随着石油工业的发展，石油及天然气的开采和运输逐步由陆地向滩浅海转移，这不仅弥补了陆上石油天然气的不足，还充分利用了近海油气资源。本文主要对海底管线管沟检测技术进行研究。
《计量与测试技术》(月刊)创刊于1974年，由成都市计量监督检定测试所主办。本刊本着实用第一、基层第一的办刊宗旨，融计量技术、计量管理、计量与经济、计量与质量和计量信息为一体的综合性、通用性、实用性科技刊物。杂志的主要任务是宣传国家对计量工作的方针政策;推广计量管理的先进经验;研讨计量与经济、计量与质量关系;介绍计量测试新技术、新仪器和新成果;报道国内外计量、测试动态，普及计量基础知识。
目前，随着施工技术的发展，海底管线做为海上石油天然气的运输手段，已经被越来越多的应用在工程项目当中。然而，在海底管线的铺设中，还存在许多亟待解决的技术难点。海底管线管沟的开挖根据海床及海水深度和施工方法的不同，可分为预挖沟和后挖沟。预挖沟是指在管线铺设前，用挖泥船等挖泥设备将管沟挖设成形，然后用铺管船进行管线焊接铺设，主要适用于海水较深水域(大于3m);后挖沟是指先进行管线预制，然后将管线拖至管线路由上，再沿管线挖沟沉管，适用于近海段，水深1.5m~3m的沙滩淤泥区域。
西气东输二线海底管线工程，全长29KM，分为两段：求雨岭至大铲岛段海底管线长9.4KM，规格Ø914×25.4，全程管沟采用预开挖;香港支线段从大铲岛至香港龙鼓滩，全长19.6KM，管线规格Ø813×25.4，其中深圳境内及香港境内跨龙鼓航道段采用预挖沟工艺，其余部分采用后挖沟工艺，管线铺设后用碎石和块石回填。管线路由穿越大铲、铜鼓和龙鼓三个航道，管线路由平均水深0~7M,三个航道水深为7~13M，管沟的开挖深度一般在泥面下3.5米~15米，边坡比1：7，管线路由上的海床地质主要由流泥层、淤泥层、粉质粘土、粘土组成，管线主要铺设在淤泥层与粉质粘土之间，开挖上部的流泥和淤泥层由于是含水量高、孔隙比大、强度低、压缩性高、流动及流塑性的软弱土，管沟开挖后支持力差，受潮汐水流影响易回淤，不易准确检测管沟深度，并且对管沟底平整度、超宽、超深的控制要求高，由此提出了海底管线预开挖及检测技术课题，以利于在类似工程中的借鉴和推广。
1、管沟预挖沟的施工工艺
按设计要求，一般地段管沟开挖按泥面平均厚度8米，边坡比流泥层、淤泥层1：7，粘土层1：4，沟底5米考虑，管沟的上口宽度为117米左右。
1.1开挖机械的选择
可以选择抓斗挖泥船(8 m3/斗、6 m3/斗)和自航耙吸船两种开挖机械，抓斗挖泥船需配备相应泥驳。
自航耙吸船受耙杆作业长度的影响，在本工程中主要用于表层4米左右泥面的开挖，由于不需辅助船只就能独自作业，因此在前期泥方量较大时，与8 m3抓斗挖泥船同时进行上层泥方的开挖，在挖最后一层基槽时，为保证开挖精度，采用6m3挖泥船作业。
1.2管沟预开挖工艺
海底管道铺管作业是在管沟至少成型1KM后进行。由于管沟开挖泥方量大，工期较长，且受海浪潮汐及过往船舶对管沟冲击的影响，管沟不能一次全部成型，因此采用分段、分条、分层开挖。
1.2.1分段开挖
根据施工区开挖泥量的多少及作业船舶布锚区域的实际情况，在管线路由上布置多个施工作业区段(每个区段以1KM计)，每个区段布置一组作业船舶。
1.2.2平面上的分条开挖
根据抓斗挖泥船的一次有效作业开挖宽度，把施工区段进行平面上的施工条数划分，划分原则为挖泥船的一次有效开挖宽度，同时，必须考虑相邻两个施工条之间的叠加，用于消除因DGPS定位误差而造成的漏挖。抓斗式挖泥船一次可挖掘的有效宽度一般为14m，按相邻两施工条1m搭按宽度考虑，分条宽度定为13m。耙吸船每一耙的有效开挖宽度为2米，每耙重叠开挖0.5米。
