生物岛测深方案

1、1广州市生物岛大学城隧道土建工程 A A 标标段段（基槽浚挖部分）测深施工方案测深施工方案 广东宏大广航工程有限公司广东宏大广航工程有限公司20092009 年年 4 4 月月23目目 录录第一章第一章 工程概述工程概述 .3第二章第二章自然条件自然条件.42.1 气象条件.42.2 水文条件.42.3 岩土性质.4第三章第三章测深施工方案测深施工方案.53.1 多波束条带测深方案.53.1.1 多波束条带测深系统多波束条带测深系统.53.1.2 DGPS差分式全球定位与导航系统差分式全球定位与导航系统.53.1.4 测量方法测量方法.103.2 单波束测深方案.153.2.1单波束测深系统单

2、波束测深系统.153.2.2 DGPS差分式全球定位与导航系统差分式全球定位与导航系统.153.2.3测量方法测量方法.16第四章第四章测深施工方案的优缺点测深施工方案的优缺点.174.1 多波束条带测深的优缺点.174.2 单波束测深的优缺点.174第一章第一章 工程概述工程概述该工程位于广州市的东南部，连接生物岛和大学城，隧道线路呈南北走向，起点位于生物岛东西向主干道的道路中线位置，终点为大学城 26 号路与中环路的交点。中间穿越宽 191m 的官洲河，包括 214m 的沉管，水中沉管段起讫里程为SK0+603SK0+817。水中基槽长度 214 米，施工面积约 13000m2。水中段基槽

3、工程在平面上全部处于直线上，在纵断面上处于一“V”型坡上，坡率分别为-1%、4.5%。基槽底宽 28m，基槽开挖边坡坡度为 1：2，基槽开挖深度在既有河床下 12.815m16.127m 之间，基槽底部另有两个临时支撑垫块基槽，深度在基槽底部以下 2.95m，底宽 29.17m。基槽设计底标高-11.637m-15.018m。水下沉管河床基槽开挖总平面位置图：见图 1。图 1-1 水下沉管河床基槽开挖总平面位置图5第二章 自然条件2.12.1 气象条件气象条件台风和暴雨为主要影响工程施工的因素。2.22.2 水文条件水文条件本工程位于官洲河及其两侧，河宽 191m，水深 2.157.40m。汛

4、期为 49月，潮汐为不规则半日潮，水文状况如下（广州城建高程系统）最低潮位 3.64m，年平均潮差 1.50m。 2.32.3 岩土性质岩土性质水中基槽浚挖岩土依次分类：坡积土、沉积层、残积土层、全风化混合岩、强风化混合岩。6第三章 测深施工方案该工程施工前后的测深工作，可采用多波束条带测深或普通的单波束测深两种不同的方案。两种方案介绍如下：3.13.1 多波束条带测深方案多波束条带测深方案多波束条带测深是目前最先进的测深手段，主要采用进口的“多波束条带测深系统”进行测量。这种测量方法主要具有“全覆盖，精度高，效率高”等优点，测量成果图形象直观，水底下的地形地貌一目了然，而且没有任何遗漏点，所

5、有的“浅点”都会暴露无遗,特别适合于象河床基槽开挖之类的工程进行开挖后的验收测量。但多波束条带测深与普通的单波束测深相比,测量仪器成本较高,探头安装和调试相对麻烦和复杂。图 2 和图 3 是中科院南海海洋研究所海洋工程中心的技术人员于 2008 年 9月 28 日在中港一航局五公司钦州港 10 万吨进港航道扩建工程标段进行的多波束测量的部分成果图。在多波束条带测深工作中采用的仪器主要有：a.多波束条带测深系统(由主机和水下探头组成)；b.DGPS 差分式全球定位与导航系统。3.1.13.1.1 多波束条带测深系统多波束条带测深系统在广西钦州港 10 万吨进港航道扩建工程标段进行的测量中使用的是

6、英国GeoAcoustics 公司生产的 250kHz 的 GeoSwath 相干多波束系统，在浅海测量中相干多波束系统的分辨率比传统的“散射反射类型”的多波束系统要高得多，且体积比较小，重量也比较轻。 GeoSwath 相干多波束条带测深系统主要由仪器主机和水下探头组成。图 4是 GeoSwath 相干多波束条带测深系统的原理结构图。图 5 和图 6 分别为该系统的仪器主机和水下探头实物照片。3.1.23.1.2 DGPSDGPS 差分式全球定位与导航系统差分式全球定位与导航系统导航定位设备使用南方测绘公司 DGPS 信标机，型号为：9300+型，定位精度优于 0.6m。导航定位使用 hyp

