生物島測深方案

1、1廣州市生物島大學(xué)城隧道土建工程 A A 標(biāo)標(biāo)段段（基槽浚挖部分）測深施工方案測深施工方案 廣東宏大廣航工程有限公司廣東宏大廣航工程有限公司20092009 年年 4 4 月月23目目 錄錄第一章第一章 工程概述工程概述 .3第二章第二章自然條件自然條件.42.1 氣象條件.42.2 水文條件.42.3 巖土性質(zhì).4第三章第三章測深施工方案測深施工方案.53.1 多波束條帶測深方案.53.1.1 多波束條帶測深系統(tǒng)多波束條帶測深系統(tǒng).53.1.2 DGPS差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng)差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng).53.1.4 測量方法測量方法.103.2 單波束測深方案.153.2.1單波束測深系統(tǒng)單

2、波束測深系統(tǒng).153.2.2 DGPS差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng)差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng).153.2.3測量方法測量方法.16第四章第四章測深施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)測深施工方案的優(yōu)缺點(diǎn).174.1 多波束條帶測深的優(yōu)缺點(diǎn).174.2 單波束測深的優(yōu)缺點(diǎn).174第一章第一章 工程概述工程概述該工程位于廣州市的東南部，連接生物島和大學(xué)城，隧道線路呈南北走向，起點(diǎn)位于生物島東西向主干道的道路中線位置，終點(diǎn)為大學(xué)城 26 號路與中環(huán)路的交點(diǎn)。中間穿越寬 191m 的官洲河，包括 214m 的沉管，水中沉管段起訖里程為SK0+603SK0+817。水中基槽長度 214 米，施工面積約 13000m2。水中段基槽

3、工程在平面上全部處于直線上，在縱斷面上處于一“V”型坡上，坡率分別為-1%、4.5%。基槽底寬 28m，基槽開挖邊坡坡度為 1：2，基槽開挖深度在既有河床下 12.815m16.127m 之間，基槽底部另有兩個臨時支撐墊塊基槽，深度在基槽底部以下 2.95m，底寬 29.17m?；墼O(shè)計(jì)底標(biāo)高-11.637m-15.018m。水下沉管河床基槽開挖總平面位置圖：見圖 1。圖 1-1 水下沉管河床基槽開挖總平面位置圖5第二章 自然條件2.12.1 氣象條件氣象條件臺風(fēng)和暴雨為主要影響工程施工的因素。2.22.2 水文條件水文條件本工程位于官洲河及其兩側(cè)，河寬 191m，水深 2.157.40m。汛

4、期為 49月，潮汐為不規(guī)則半日潮，水文狀況如下（廣州城建高程系統(tǒng)）最低潮位 3.64m，年平均潮差 1.50m。 2.32.3 巖土性質(zhì)巖土性質(zhì)水中基槽浚挖巖土依次分類：坡積土、沉積層、殘積土層、全風(fēng)化混合巖、強(qiáng)風(fēng)化混合巖。6第三章 測深施工方案該工程施工前后的測深工作，可采用多波束條帶測深或普通的單波束測深兩種不同的方案。兩種方案介紹如下：3.13.1 多波束條帶測深方案多波束條帶測深方案多波束條帶測深是目前最先進(jìn)的測深手段，主要采用進(jìn)口的“多波束條帶測深系統(tǒng)”進(jìn)行測量。這種測量方法主要具有“全覆蓋，精度高，效率高”等優(yōu)點(diǎn)，測量成果圖形象直觀，水底下的地形地貌一目了然，而且沒有任何遺漏點(diǎn)，所

5、有的“淺點(diǎn)”都會暴露無遺,特別適合于象河床基槽開挖之類的工程進(jìn)行開挖后的驗(yàn)收測量。但多波束條帶測深與普通的單波束測深相比,測量儀器成本較高,探頭安裝和調(diào)試相對麻煩和復(fù)雜。圖 2 和圖 3 是中科院南海海洋研究所海洋工程中心的技術(shù)人員于 2008 年 9月 28 日在中港一航局五公司欽州港 10 萬噸進(jìn)港航道擴(kuò)建工程標(biāo)段進(jìn)行的多波束測量的部分成果圖。在多波束條帶測深工作中采用的儀器主要有：a.多波束條帶測深系統(tǒng)(由主機(jī)和水下探頭組成)；b.DGPS 差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng)。3.1.13.1.1 多波束條帶測深系統(tǒng)多波束條帶測深系統(tǒng)在廣西欽州港 10 萬噸進(jìn)港航道擴(kuò)建工程標(biāo)段進(jìn)行的測量中使用的是

