大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，包括动力定位系统、系泊系统、GPS定位装置、C型浮式防波堤和控制平台。动力定位系统由多个定位船组成。系泊系统由多个系泊缆、力传感器和力调节器组成，系泊缆两端分别固定在预制基础和定位船上，在系泊缆上布置力传感器和力调节器。GPS定位装置布置在预制基础顶面多个控制点上。C型浮式防波堤由多组锚固于海床上的浮式消浪单元连接组成，布置在动力定位系统外围海域迎浪方向。控制平台由信息采集系统和分析控制系统组成，信息采集系统无线传输采集和接收预制基础运动和系泊缆轴力的实时响应，分析控制系统通过力调节器多点同步调节系泊缆轴力，将预制基础控制在定位沉放预设位置范围内。

【技术实现步骤摘要】
大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统
本专利技术涉及桥梁工程
，尤其是一种大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统。
技术介绍
随着桥梁建设从内陆向外海发展，桥梁建设条件越来越复杂。如日本的明石海峡大桥通航净空1500m×65m，海峡中央最大水深110m，主塔处水深达45m，海域最大海流流速达到4.5m/s，索塔基础采用直径80m、高70m的圆形设置双壁钢沉箱基础，总重量达到19000吨。希腊的里翁-安蒂里翁大桥通航净空300m×65m，科林斯海湾水深达到65m，海流最大流速也超过4m/s，大桥主塔采用90m直径沉箱基础。上述跨海桥梁处于近海，虽然水很深，海流影响大，但波浪影响较小。但是，对于外海海峡修建的跨海桥梁，如我国规划建设的琼州海峡大桥，主通航孔的通航净空达到2650m×73m，工程海域不仅水深、流急，而且波浪巨大，观测到的最大波高已超过12m。如果在琼州海峡建设跨海大桥，桥梁的基础规模巨大，基础施工期波浪影响很大。我国的台湾海峡、印尼的巽他海峡上修建跨海桥梁，也将面临同样严峻的挑战。外海跨海大桥的基础规模很大，一般采用预制基础。在预制基础的定位沉放过程中，波浪、海流影响很大，很难获得较长时间的良好海况作为施工窗口期，预制基础的高精度定位沉放和施工安全面临巨大的挑战。因此，跨海桥梁深水预制基础定位沉放过程中，迫切需要研发定位沉放控制系统，有效控制预制基础在波浪、海流作用下的运动，确保预制基础的施工安全和定位精度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的是为解决现有技术的不足，提供一种用于大型桥梁深水预制基础定位沉放的控制系统，以确保预制基础的高精度定位沉放和施工安全。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，该系统包括动力定位系统1、系泊系统2、GPS定位装置3、C型浮式防波堤4和控制平台5，其中：动力定位系统1包括N个定位船6，其中2n个定位船6沿波浪主导方向对称布置在预制基础7两侧，N为大于或等于4的自然数，n为大于或等于1的自然数；系泊系统2包括M个系泊缆8、M个力传感器9和M个力调节器10，其中M为大于或等于N的自然数；系泊缆8两端分别固定在预制基础7和定位船6上，在系泊缆8上布置力传感器9和力调节器10；GPS定位装置3布置在预制基础7顶面K个控制点上，同步监测预制基础7下沉过程中K个控制点的三维坐标实时动态信息，其中K为大于或等于4的自然数；C型浮式防波堤4布置在动力定位系统1外围海域迎浪方向，由多组按C字型排列的浮式消浪单元11连接组成，用以改善预制基础7施工窗口期的波浪影响；控制平台5包括信息采集系统15和分析控制系统16，均安装在定位船6上，控制预制基础7定位沉放在预设位置范围内。上述方案中，所述系泊系统2中的力传感器9是用来实时监测系泊缆8轴力大小变化的装置，所述系泊系统2中的力调节器10通过控制卷扬机实现对系泊缆8轴力的调节。上述方案中，所述GPS定位装置3实时监测预制基础7下沉过程中K个控制点的三维坐标实时动态信息，进而获取预制基础7下沉过程中的实时动态运动响应。上述方案中，所述C型浮式防波堤4中的浮式消浪单元11通过锚固装置12锚固在海床上。上述方案中，所述C型浮式防波堤4的宽度D为浮式消浪单元11宽度A的2～3倍，浮式消浪单元11的宽度A为波浪的波长L的1/10～1/2，浮式消浪单元11的高度B为波浪的波高H的1/2～2倍，其中水面以上高度b为总高度B的1/3～1/2。上述方案中，所述C型浮式防波堤4中，每个消浪单元11具有侧面开孔的消浪隔室13，在消浪隔室13内设置有隔板，隔板上随机布置有多个消浪孔，并且在消浪隔室13内填充有消浪材料14。上述方案中，当波浪通过C型浮式防波堤4中的消浪单元11时，消浪隔室13隔板上随机布置的消浪孔和消浪隔室13内的消浪材料14能够将波浪水质点的运动轨迹打乱，波浪运动能量被耗散，经过多个消浪单元11的逐步耗能，最终通过C型浮式防波堤4的波浪波高被大幅减小，波浪能量大幅降低，进而能够显著改善预制基础7施工窗口期的波浪影响。上述方案中，所述信息采集系统15通过无线方式采集GPS定位装置3监测的预制基础7下沉过程中K个控制点的三维坐标实时动态信息，以及力传感器9同步监测的M个系泊缆8轴力实时信息。上述方案中，所述分析控制系统16在分析预测预制基础7的纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇运动和M个系泊缆8轴力实时响应的基础上，通过力调节器10控制卷扬机实现多点同步调节M个系泊缆8轴力来控制预制基础7的运动响应，最终将预制基础7定位沉放在预设位置范围内。(三)有益效果本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，其有益效果是：1、本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，C型浮式防波堤通过多个消浪单元中消浪隔室隔板上随机布置的消浪孔和消浪隔室内的消浪材料耗散波浪运动能量，能够显著改善预制基础施工窗口期的波浪影响，保障预制基础施工过程的安全性，提高预制基础的定位沉放精度。