7、ack 6.2。投影方式为 UTM 投影，测量时坐标系7统为 WGS84 系统. 天线接收机南方 9300+信标机是在原 9300 机型的基础上改版升级出来的产品，采用加拿大 CSI 公司生产的 GPS 板和信标板，分体式设计，具有亚米级定位精度，具有自动设置和手动设置功能，可完全傻瓜化使用。技术特点：技术特点：经济实惠，性价比高单机测量、导航，使用方便，作用距离远适用于沿海地区特别是不适合架设基准站的大陆架以外等地区信标信号接收分为频率自动搜索和手动设置两种模式技术指标：技术指标：接收机指标：频率范围：283.5 至 325.0KHz差分输入：RTCMSC-104输出格式：NMEA0183水

8、平精度：60CM(CEP)作用距离：海上 400Km,陆地 150Km通信方式：接口：RS-232C波特率：9600bps电源指标：输入电压：8V14V功率：3W电流：350mA接收机物理指标：尺寸：16156.5cm重量：1.5Kg电源接口：2 针，圆形数据接口：Lemo1B.308环境指标：操作温度：-30至 70存储温度：-40至 80应用领域可广泛应用于沿海地区的海洋和水域测量、大地勘测、野外踏勘导航、港口建设、挖泥船施工以及大地控制测量等。图 3-1 南方 9300+信标机8图 3-2 多波束测量的渲染 3D 图9图 3-3 1mx1m 水深等值线图10定位设备运动传感器舵手显示器电

9、罗经声速计高度计图 3-4 GeoSwath 相干多波束条带测深系统的原理结构图图 3-5 多波束条带测深系统的仪器主机实物照片11图 3-6 多波束条带测深系统的水下探头实物照片在广州市生物岛和大学城隧道土建工程（基槽浚挖部分）测深施工中，特别是基槽浚挖清理后，建议使用英国 GeoAcoustics 公司生产的 250kHz GeoSwath 相干多波束系统。具体的多波束条带测深方案如下：3.1.43.1.4 测量方法测量方法对测量船的要求:船的吃水深度最好 0.5m1.2m；长度 6m12m；宽度3m5m。有遮挡风雨或日照的船舱。船速可控制在 3 节6 节。采用多波束测量系统对广州市生物岛

10、和大学城隧道土建工程（基槽浚挖部分）的水下地形进行全覆盖无遗漏的走航式测量，形成高密度的水深数据（Grid 网格大小为 1m1m）及水下三维数字地形图,测量仪器设备的空间布局如图 7 所示。12图 3-7 测量仪器设备的空间布局图高精度的水深数据必须要考虑测区的声速剖面、潮位、艏向以及换能器的运动姿态。具体使用的仪器与方法以及技术指标如下：（1 1） 250kHz250kHz GeoSwathGeoSwath 相干多波束系统相干多波束系统声呐频率250kHz横向分辨率1.5cm最大测深：100m波束宽度0.5量程范围：12 倍水深脉冲宽度8s1ms最大条带宽度：300m150m 条宽 Ping

11、 率10 个/s（2 2）声速剖面测量）声速剖面测量采用 HY1200 型声速剖面仪作为海水水声剖面测量的设备。声速剖面仪由海军海洋测绘研究所与无锡海鹰加科公司合作生产。其技术指标如下：测量项目测量范围精度分辨率13声速1400-1600m/s0.2 m/s0.01 m/s温度0 400.1 0.01深度0-200m0.4m0.01m（3 3） 运动传感器运动传感器为校正测量船的运动姿态变化对多波束测深系统的影响，测量中使用运动传感器进行实时校正。所用运动传感器由英国 TSS 公司制造，型号为 DMS-05，主要技术指标如下：垂直横摇和纵摇垂直横摇和纵摇精度5cm 或 5%0.05分辨率1cm

12、0.01范围10m30波宽0.0510HZ010HZ船速输入格式：NMEA0183VTG船艏向输入格式：NMEA0183HDT（4 4） 电罗经电罗经电罗经由德国 Sperry Marine 公司制造，主要技术参数如下：静态误差0.1sec Let (1 sigma)延迟误差（6/s 转弯时）0.1(3 sigma)动态误差0.7sec Let (1 sigma)横摇和纵摇自由度35线性平均定点误差0.2sec Let (1 sigma)（5 5） DGPSDGPS 定位定位与导航与导航定位导航设备拟使用南方测绘公司 DGPS 信标机，型号为：9300+型，定位精度优于 1m。导航定位使用 h

