一种自钻无缆式海底变形长期观测装置的布放及回收方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自钻无缆式海底变形长期观测装置的布放及回收方法：(1)装配观测装置；(2)调查船到布放站位，将观测装置自由落体布放；(3)微钻头锥尖触底，启动微电机钻孔；(4)微电机预设工作2‑4分钟自停，变形测量缆完全垂直进入沉积物，海床基箱体卡在海床表面，完成现场布放；(5)调查船到布放站位，通过水声释放器甲板单元发送信号，打开本观测装置的水声释放器钩锁，释放挂在水声释放器钩锁上的弹簧扣；(6)弹簧扣被释放后，弹簧将支撑板向上顶开，同时将水密接插件分开，此时，本观测装置的回收部与留置部分离；(7)回收部上浮至海面回收。本发明专利技术提高了工作效率，降低了科研成本，减轻了现场观测工作的操作难度。

Arrangement and recovery method of long standing observation device for self drilling without cable type seabed deformation

The invention relates to a self drilling type submarine cable without deformation observation device placement and long-term recovery methods: (1) assembly observation device; (2) to survey ship laying stations will observation device free fall cloth; (3) micro drill tip cone bottom, start the motor (4 micro drilling; micro motor 2) preset 4 minutes from the stop, deformation measuring cable completely vertically into the sediment seabed based on the seabed surface card box, complete the site layout; (5) survey ship to distribution stations, releasing a signal transmitter deck unit by water, open the observation device of underwater acoustic release hook lock release hanging spring in acoustic release hook lock buckle on the buckle; (6) the spring is released, the spring support plate to open the top, at the same time will separate watertight connectors at this point, the recovery observation device and retaining part; (7) go up to the sea recovery recovery department. The invention improves the work efficiency, reduces the cost of scientific research, and reduces the operation difficulty of field observation work.

【技术实现步骤摘要】
一种自钻无缆式海底变形长期观测装置的布放及回收方法
本专利技术涉及一种自钻无缆式海底变形长期观测装置的布放及回收方法，属于海洋观测

技术介绍