6、英國GeoAcoustics 公司生產(chǎn)的 250kHz 的 GeoSwath 相干多波束系統(tǒng)，在淺海測量中相干多波束系統(tǒng)的分辨率比傳統(tǒng)的“散射反射類型”的多波束系統(tǒng)要高得多，且體積比較小，重量也比較輕。 GeoSwath 相干多波束條帶測深系統(tǒng)主要由儀器主機(jī)和水下探頭組成。圖 4是 GeoSwath 相干多波束條帶測深系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖。圖 5 和圖 6 分別為該系統(tǒng)的儀器主機(jī)和水下探頭實(shí)物照片。3.1.23.1.2 DGPSDGPS 差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng)差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航定位設(shè)備使用南方測繪公司 DGPS 信標(biāo)機(jī)，型號為：9300+型，定位精度優(yōu)于 0.6m。導(dǎo)航定位使用 hyp

7、ack 6.2。投影方式為 UTM 投影，測量時坐標(biāo)系7統(tǒng)為 WGS84 系統(tǒng). 天線接收機(jī)南方 9300+信標(biāo)機(jī)是在原 9300 機(jī)型的基礎(chǔ)上改版升級出來的產(chǎn)品，采用加拿大 CSI 公司生產(chǎn)的 GPS 板和信標(biāo)板，分體式設(shè)計(jì)，具有亞米級定位精度，具有自動設(shè)置和手動設(shè)置功能，可完全傻瓜化使用。技術(shù)特點(diǎn)：技術(shù)特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，性價比高單機(jī)測量、導(dǎo)航，使用方便，作用距離遠(yuǎn)適用于沿海地區(qū)特別是不適合架設(shè)基準(zhǔn)站的大陸架以外等地區(qū)信標(biāo)信號接收分為頻率自動搜索和手動設(shè)置兩種模式技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)：接收機(jī)指標(biāo)：頻率范圍：283.5 至 325.0KHz差分輸入：RTCMSC-104輸出格式：NMEA0183水

8、平精度：60CM(CEP)作用距離：海上 400Km,陸地 150Km通信方式：接口：RS-232C波特率：9600bps電源指標(biāo)：輸入電壓：8V14V功率：3W電流：350mA接收機(jī)物理指標(biāo)：尺寸：16156.5cm重量：1.5Kg電源接口：2 針，圓形數(shù)據(jù)接口：Lemo1B.308環(huán)境指標(biāo)：操作溫度：-30至 70存儲溫度：-40至 80應(yīng)用領(lǐng)域可廣泛應(yīng)用于沿海地區(qū)的海洋和水域測量、大地勘測、野外踏勘導(dǎo)航、港口建設(shè)、挖泥船施工以及大地控制測量等。圖 3-1 南方 9300+信標(biāo)機(jī)8圖 3-2 多波束測量的渲染 3D 圖9圖 3-3 1mx1m 水深等值線圖10定位設(shè)備運(yùn)動傳感器舵手顯示器電

9、羅經(jīng)聲速計(jì)高度計(jì)圖 3-4 GeoSwath 相干多波束條帶測深系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖圖 3-5 多波束條帶測深系統(tǒng)的儀器主機(jī)實(shí)物照片11圖 3-6 多波束條帶測深系統(tǒng)的水下探頭實(shí)物照片在廣州市生物島和大學(xué)城隧道土建工程（基槽浚挖部分）測深施工中，特別是基槽浚挖清理后，建議使用英國 GeoAcoustics 公司生產(chǎn)的 250kHz GeoSwath 相干多波束系統(tǒng)。具體的多波束條帶測深方案如下：3.1.43.1.4 測量方法測量方法對測量船的要求:船的吃水深度最好 0.5m1.2m；長度 6m12m；寬度3m5m。有遮擋風(fēng)雨或日照的船艙。船速可控制在 3 節(jié)6 節(jié)。采用多波束測量系統(tǒng)對廣州市生物島

10、和大學(xué)城隧道土建工程（基槽浚挖部分）的水下地形進(jìn)行全覆蓋無遺漏的走航式測量，形成高密度的水深數(shù)據(jù)（Grid 網(wǎng)格大小為 1m1m）及水下三維數(shù)字地形圖,測量儀器設(shè)備的空間布局如圖 7 所示。12圖 3-7 測量儀器設(shè)備的空間布局圖高精度的水深數(shù)據(jù)必須要考慮測區(qū)的聲速剖面、潮位、艏向以及換能器的運(yùn)動姿態(tài)。具體使用的儀器與方法以及技術(shù)指標(biāo)如下：（1 1） 250kHz250kHz GeoSwathGeoSwath 相干多波束系統(tǒng)相干多波束系統(tǒng)聲吶頻率250kHz橫向分辨率1.5cm最大測深：100m波束寬度0.5量程范圍：12 倍水深脈沖寬度8s1ms最大條帶寬度：300m150m 條寬 Ping

