1、九江大桥坍塌落水桥段的探测及数据分析广东海事局海测大队 何开全、张永昭摘 要：通过判读旁扫声呐声图、分析多波束 测深系统水深数据，获得事故现场水下地形、地貌、障碍物姿态，为下一步的探摸、打捞提供可靠的依据。关键词：落水桥段 姿态 旁扫声呐 多波束 数据分析 声图判读1 引言随着水下探测技术的迅猛发展，水下障碍物探测技术手段也不断改进。多波束测深系统和旁扫声呐系统是近年来使用比较成熟的探测装备，但是对于一些特殊的探测要求，单一设备有其自身的局限性。这里通过九江大桥坍塌落水桥段的探测实例，介绍综合利用多波束水深数据和旁扫声呐声图，获取更加全面的水下沉物数据，模拟沉物的形状和姿态，得到更好的探测效果
2、。2 任务背景及探测方案“6.15 船撞九江大桥事故”四部坠江沉车打捞出水后，广东省佛开高速公路有限公司为了清理水下断桥及修复桥梁需要，委托广东海事局海测大队对事故中受撞坍塌的九江大桥所在水域进行扫测，以摸清事发水域的水下情况，以及大桥断裂坍塌落水桥段在水下的分布状态，为下一步的工作提供可靠的技术资料和依据。委托方对探测的精度和探明水下沉物的形状及姿态的要求很高。由于探测水域水流湍急、水深变化明显、水下情况复杂，探测船舶只能从桥孔逆水单方向扫测，顺水方向及纵横方向均不能进行扫测。鉴此，使用单一的探测技术手段难于得到理想的探测结果，所以在探测方案上选用了 SIS-1624 双频旁扫声呐系统和 R
3、eson Seabat 9003 多波束测深系统，两种探测手段互相补充。3 数据分析使用 SIS-1624 双频旁扫声呐对断桥及其附近水域进行了多次全覆盖扫测。SIS-1624旁扫声呐的 TTV-196D 拖鱼可同时工作在 110130 KHz 和 370390 KHz 两个频段，包含Chirp 和 CW 两种声呐。Chirp 声呐在长距离上可以达到高分辨率成像，而 CW 声呐则可在短距离上精细分辨目标，系统将两种声呐的各自优点进行有效的结合。扫测过程中，使用CW 声呐、75 米量程，获得详尽的断桥水域声图。图 1-1 为 24 号桥墩与 25 号桥墩之间水域水下状况声图截图，图 1-2 为
4、23 号桥墩至 24 号桥墩之间水域声图截图。船撞 23 号桥墩后斜插于河底。使用 Reson Seabat9003 多波束测深系统进行全覆盖水深测量。Reson Seabat 9003 多波束测深系统换能器的波束数为 40，波束间角 3，扫测角 120，测距分辨率 5 cm，测深精度4 cm，其分辨率对于进行探测水下沉物显得过低。为了弥补多波束系统分辨率不高的问题，采用多次重叠全覆盖扫测，以采集到更多的水深数据。水深数据进行潮汐、声速、吃水等改正，经处理得到事发水域水深图。根据水深数据绘制 3D 地形模拟图。图 1-1 24 号桥墩至 25 号桥墩之间水域声图A1A2B2A324 号桥墩26
5、 号桥墩B3A625 号桥墩图 1-2 23 号桥墩至 24 号桥墩之间水域声图沉船A523 号桥墩22 号桥墩24 号桥墩B1B3A4通过判读旁扫声呐声图和分析多波束地形模拟图，并结合水深图，对水下物体特征及地形变化分析如下：A：桥面A1：分析声图 1-1 及多波束地形模拟图，物体 A1为 26 号墩处斜插入江底的桥面。桥面水上部分连接26 号桥墩未坍塌桥面，斜插入水中。图 2-1 为桥面A1 水深截图。图中曲线所示为桥面 A1。分析图 2-1，A1 南高北低，倾斜度比较大，水深变化明显。图 2-1 桥面 A1 水深图A2：判读声图 1-1，物体 A2 为一段连续的比较完整的桥面，坍塌于 2
6、5 号墩与 24 号墩之间，A2 向南距25 号墩约 15 米处与 A1 连接，并发生折断，向北距24 号墩 20 米处发生断裂。桥面高出河床，走向为南北。图 2-2 为桥面 A2 水深截图。分析水深图，桥面 A2 平躺于河床，姿态平缓，南端与桥面 A1 连接。A2 南端最浅，最浅处水深 18 米，附近河床水深约 22 米。由南向北，河床水深逐渐加深至 29 米左右，桥面 A2 的水深以相应趋势加深至 21.5 米，桥面 A2 高出河床最大约 7.5米。 图 2-2 桥面 A2 水深图A3：判读旁扫声呐声图，24 号墩、23 号墩处声图上显示，A3 疑为坍塌的桥面，较为破碎，不连续，情况复杂。