2、本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，通过信息采集系统实时监测预制基础的纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇运动和M个系泊缆轴力响应，分析控制系统在分析预测的基础上，通过力调节器多点同步调节M个系泊缆轴力来控制预制基础的运动响应，最终将预制基础定位沉放在预设位置范围内。3、本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，适用于深水海域预制基础的定位沉放施工，具有较高的安全可靠性，经济性好，实用性强，应用范围广。附图说明图1为本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统的平面布置示意图；图2为本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统的立面布置示意图；图3为本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统中浮式防波堤大样1的示意图；图4为本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统中浮式消浪单元一种形式的示意图；图5为本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统中控制平台的工作示意图；附图中标记如下：1动力定位系统；2系泊系统；3GPS定位装置；4C型浮式防波堤；5控制平台；6定位船；7预制基础；8系泊缆；9力传感器；10力调节器；11浮式消浪单元；12锚固装置；13消浪隔室；14消浪材料；15信息采集系统；16分析控制系统。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1、图2所示，本专利技术提供的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，包括动力定位系统1、系泊系统2、GPS定位装置3、C型浮式防波堤4和控制平台5。其中，动力定位系统1包括N个定位船6，其中2n个定位船6沿波浪主导方向对称布置在预制基础7两侧，N为大于或等于4的自然数，n为大于或等于1的自然数。系泊系统2包括M个系泊缆8、M个力传感器9和M个力调节器10，其中M为大于或等于N的自然数；系泊缆8两端分别固定在预制基础7和定位船6上，在系泊缆8上布置力传感器9和力调节器10，力传感器9用来实时监测系泊缆8轴力的大小变化，力调节器10通过控制卷扬机实现对系泊缆8轴力的调节。GPS定位装置3布置在预制基础7顶面K个控制点上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，其特征在于，该系统包括动力定位系统(1)、系泊系统(2)、GPS定位装置(3)、C型浮式防波堤(4)和控制平台(5)，其中：动力定位系统(1)包括N个定位船(6)，其中2n个定位船(6)沿波浪主导方向对称布置在预制基础(7)两侧，N为大于或等于4的自然数，n为大于或等于1的自然数；系泊系统(2)包括M个系泊缆(8)、M个力传感器(9)和M个力调节器(10)，其中M为大于或等于N的自然数；系泊缆(8)两端分别固定在预制基础(7)和定位船(6)上，在系泊缆(8)上布置力传感器(9)和力调节器(10)；GPS定位装置(3)布置在预制基础(7)顶面K个控制点上，同步监测预制基础(7)下沉过程中K个控制点的三维坐标实时动态信息，其中K为大于或等于4的自然数；C型浮式防波堤(4)布置在动力定位系统(1)外围海域迎浪方向，由多组按C字型排列的浮式消浪单元(11)连接组成，用以改善预制基础(7)施工窗口期的波浪影响；控制平台(5)包括信息采集系统(15)和分析控制系统(16)，均安装在定位船(6)上，控制预制基础(7)定位沉放在预设位置范围内。

【技术特征摘要】
1.一种大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，其特征在于，该系统包括动力定位系统(1)、系泊系统(2)、GPS定位装置(3)、C型浮式防波堤(4)和控制平台(5)，其中：动力定位系统(1)包括N个定位船(6)，其中2n个定位船(6)沿波浪主导方向对称布置在预制基础(7)两侧，N为大于或等于4的自然数，n为大于或等于1的自然数；系泊系统(2)包括M个系泊缆(8)、M个力传感器(9)和M个力调节器(10)，其中M为大于或等于N的自然数；系泊缆(8)两端分别固定在预制基础(7)和定位船(6)上，在系泊缆(8)上布置力传感器(9)和力调节器(10)；GPS定位装置(3)布置在预制基础(7)顶面K个控制点上，同步监测预制基础(7)下沉过程中K个控制点的三维坐标实时动态信息，其中K为大于或等于4的自然数；C型浮式防波堤(4)布置在动力定位系统(1)外围海域迎浪方向，由多组按C字型排列的浮式消浪单元(11)连接组成，用以改善预制基础(7)施工窗口期的波浪影响；控制平台(5)包括信息采集系统(15)和分析控制系统(16)，均安装在定位船(6)上，控制预制基础(7)定位沉放在预设位置范围内。2.根据权利要求1所述的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，其特征在于，所述系泊系统(2)中的力传感器(9)是用来实时监测系泊缆(8)轴力大小变化的装置，所述系泊系统(2)中的力调节器(10)通过控制卷扬机实现对系泊缆(8)轴力的调节。3.根据权利要求1所述的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，其特征在于，所述GPS定位装置(3)实时监测预制基础(7)下沉过程中K个控制点的三维坐标实时动态信息，进而获取预制基础(7)下沉过程中的实时动态运动响应。4.根据权利要求1所述的大型桥梁深水预制基础定位沉放控制系统，其特征在于，所述C型浮式防波堤(4)中的浮式消浪单元(11)通过锚固装置(12)锚固...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高，张喜刚，刘天成，陈上有，程潜，
申请(专利权)人：中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11