11、 率10 個/s（2 2）聲速剖面測量）聲速剖面測量采用 HY1200 型聲速剖面儀作為海水水聲剖面測量的設(shè)備。聲速剖面儀由海軍海洋測繪研究所與無錫海鷹加科公司合作生產(chǎn)。其技術(shù)指標(biāo)如下：測量項(xiàng)目測量范圍精度分辨率13聲速1400-1600m/s0.2 m/s0.01 m/s溫度0 400.1 0.01深度0-200m0.4m0.01m（3 3） 運(yùn)動傳感器運(yùn)動傳感器為校正測量船的運(yùn)動姿態(tài)變化對多波束測深系統(tǒng)的影響，測量中使用運(yùn)動傳感器進(jìn)行實(shí)時校正。所用運(yùn)動傳感器由英國 TSS 公司制造，型號為 DMS-05，主要技術(shù)指標(biāo)如下：垂直橫搖和縱搖垂直橫搖和縱搖精度5cm 或 5%0.05分辨率1cm

12、0.01范圍10m30波寬0.0510HZ010HZ船速輸入格式：NMEA0183VTG船艏向輸入格式：NMEA0183HDT（4 4） 電羅經(jīng)電羅經(jīng)電羅經(jīng)由德國 Sperry Marine 公司制造，主要技術(shù)參數(shù)如下：靜態(tài)誤差0.1sec Let (1 sigma)延遲誤差（6/s 轉(zhuǎn)彎時）0.1(3 sigma)動態(tài)誤差0.7sec Let (1 sigma)橫搖和縱搖自由度35線性平均定點(diǎn)誤差0.2sec Let (1 sigma)（5 5） DGPSDGPS 定位定位與導(dǎo)航與導(dǎo)航定位導(dǎo)航設(shè)備擬使用南方測繪公司 DGPS 信標(biāo)機(jī)，型號為：9300+型，定位精度優(yōu)于 1m。導(dǎo)航定位使用 h

13、ypack 6.2。投影方式為 UTM 投影，測量時坐標(biāo)系統(tǒng)為 WGS84 系統(tǒng)。（6 6）理論測線的布設(shè)）理論測線的布設(shè)根據(jù)本次工程的實(shí)際情況，本次測量的理論測線的布設(shè)沿航道（河流）方向布置，設(shè)計(jì)間距為 30m。實(shí)際測量時，視情況而定可在設(shè)計(jì)測線的中間插入加密測線，以保證測量數(shù)據(jù)的重疊覆蓋。14（7 7）多波束系統(tǒng)的校正）多波束系統(tǒng)的校正在本次的測量區(qū)內(nèi)，選擇適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè) 4 條校正測線。多波束系統(tǒng)的校正測量主要是確定系統(tǒng)安裝后的橫搖、縱搖、艏向偏移與時間延遲，并測量GPS 與多波束的空間相對位移以及多波束換能器的靜態(tài)吃水。由于水的聲速屬性受溫度、壓力（水深）等的影響，在測區(qū)內(nèi)使用 HY1

14、200型聲速剖面儀進(jìn)行聲速剖面的測量。采用當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面，利用驗(yàn)潮水尺進(jìn)行與多波束測量時間同步的水深驗(yàn)潮。通過對此方式獲取的潮位資料進(jìn)行多波束換能器吃水動校正，將水位歸一到統(tǒng)一深度基準(zhǔn)面。由多波束測量的水深值的最終結(jié)果可以用下式表示：D=Dc+Dd+Dt+Dw 其中 D 為歸算后的水深值，Dc 為換能器到海底的深度，Dd 為換能器吃水改正值（靜態(tài)和動態(tài)） ，Dt 為潮位改正值，Dw 為深度基準(zhǔn)改正值。（8 8） 多波束數(shù)據(jù)處理與成果多波束數(shù)據(jù)處理與成果GeoSwath 相干多波束系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)格式為 GeoAcoustics 公司自定義格式 RDF，需要對其進(jìn)行解編，提取導(dǎo)航和姿態(tài)信息進(jìn)行