7、水深图中显示该处地形混乱，无法辨别。 A4：判读旁扫声呐声图，A4 为 24 号墩至 23 号墩之间一段完整的桥面，南端与其他桥面完全断开。其水深截图如图 2-3。分析 A4 水深截图，A4 以西北端高，东南端低的姿态躺在河床上，北端与另一桥面 A5 之间断开，北端高出河床约 6 米，南端高出河床约 2 米。考虑桥面本身的高度以及桥面下陷，判断 A4 南端与河床接触。桥面 A4 在河底的走向为北偏东 30。图 2-3 A4、A5 水深图A5：23 号桥墩与 22 号桥墩之间坍塌的桥面。A5 与 A4 在 23 号桥墩处断裂，南高北低，在河底走向为北偏西 30。桥面 A5 水深见图 2-3。分析
8、水深截图，A5 南端高出河床约 8米，向西北方向水深逐渐变深，与河床距离逐渐变小。A6：判读旁扫声呐声图，A6 为断桥桥面边缘比较模糊的条状物体，为桥面上的护栏。由于多波束分辨率的限制，多波束不能分辨出护栏。B：桥墩判读旁扫声呐声图，桥墩附近情况复杂，根据声图色阶变化及物体形状判断：B1：23 号桥墩上游侧江底呈东西向分布的长条带状反射物体，阴影明显，疑是倒塌的桥桩；B2：24 号墩附近，疑为倒塌的桥墩；B3：新九江大桥未被损坏桥墩。C：桥面断口分析通过判读旁扫声呐声图和分析多波束数据，在断桥水域坍塌的桥面共有 4 个断口。断口位置如各图中所示。断口 1：位于 26 号桥墩与 25 号桥墩之间
9、，桥面 A1、A2 之间的断口；断口 2：位于 25 号桥墩与 24 号桥墩之间，桥面 A2 的北端，完全断开；断口 3：位于 24 号桥墩与 23 号桥墩之间，桥面 A4 的南端，完全断开；断口 4：位于 23 号桥墩附近，桥面 A4 与桥面 A5 之间的断口。经分析，23 号桥墩处桥面坍塌后断裂并发生移位，断口处桥面向东移动，导致桥面 A4 和 A5 形成约 120的角度；分析水深截图 2-3，桥面 A5 在断口处水深 19.5 米，桥面 A4 在断口处水深 21.5 米，桥面A5 与桥面 A4 在断口 4 处上下移位约 2.0 米。使用 SIS-1624 旁扫声呐扫测，通过对声图的判读，
10、可直观地反映断桥水域水下物体姿态、目标性质、地形变化等。使用 Reson Seabat9003 多波束系统进行全覆盖扫测，根据水深数据反映出海底目标和微地形变化。通过绘制水底地形 3D 图，比较直观地获得水下物体的分布状况。对旁扫声呐发现的目标的大小、范围、深度以及地形变化有了更细致的了解。旁扫声呐声图于多波束数据结合分析，获取详尽的断桥及其附近水域的物体姿态、目标性质、微地形变化等数据。为后来进行的水下探摸工作的开展提供了第一手资料，增强了探摸的安全性、目的性。4 水下探摸情况根据海测大队提供的旁扫声呐和多波束资料以及分析结果，广东交通集团检测中心组织了事发水域水下探摸工作。其目的是确认各落
11、水桥段是否断开，以确定清理施工使用的起重船舶或沉箱的起吊能力。由于客观条件限制，潜水人员不能对坍塌的梁体下部进行探摸。根据多次探摸结果，坍塌的梁体在水中的平面分布情况如图 3 所示。图 3 坍塌梁体平面图断口 1 断口 2 断口 3 断口 426 号墩 25 号墩 24 号墩23 号墩 沉船22 号墩梁体桥面分析坍塌梁体示意图，明确分辨的断口有 4 个：（1）断口 1 为倚靠在 26 号墩的斜插梁与水中平躺梁的交界处，之间有预应力钢筋连接；（2）断口 2 完全断开，附近未发现混凝土块或箱梁的痕迹；（3）断口 3 完全断开，附近未发现混凝土块或箱梁的痕迹；（4）断口 4 处的桥面上下错动 1.3 米，断口处有大量混凝土块；（5）断口 2 和断口 3 之间有较多钢筋、钢架等杂物，情况十分复杂。此次探摸结果表明，海测大队根据旁扫声呐数据和多波束数据获取的水下情况与潜水探摸结果基本相符，为水下工作的进行提供了可靠的依据。5 结束语利用多波束进行全覆盖水深测量，获得精确的水深数据，并根据水深变化判断物体范围和大小以及海底地形的变化，利用旁扫声纳进行扫测，获得海底、水体的目标和地形等的声图，通过声图判读确定目标的性质、大小、范围和地形的变化，两者互相补充，可实现对单一手段探测数据互为印证和补充，大大提高工程质量。
