黃偉

摘 要：針對(duì)航道整治工程中水下沉排效果難以檢測(cè)的問(wèn)題，在部分荊江航道整治工程區(qū)域開(kāi)展檢測(cè)試驗(yàn)，比較分析了水下電視人工檢測(cè)技術(shù)、側(cè)掃聲吶技術(shù)和機(jī)械掃描聲吶技術(shù)三種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。并通過(guò)理論推導(dǎo)，建立技術(shù)比選指標(biāo)，開(kāi)展了三種技術(shù)的適用性分析。結(jié)果表明：采用機(jī)械掃描聲吶檢測(cè)技術(shù)并配合水下電視檢測(cè)技術(shù)作為驗(yàn)證手段，能較好的適應(yīng)荊江河段水下沉排工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：航道整治工程 水下沉排 水下電視人工檢測(cè) 側(cè)掃聲吶檢測(cè) 機(jī)械掃描聲吶檢測(cè)

為改善荊江河段航道條件，適應(yīng)長(zhǎng)江沿線經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，2012年國(guó)家批復(fù)實(shí)施荊江河段航道整治工程。在航道整治工程中，軟體排的鋪設(shè)不僅是航道整治工程其它工程能正常鋪設(shè)的基礎(chǔ)，而且其鋪設(shè)機(jī)械化程度較高，施工速度快，精度高，使得其在長(zhǎng)江航道整治中運(yùn)用較為廣泛，是航道整治工程極為關(guān)鍵的一種結(jié)構(gòu)型式，其施工質(zhì)量的好壞決定了工程的成敗。隨著航道工程的發(fā)展，軟體排的鋪設(shè)水平逐步提高，但由于鋪設(shè)后的排體處于水下，對(duì)其鋪設(shè)后的效果判斷及檢測(cè)也成了水下沉排工程質(zhì)量控制的難點(diǎn)。對(duì)沉排工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，提高檢測(cè)能力，有效改進(jìn)施工質(zhì)量，從而提高長(zhǎng)江航道整治水下沉排工程整體施工質(zhì)量，保證航道工程的效益具有極為重要的意義。本文依托長(zhǎng)江中游荊江河段航道整治工程，針對(duì)水下沉排質(zhì)量控制和檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展對(duì)比研究，并提出了適合荊江航道整治工程水下鋪排質(zhì)量檢測(cè)的技術(shù)方法，對(duì)于進(jìn)一步提高內(nèi)河和沿海航道治理水下沉排工程整體施工質(zhì)量具有借鑒和指導(dǎo)意義。

水下檢測(cè)試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法優(yōu)化

針對(duì)荊江航道整治工程，開(kāi)展鋪排區(qū)域水下檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1、水下電視檢測(cè)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備及工況

選取的水下電視設(shè)備分別為SXD—IIIBFKR型水下電視和UWS-3310型水下電視。試驗(yàn)工況見(jiàn)表1。

表1 水下電視檢測(cè)試驗(yàn)工況表

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

采用UWS-3310型水下電視在水上時(shí)，發(fā)現(xiàn)攝像頭的可視距離超過(guò)了50cm的范圍。但是在下水5米左右水深時(shí)，可視距離明顯大幅度下降。從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，從技術(shù)參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)方面，以及實(shí)際應(yīng)用情況，其結(jié)果差別并不大，可視距離基本上都在15cm左右。

2、側(cè)掃聲吶檢測(cè)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備及工況

側(cè)掃聲吶檢測(cè)設(shè)備選取的是美國(guó)Benthos公司的sis-1624型雙頻聲吶。試驗(yàn)工況見(jiàn)表2。

表2 水下電視檢測(cè)試驗(yàn)工況表

2.2 檢測(cè)結(jié)果分析

第1組試驗(yàn)結(jié)果分析可知，圖1中分布多塊不均勻的陰影區(qū)域，陰影區(qū)域里有多條排列規(guī)則的條狀陰影，推測(cè)應(yīng)該是排體上系結(jié)的砼塊，推測(cè)鋪排區(qū)域淤沙嚴(yán)重，大部分排體已被淤沙掩埋。圖2中右邊位置可以看到一片整齊的陰影區(qū)域，有部分整齊的條狀陰影，推測(cè)是排體上系結(jié)的砼塊?？梢钥吹疥幱皡^(qū)域邊界整齊，可以區(qū)分出鋪排區(qū)域，但是無(wú)法判斷排體搭接。在試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)減小檢測(cè)距離，獲得聲圖的圖案要相對(duì)清晰；高頻掃測(cè)時(shí)，無(wú)法獲得回波信號(hào)，主要原因一是江水含沙量太大，二是檢測(cè)距離太大，高頻信號(hào)損失嚴(yán)重。