15、編輯，剔除錯誤或偏差較大數(shù)據(jù)點(diǎn)，對中間數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插處理（一般采用樣條插值） 。導(dǎo)入測量過程中對 GPS 和多波束的空間偏移參數(shù)進(jìn)行偏移校正，針對誤差校正數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差校正計(jì)算（主要是橫搖、縱搖、艏向偏差和時間延遲的計(jì)算） ，將計(jì)算結(jié)果保存用于勘測數(shù)據(jù)的誤差校正。根據(jù)潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行水位改正。潮位數(shù)據(jù)采用當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面，利用所設(shè)的驗(yàn)潮水尺，在多波束測量期間同步進(jìn)行水深驗(yàn)潮。采用 HY1200 型聲速剖面儀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行時間/距離換算。對每 Ping 數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和時變增益，生成數(shù)據(jù)文件，對該文件進(jìn)行 1m1m 網(wǎng)格化處理，剔除網(wǎng)格文件中的跳變，最終生成網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件(gird DEM)。數(shù)據(jù)處理流程圖

16、如圖 8 所示。15偏移校正數(shù)據(jù)編輯數(shù)據(jù)解編誤差校正計(jì)算橫搖縱搖艏向偏差時間延遲誤差校正水位改正聲速改正信號濾波網(wǎng)格化跳變剔除和空間平滑生成網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件RDF 原始數(shù)據(jù)圖 3-8 相干多波束數(shù)據(jù)處理流程圖163.23.2 單波束測深方案單波束測深方案單波束測深是較傳統(tǒng)的測深手段。這種測量方法主要具有“輕便靈活，易安裝，成本較低”等優(yōu)點(diǎn)，但是，卻存在“精度較低，效率不高”等缺點(diǎn)，而且測量成果圖不夠直觀，水底下的地形地貌不能象多波束系統(tǒng)的測量成果圖那樣一目了然，容易存在遺漏點(diǎn)，有些“淺點(diǎn)”可能會被忽略。只適合一般的施工前測量，不太適合于象河床基槽開挖之類的工程進(jìn)行開挖后的驗(yàn)收測量。在單波束測深工作

17、中采用的儀器主要有：a. 單波束測深系統(tǒng)(由主機(jī)和水下探頭組成)；b.DGPS 差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng)。3.2.13.2.1 單波束測深系統(tǒng)單波束測深系統(tǒng)單波束測深系統(tǒng)常用的儀器主要有從加拿大進(jìn)口的 320M 型雙頻海洋回聲測深儀.該儀器的外形與性能指標(biāo)如下:性能及技術(shù)指標(biāo)發(fā)射頻率 33220KHz雙頻；測程 102000m；精度 符合IHO標(biāo)準(zhǔn)用途高精度、高效率、全覆蓋水下地形測量；雙頻數(shù)字水深測量；浮泥厚度測量；底質(zhì)類型調(diào)查；產(chǎn)地：加拿大主要附屬設(shè)備計(jì)算機(jī)；33220KHz雙頻換能器；200kHz單頻換能器引進(jìn)時間1998年主機(jī)及記錄儀軟件界面圖 3-9 進(jìn)口 320M 型雙頻海洋回聲測

18、深儀 3.2.23.2.2 DGPSDGPS 差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng)差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng)在單波束測深工作中采用的 DGPS 差分式全球定位與導(dǎo)航系統(tǒng)與上述的多波束條帶測深工作中采用的定位與導(dǎo)航系統(tǒng)相同。導(dǎo)航定位設(shè)備使用南方測繪公司 DGPS 信標(biāo)機(jī)，型號為：9300+型，定位精度優(yōu)于 0.6m。導(dǎo)航定位使用 hypack 176.2。投影方式為 UTM 投影，測量時坐標(biāo)系統(tǒng)為 WGS84 系統(tǒng)。在廣州市生物島和大學(xué)城隧道土建工程（基槽浚挖部分）測深施工中，在基槽浚挖前，建議使用英國 GeoAcoustics 公司生產(chǎn)的 250kHz GeoSwath 相干多波束系統(tǒng)，但如果從節(jié)約成本的角度出發(fā)，可以采用單波束測深。具體的單波束測深方案如下：3.2.33.2.3 測量方法測量方法對測量船的要求:船的吃水深度最好 0.5m1.0m；長度 8m 左右；寬度 3m左右。有遮擋風(fēng)雨或日照的船艙。船速可控制在 6 節(jié)-8 節(jié)。采用單波束測量系統(tǒng)對廣州市生物島和大學(xué)