在海岸带地区，泥沙经过河流的远距离输运快速沉降并堆积，在海洋水动力(波浪、海流、潮汐等)、土体自重及生物扰动下发生一系列的动态变化过程，包括沉积物固结压密过程、液化流变过程、侵蚀再悬浮运移过程，在这些过程中伴随着沉积物的成分、结构、物理力学性质和工程地质性质发生动态变化，进而引发海岸带侵蚀、港口淤积、海底滑坡、浊流等海洋地质灾害，从而对海上平台、海底管线、海底电缆等海洋工程设施造成巨大破坏。上述海洋地质灾害中，海底滑坡监测难度较大且危害惊人。然而，目前并没有理想的监测手段来获取海底滑坡的发生演变过程，严重制约了学者对其灾害机制的研究。海底滑坡是一种不同地层间的横向错动变形，通过布放垂向的变形测量管/缆/杆是最为直接、准确的观测方法。目前，此类设备主要可分为以三轴加速度传感器测量和光纤测量两类。其中，前者的典型代表为SAA阵列式位移计，是以一系列三轴加速度传感器串行连接，获取各个点的位移过程，进而获取整个横向变形观测过程。光纤测量可分为连续的分布式光纤测量以及FBG准分布式光纤测量，其功能与外部结构与SAA基本相同。然而，目前业界并没有理想的布放装置或方法，能够完成此类设备的海底原位布放。沉积物中的观测装置原位布放，常用的方法包括重力贯入、打桩贯入、钻孔贯入以及静力贯入。重力贯入是通过控制缆绳的下放速度，或精准计算贯入体的形态、浮重、重心位置，通过类似于自由落体的方法，控制贯入体进入沉积物的方法。其设备制造简单，但受到加工精度、计算误差、现场环境的影响，要如预期实现指定深度、姿态的贯入操作过程，难度极大。打桩贯入往往是先利用重力贯入方法使贯入体初步进入土体，而后通过内置或外接的打桩设备，通过反复打桩的方式，使贯入体到达指定深度；静力贯入借鉴海底静力触探技术，采用坐底式贯入平台，通过电机或液压机等驱动，利用机械手将贯入体送至沉积物中的指定位置。但是，打桩贯入与静力贯入方法均针对于刚性的海底观测探杆，难以对柔性的变形测量缆进行有效的操作。钻孔贯入借鉴以往的钻孔方法，在钻完孔之后将贯入体通过钻管顺入到海底沉积物中，而后通过回填，完成“贯入”过程。该方法稳定可靠，但成本高、时间长，且贯入体与沉积物的切合度非常差。对于变形测量缆一般采用的5m深度布放而言，传统的船载钻机打孔布放方式过程复杂、孔利用率极低，进而导致布放成本难以承受。目前，针对于柔性的变形测量缆，缺乏有效的原位布放装置及方法技术。严重制约了学者对于海底滑坡等重大地质灾害过程机制的研究，也对无法实现预警监测的海洋工程建设、海上生产等过程构成严重的潜在危害。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的是提供一种自钻无缆式海底变形长期观测装置的布放及回收方法，能够实现变形观测缆的海底沉积物原位布放，进而实现海底沉积物变形长期原位观测，获取海床液化、海底滑坡等地质灾害的动态变化原位观测数据，进而为为海上建设、工程安全、灾害预警以及科学研究提供服务。一种自钻无缆式海底变形长期观测装置的布放方法，具体为：步骤一：装配完成自钻无缆式海底变形长期观测装置，所述观测装置包括自下向上依次连接的钻头部分、变形测量缆和布放回收部分，所述布放回收部分包括留置部和回收部；所述钻头部分自下向上包括微钻头、支撑管和微控舱，所述支撑管和微控舱贯通连接，微控舱内设有微电机、微控电路及电池，微电机连接微控电路，电池为微电机及微控电路供电，微电机的旋转杆穿过支撑管并与微钻头连接从而带动微钻头的转动，所述支撑管的外周设有配重；所述留置部包括海床基箱体、弹簧和弹簧扣，所述海床基箱体的底部和顶部分别设有容许变形测量缆穿过的通孔，所述变形测量缆的顶端穿过海床基箱体后卡位并连接水密接插件I，海床基箱体的顶部还固定弹簧的一端和弹簧扣的拉绳，拉绳位于弹簧中央；所述回收部包括主控舱、浮体材料、水声定位器、信标机、水声释放器和支撑框架，所述主控舱内设有主控系统、数据采集系统、数据存储器、状态监测系统和电池，主控舱的外周套有浮体材料，主控舱的顶部设置水声定位器和信标机，水声定位器和信标机分别与主控系统连接，主控舱的底部设置水声释放器和水密接插件II，水声释放器和水密接插件II分别与主控系统和数据采集系统连接；主控舱的底部还设置支撑框架，所述支撑框架包括支撑板及连接支撑板和主控舱的支撑杆，水声释放器连接水声释放器钩锁，水声释放器钩锁正下方在支撑板上设有弹簧扣通孔；所述支撑板上还设有水密接插件通孔；所述留置部与回收部通过以下方式连接：水密接插件II从下方穿过水密接插件通孔与水密接插件I连接，弹簧扣从下方穿过弹簧扣通孔与水声释放器钩锁连接；步骤二：调查船到布放站位，将观测装置自由落体布放，在配重和浮体材料的共同作用下，观测装置自身充分调整整体姿态；步骤三：微钻头锥尖触底，启动微电机，开始打通钻孔，此时配重落底，在浮体材料作用下，观测装置整体仍保持垂直状态；伴随微钻头工作，带动变形测量缆垂直进入沉积物中；步骤四：微电机工作，预设工作2-4分钟自停，变形测量缆完全垂直进入沉积物，海床基箱体卡在海床表面，完成现场布放。微电机预设工作2-4分钟自停，理论上可以钻入6m以上，海床变形一般发生在3-5m内的浅表层沉积物，变形测量缆长度典型值为5m，足够完全进入沉积物。