13、ypack 6.2。投影方式为 UTM 投影，测量时坐标系统为 WGS84 系统。（6 6）理论测线的布设）理论测线的布设根据本次工程的实际情况，本次测量的理论测线的布设沿航道（河流）方向布置，设计间距为 30m。实际测量时，视情况而定可在设计测线的中间插入加密测线，以保证测量数据的重叠覆盖。14（7 7）多波束系统的校正）多波束系统的校正在本次的测量区内，选择适当的位置布设 4 条校正测线。多波束系统的校正测量主要是确定系统安装后的横摇、纵摇、艏向偏移与时间延迟，并测量GPS 与多波束的空间相对位移以及多波束换能器的静态吃水。由于水的声速属性受温度、压力（水深）等的影响，在测区内使用 HY1

14、200型声速剖面仪进行声速剖面的测量。采用当地理论深度基准面，利用验潮水尺进行与多波束测量时间同步的水深验潮。通过对此方式获取的潮位资料进行多波束换能器吃水动校正，将水位归一到统一深度基准面。由多波束测量的水深值的最终结果可以用下式表示：D=Dc+Dd+Dt+Dw 其中 D 为归算后的水深值，Dc 为换能器到海底的深度，Dd 为换能器吃水改正值（静态和动态） ，Dt 为潮位改正值，Dw 为深度基准改正值。（8 8） 多波束数据处理与成果多波束数据处理与成果GeoSwath 相干多波束系统采集的数据格式为 GeoAcoustics 公司自定义格式 RDF，需要对其进行解编，提取导航和姿态信息进行

15、编辑，剔除错误或偏差较大数据点，对中间数据进行内插处理（一般采用样条插值） 。导入测量过程中对 GPS 和多波束的空间偏移参数进行偏移校正，针对误差校正数据进行误差校正计算（主要是横摇、纵摇、艏向偏差和时间延迟的计算） ，将计算结果保存用于勘测数据的误差校正。根据潮位数据进行水位改正。潮位数据采用当地理论深度基准面，利用所设的验潮水尺，在多波束测量期间同步进行水深验潮。采用 HY1200 型声速剖面仪测的数据进行时间/距离换算。对每 Ping 数据进行滤波和时变增益，生成数据文件，对该文件进行 1m1m 网格化处理，剔除网格文件中的跳变，最终生成网格数据文件(gird DEM)。数据处理流程图

16、如图 8 所示。15偏移校正数据编辑数据解编误差校正计算横摇纵摇艏向偏差时间延迟误差校正水位改正声速改正信号滤波网格化跳变剔除和空间平滑生成网格数据文件RDF 原始数据图 3-8 相干多波束数据处理流程图163.23.2 单波束测深方案单波束测深方案单波束测深是较传统的测深手段。这种测量方法主要具有“轻便灵活，易安装，成本较低”等优点，但是，却存在“精度较低，效率不高”等缺点，而且测量成果图不够直观，水底下的地形地貌不能象多波束系统的测量成果图那样一目了然，容易存在遗漏点，有些“浅点”可能会被忽略。只适合一般的施工前测量，不太适合于象河床基槽开挖之类的工程进行开挖后的验收测量。在单波束测深工作

17、中采用的仪器主要有：a. 单波束测深系统(由主机和水下探头组成)；b.DGPS 差分式全球定位与导航系统。3.2.13.2.1 单波束测深系统单波束测深系统单波束测深系统常用的仪器主要有从加拿大进口的 320M 型双频海洋回声测深仪.该仪器的外形与性能指标如下:性能及技术指标发射频率 33220KHz双频；测程 102000m；精度 符合IHO标准用途高精度、高效率、全覆盖水下地形测量；双频数字水深测量；浮泥厚度测量；底质类型调查；产地：加拿大主要附属设备计算机；33220KHz双频换能器；200kHz单频换能器引进时间1998年主机及记录仪软件界面图 3-9 进口 320M 型双频海洋回声测

18、深仪 3.2.23.2.2 DGPSDGPS 差分式全球定位与导航系统差分式全球定位与导航系统在单波束测深工作中采用的 DGPS 差分式全球定位与导航系统与上述的多波束条带测深工作中采用的定位与导航系统相同。导航定位设备使用南方测绘公司 DGPS 信标机，型号为：9300+型，定位精度优于 0.6m。导航定位使用 hypack 176.2。投影方式为 UTM 投影，测量时坐标系统为 WGS84 系统。在广州市生物岛和大学城隧道土建工程（基槽浚挖部分）测深施工中，在基槽浚挖前，建议使用英国 GeoAcoustics 公司生产的 250kHz GeoSwath 相干多波束系统，但如果从节约成本的角度出发，可以采用单波束测深。具体的单波束测深方案如下：3.2.33.2.3 测量方法测量方法对测量船的要求:船的吃水深度最好 0.5m1.0m；长度 8m 左右；宽度 3m左右。有遮挡风雨或日照的船舱。船速可控制在 6 节-8 节。采用单波束测量系统对广州市生物岛和大学