2 軟件中多波束測量模塊進(jìn)行，打開多波束測量模塊，調(diào)入掃測數(shù)據(jù)文件就可以進(jìn)行側(cè)掃影像回放，并且可以在圖像中點(diǎn)取混凝土聯(lián)鎖軟體排排布角點(diǎn)坐標(biāo)，與設(shè)計的坐標(biāo)進(jìn)行比較來準(zhǔn)確評判混凝土聯(lián)鎖軟體排的鋪設(shè)效果。以CP1 和CP3為例，截取的混凝土聯(lián)鎖軟體影像圖見圖4、5。

圖4 CP1 聯(lián)鎖軟體影像

圖5 CP3 聯(lián)鎖軟體影像

根據(jù)設(shè)計，CP1 、CP2 為長方形的排布，CP3、CP4、CP5 為異型排布，5 塊混凝土聯(lián)鎖軟體排對稱覆蓋于管線之上，通過旁掃影像圖可以清晰地判斷混凝土聯(lián)鎖軟體排與天然氣管線的相對位置， 在HYPACK MAX6.2 軟件中回放的側(cè)掃影像圖上點(diǎn)出混凝土聯(lián)鎖軟體排排布的角點(diǎn)坐標(biāo)，用測得的實(shí)際鋪設(shè)坐標(biāo)與設(shè)計的混凝土聯(lián)鎖軟體排排布角點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較，從量上判斷混凝土聯(lián)鎖軟體排鋪設(shè)的情況。 長方形混凝土聯(lián)鎖軟體排CP1 的設(shè)計理論坐標(biāo)及實(shí)際鋪設(shè)坐標(biāo)，見表2。

表2 CP1 的設(shè)計理論坐標(biāo)及實(shí)際鋪設(shè)坐標(biāo)

CP1 實(shí)際鋪設(shè)的長度為33.97 m，寬度為12.00 m，在管線西側(cè)覆蓋5.28 m，東側(cè)覆蓋6.72 m。實(shí)際鋪設(shè)的混凝土聯(lián)鎖軟體排排布位置和設(shè)計位置相差不大，滿足混凝土聯(lián)鎖軟體排鋪設(shè)作業(yè)項目的預(yù)期要求，混凝土聯(lián)鎖軟體排基本均勻排布在管線交叉點(diǎn)，達(dá)到保護(hù)管線交叉部位的目的。 現(xiàn)將CP1 排布的設(shè)計位置和實(shí)際鋪設(shè)位置坐標(biāo)在AUTOCAD 中展繪出來， 圖6 能更清晰地判斷CP1混凝土聯(lián)鎖軟體排鋪設(shè)效果。

圖6 CP1 的設(shè)計排位及實(shí)際排位對比圖

2.2.3 繪圖輸出

通過HYPACK MAX6.2 軟件的側(cè)掃數(shù)據(jù)處理模塊對側(cè)掃影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過參數(shù)設(shè)置把原以航跡線為中心的影像圖調(diào)整為實(shí)際的影像平面圖坐標(biāo)， 再通過HYPLOT MAX 出圖模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化出圖，CP1 的影像成果圖見圖7。

在圖7 中能準(zhǔn)確辨別航跡線及管線與混凝土聯(lián)鎖軟體排之間的相對位置，滿足設(shè)計預(yù)期的要求。

圖7 CP1 的側(cè)掃影像平面圖

3 結(jié)論

本次工程測量主要采用了RTK-DGPS 進(jìn)行平面定位并結(jié)合多波束旁側(cè)聲納掃測功能測量混凝土聯(lián)鎖軟體排與管線的相對位置，測量的各項精度指標(biāo)均符合有關(guān)規(guī)范的要求。 形成了測量及數(shù)據(jù)處理的一整套方法和流程。

出于安全考量， 大型LNG 接收站多位于島上，LNG汽化后必須通過海底管道輸送到大陸，將增加海底輸氣管道的鋪設(shè)數(shù)量，光電纜與管道交越施工和測量將是不可回避的技術(shù)課題。

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