当浅地层因为滑坡等原因发生地层错动等横向变形时，在沉积物中垂直布放的变形测量缆随之发生姿态形变和弹性形变，变形测量缆顶端被海床基箱体卡在海床表面，形成稳定的海底被动变形观测。变形测量缆的形变数据被主控舱内的数据采集系统采集并存储在数据存储器中，等待回收。进一步地，所述步骤三中微钻头触底启动采用以下方法中的任一种：①在微钻头内设置触底开关，借用落地向上的推力启动开关；②在微钻头内设置压力传感器，设置微钻头的压力阈值，当微钻头触底时，压力值超过阈值，启动微钻头；③在微钻头内设置高度计，测量距底高度，设定高度小于0.1cm时，即认为坐底完成，启动微钻头；④在微钻头内设置水深测量仪，当水深数值稳定(变化小于0.1m)，即认为坐底成功，启动微钻头；⑤在微钻头内设置速度测量仪，下降速度减小至接近于0(可设定速度小于0.1m/s)，即认为坐底成功，启动微钻头；⑥在微钻头内设置加速度测量仪，加速度向上超过0.5m/s2，即可认为遭遇地面阻挡，坐底成功，启动微钻头。进一步地，所述步骤一中微控舱和配重均为圆柱体形，且外周长一致，且小于等于微钻头的最大周长，如此能最大程度避免钻入过程的阻力，保障钻入的顺利进行。进一步地，所述步骤一中弹簧扣通孔的下方设置弹簧保护罩，弹簧保护罩的一端固定于支撑板上，当弹簧扣从下方穿过弹簧扣通孔与水声释放器钩锁连接时，弹簧位于弹簧保护罩内。加上弹簧保护罩后，可以避免海水运动对弹簧造成直接冲击。进一步地，所述步骤一中支撑框架内设置两端分别固定于主控舱和支撑板上的水密接插件保护罩，水密接插件保护罩正对支撑板上的水密接插件通孔，水密接插件II位于水密接插件保护罩内；当水密接插件I从下方穿过水密接插件通孔与水密接插件II连接时，水密接插件I和水密接插件II均位于水密接插件保护罩内。加上水密接插件保护罩后，可以避免海本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自钻无缆式海底变形长期观测装置的布放方法，其特征在于，具体为：步骤一：装配完成自钻无缆式海底变形长期观测装置，所述观测装置包括自下向上依次连接的钻头部分、变形测量缆(9)和布放回收部分，所述布放回收部分包括留置部和回收部；所述钻头部分自下向上包括微钻头(20)、支撑管(23)和微控舱(19)，所述支撑管(23)和微控舱(19)贯通连接，微控舱(19)内设有微电机、微控电路及电池，微电机连接微控电路，电池为微电机及微控电路供电，微电机的旋转杆穿过支撑管(23)并与微钻头(20)连接从而带动微钻头(20)的转动，所述支撑管(23)的外周设有配重(10)；所述留置部包括海床基箱体(18)、弹簧(8)和弹簧扣(6)，所述海床基箱体(18)的底部和顶部分别设有容许变形测量缆(9)穿过的通孔，所述变形测量缆(9)的顶端穿过海床基箱体(18)后卡位并连接水密接插件I(16)，海床基箱体(18)的顶部还固定弹簧(8)的一端和弹簧扣(6)的拉绳(24)的一端，拉绳(24)位于弹簧(8)中央；所述回收部包括主控舱(12)、浮体材料(2)、水声定位器(1)、信标机(11)、水声释放器(3)和支撑框架，所述主控舱(12)内设有主控系统、数据采集系统、数据存储器、状态监测系统和电池，主控舱(12)的外周套有浮体材料(2)，主控舱(12)的顶部设置水声定位器(1)和信标机(11)，水声定位器(1)和信标机(11)分别与主控系统连接，主控舱(12)的底部设置水声释放器(3)和水密接插件II(13)，水声释放器(3)和水密接插件II(13)分别与主控系统和数据采集系统连接；主控舱(12)的底部还设置支撑框架，所述支撑框架包括支撑板(17)及连接支撑板(17)和主控舱(12)的支撑杆，水声释放器(3)连接水声释放器钩锁(5)，水声释放器钩锁(5)正下方在支撑板(17)上设有弹簧扣通孔(21)；所述支撑板(17)上还设有水密接插件通孔(22)；所述留置部与回收部通过以下方式连接：水密接插件II(13)从下方穿过水密接插件通孔(22)与水密接插件I(16)连接，弹簧扣(6)从下方穿过弹簧扣通孔(21)与水声释放器钩锁(5)连接；步骤二：调查船到布放站位，将观测装置自由落体布放，在配重(10)和浮体材料(2)的共同作用下，观测装置自身充分调整整体姿态；步骤三：微钻头(20)锥尖触底，启动微电机，开始打通钻孔，此时配重(10)落底，在浮体材料(2)作用下，观测装置整体仍保持垂直状态；伴随微钻头(20)工作，带动变形测量缆(9)垂直进入沉积物中；步骤四：微电机工作，预设工作2‑4分钟自停，变形测量缆完全垂直进入沉积物，海床基箱体卡在海床表面，完成现场布放。...