第2組試驗(yàn)結(jié)果分析可知，由于碾子灣沉排已經(jīng)完成6年，沉排區(qū)域完全無(wú)法分辨，側(cè)掃聲吶難以分辨砼塊等相對(duì)較小的物體，但對(duì)于較大范圍的目標(biāo)有一定可視性，并且可以獲取目標(biāo)的區(qū)域范圍和坐標(biāo)方位。

第3組試驗(yàn)結(jié)果分析可知，1#潛壩護(hù)岸未出現(xiàn)任何變形，可以判斷出1#潛壩護(hù)坡在經(jīng)歷此輪洪峰后，枯水平臺(tái)，護(hù)坡和馬道保持穩(wěn)固，未出現(xiàn)崩岸和損壞情況。

3、機(jī)械掃描聲吶檢測(cè)試驗(yàn)

3.1 檢測(cè)設(shè)備及工況

本試驗(yàn)使用的是MS1000掃描聲吶，試驗(yàn)工況見(jiàn)表3。三組工況分別對(duì)排體的鋪設(shè)以及砼塊綁系情況、砼塊移動(dòng)情況和大范圍區(qū)域情況進(jìn)行試驗(yàn)。

表3 水下電視檢測(cè)試驗(yàn)工況表

3.2 檢測(cè)結(jié)果

由聲圖（圖3，圖4）分析表明，圓心處即是聲吶位置，周圍黑色區(qū)域?yàn)槊^(qū)，半徑為1.8米左右。對(duì)比排布未搭接圖和排布搭接圖，整張排布上面砼塊清晰可見(jiàn)，大部分排列整齊。在圖3中，我們發(fā)現(xiàn)聲吶掃測(cè)盲區(qū)左方區(qū)域即為未搭接區(qū)域，在聲吶軟件上測(cè)量未搭接的寬度大概為1.1米。隨后，我們派遣潛水員下水進(jìn)行探摸，驗(yàn)證了下方搭接縫確實(shí)沒(méi)有搭接上，用標(biāo)尺測(cè)量，兩張排布邊緣相距1m左右，與聲吶圖像上測(cè)量的距離相近。左方排布邊緣有卷排現(xiàn)象，搭接縫下方有大量淤砂，而在聲吶右下方則可以看到排布隆起，可能是疊排或者此區(qū)域?yàn)橥黄鸬匦?。圖4中，我們可以看到搭接良好的排布，搭接縫順直，排布整體鋪設(shè)平順整齊，砼塊綁系穩(wěn)固，排體上有部分淤砂，但仍然無(wú)法得到排體搭接寬度。試驗(yàn)結(jié)果表明，從MS1000機(jī)械掃描聲吶的聲圖中，我們可以得到整張排體的鋪設(shè)情況、砼塊綁系情況的質(zhì)量信息，但是無(wú)法得到排體搭接寬度。

水下檢測(cè)技術(shù)的適用性分析

1、適用性分析指標(biāo)

本文主要利用水力學(xué)指標(biāo)體系對(duì)所選檢測(cè)方案的適用性進(jìn)行分析。具體則選擇寬矩形明槽斷面切應(yīng)力的分布、寬矩形明槽的層流運(yùn)動(dòng)和恒定總流的動(dòng)量方程作為指標(biāo)檢驗(yàn)各水下檢測(cè)技術(shù)的適用性。

1.1寬矩形明槽斷面切應(yīng)力分布

對(duì)于寬矩形明槽均勻流，過(guò)水?dāng)嗝嫔蠒r(shí)均流速u是水深y的函數(shù)。由于槽寬對(duì)于水深而言是很大的，所以我們?nèi)挝粚挾让鞑蹃?lái)進(jìn)行分析，如圖5所示。取單寬B=1m來(lái)分析，切應(yīng)力只作用在bd和ef的界面上，在兩側(cè)面ab和cd上不出現(xiàn)切應(yīng)力。所以取aecf水體分析，得出摩阻流速公式見(jiàn)式（1），式中R是水力半徑，J水力坡度。

圖5 平均切應(yīng)力分析圖

■ （1）

1.2寬矩形明槽的層流運(yùn)動(dòng)

寬矩形明槽層流的縱剖面圖中，切應(yīng)力τ的分布可用式（2）計(jì)算，根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，切應(yīng)力與橫向流速梯度du/dy的關(guān)系如下：endprint