1.2.3断面上的分层开挖
为了防止塌方，横断面上的管沟开挖，边坡部分采取阶梯式放坡，先挖边坡顶层流泥、淤泥，自上而下分层开挖，最后开挖管沟最底层的基槽。根据边坡比确定每梯层管沟宽度;按泥面平均厚度8米考虑，分四层开挖，前三层每层厚度控制在2~2.5米，最后一层1米左右为基槽开挖，基槽在海底管道铺设前再进行挖除，以减少因管沟开挖时间过长，来不及铺管，而造成对成型管沟的回淤过大。
海底管线
图1管沟断面示意图
基槽
宽度
高差
1：7设计边坡线(部分土质1：4)
原泥面
2、管沟的质量控制
对预挖沟进行质量风险分析：管沟定位不准确、挖后的沟槽可能存在管沟深度不够或者超挖过多、管沟底不平、发生回淤过多现象，影响管道的正常铺设。相应采取如下的措施：
2.1施工前和施工过程中，采用先进的中海达RTK GPS系统进行定位，并及时对测量定位仪器进行检查和校核，以保证定位准确;
2.2分条分层进行开挖，避免出现过大回淤或者塌方;
2.3增加过程控制点，在管沟的第三层(共四层)开挖完成后，进行多波束及水砣自检，为最后一层的精挖提供数据;
2.4合理安排施工工序，在铺管前用小斗(6 m3)进行最后一层精挖，验收合格后，紧接着进行铺管，避免因管沟开挖时间过长，回淤过大。
3、管沟的检测
3.1管沟沟型的检测
管沟验收原计划主要采用多波束测深声纳系统，即在测量船上既要安装RTK双向定位接收机或DGPS系统，以提供坐标和潮汐数据，引导施工船舶作业外，还要加装可实时采集数据的高精度多波束回声测深仪，可以用图形的形式实时显示测量水域下管沟的形态。多波束测深的原理是通过多个换能器组成的阵列，同时发射和同时接收多个波束对海底进行条带式全覆盖测量，来达到测量海底地形地貌的目的。
但在实际挖沟过程中，由于在原海床面上存在一定的浮泥层，而浮泥的密度小于淤泥，在水下半封闭式抓斗挖泥下，不能成块进行清理干净，必然在挖泥的过程中，逐渐沉积到沟底，并且管沟边坡在海水的浸泡和冲刷中也会产生浮泥沉在沟底，这样就在沟底形成了1~2米左右悬浮的浮泥层。用多波束测深系统发射的波束在接触到浮泥层后，不能穿透浮泥层就进行反射，测量出的沟底深度只是到浮泥层表面，不能到有承载力的基槽，因此多波束测量只能测出管沟的沟型。
3.2管沟沟深的检测
沟深的测量采用水砣法进行测量，根据模拟实验和理论计算，我们采用重量为7公斤钢圆柱体(直径为5厘米，高为45.5厘米)作为砣体，直径2mm钢丝绳为测量绳，并在测量绳上间隔0.5米做刻度标识来制作水砣。经过水砣对沟底测深和潜水员下水探摸，验证水砣能达到基槽的持力层，能真实的反映沟深的实际。但用水砣法测深，受打水砣的人为因素及海潮潮流的客观因素影响，这就要求尽量在平潮时用固定的水砣工进行水砣测量，才能保证测量数据的准确性。
由此，得出了管沟检测用多波束声纳检测管沟沟型、水砣测沟深的方法。
4、效果检测
在海底管道铺设后，用管线仪对管线埋设情况进行检测，结果表明管线是铺设在设计路由上，并且管顶的标高加上管径之和与水砣测的沟深相比较，偏差在100mm~200mm之间，这就说明管线是落在基槽的持力层上，同时验证了多波束声纳测沟型，水砣测沟深的可行性。
结束语：
在西气东输二线海底管线管沟预挖沟的施工中，采用抓斗挖泥船和自航耙吸船分段、分条、分层阶梯式开挖，无论是从管沟的成型还是沟底的质量都是可以保证的，并且用多波束声纳测沟型，水砣测沟深的方案是行之有效的。
参考文献：
⑴、《自航耙吸式挖泥船艏吹施工工艺及效益分析》李国江、王会禹 中国海湾建设2009.10
⑵、《多波束测深关键技术研究》范震寰 南京航空航天大学 2005.12