【技术特征摘要】
1.一种自钻无缆式海底变形长期观测装置的布放方法，其特征在于，具体为：步骤一：装配完成自钻无缆式海底变形长期观测装置，所述观测装置包括自下向上依次连接的钻头部分、变形测量缆(9)和布放回收部分，所述布放回收部分包括留置部和回收部；所述钻头部分自下向上包括微钻头(20)、支撑管(23)和微控舱(19)，所述支撑管(23)和微控舱(19)贯通连接，微控舱(19)内设有微电机、微控电路及电池，微电机连接微控电路，电池为微电机及微控电路供电，微电机的旋转杆穿过支撑管(23)并与微钻头(20)连接从而带动微钻头(20)的转动，所述支撑管(23)的外周设有配重(10)；所述留置部包括海床基箱体(18)、弹簧(8)和弹簧扣(6)，所述海床基箱体(18)的底部和顶部分别设有容许变形测量缆(9)穿过的通孔，所述变形测量缆(9)的顶端穿过海床基箱体(18)后卡位并连接水密接插件I(16)，海床基箱体(18)的顶部还固定弹簧(8)的一端和弹簧扣(6)的拉绳(24)的一端，拉绳(24)位于弹簧(8)中央；所述回收部包括主控舱(12)、浮体材料(2)、水声定位器(1)、信标机(11)、水声释放器(3)和支撑框架，所述主控舱(12)内设有主控系统、数据采集系统、数据存储器、状态监测系统和电池，主控舱(12)的外周套有浮体材料(2)，主控舱(12)的顶部设置水声定位器(1)和信标机(11)，水声定位器(1)和信标机(11)分别与主控系统连接，主控舱(12)的底部设置水声释放器(3)和水密接插件II(13)，水声释放器(3)和水密接插件II(13)分别与主控系统和数据采集系统连接；主控舱(12)的底部还设置支撑框架，所述支撑框架包括支撑板(17)及连接支撑板(17)和主控舱(12)的支撑杆，水声释放器(3)连接水声释放器钩锁(5)，水声释放器钩锁(5)正下方在支撑板(17)上设有弹簧扣通孔(21)；所述支撑板(17)上还设有水密接插件通孔(22)；所述留置部与回收部通过以下方式连接：水密接插件II(13)从下方穿过水密接插件通孔(22)与水密接插件I(16)连接，弹簧扣(6)从下方穿过弹簧扣通孔(21)与水声释放器钩锁(5)连接；步骤二：调查船到布放站位，将观测装置自由落体布放，在配重(10)和浮体材料(2)的共同作用下，观测装置自身充分调整整体姿态；步骤三：微钻头(20)锥尖触底，启动微电机，开始打通钻孔，此时配重(10)落底，在浮体材料(2)作用下，观测装置整体仍保持垂直状态；伴随微钻头(20)工作，带动变形测量缆(9)垂直进入沉积物中；步骤四：微电机工作，预设工作2-4分钟自停，变形测量缆完全垂直进入沉积物，海床基箱体卡在海床表面，完成现场布放。2.根据权利要求1所述的自钻无缆式海底变形长期观测装置的布放方法，其特征在于，所述步骤三中微钻头(20)触底启动采用以下方法中的任一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭磊，叶思源，袁红明，赵广明，裴绍峰，王锦，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37