一种桥梁沉井水下三维机械扫描声呐监测方法技术

本发明专利技术公开了一种桥梁沉井水下三维机械扫描声呐监测方法，属于桥梁沉井基础下沉施工中监测方法领域，包括以下步骤：选择未施工沉井隔仓，将三维机械扫描声呐下放至水下，进行扫测；对三维机械扫描声呐采集的数据采用处理软件进行拼图和除噪，得到三维点云立体图像；在三维点云立体图像中获取所需信息。沉井水下情况控制至关重要，本发明专利技术针对测绳法的缺陷，提供一种客观合理，科学可靠，能够应用于大型沉井基础不排水下沉施工中水下监测方法。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁沉井水下三维机械扫描声呐监测方法
本专利技术属于桥梁沉井基础下沉施工中监测方法领域，适用于大型沉井基础不排水下沉施工。
技术介绍
1)传统沉井下沉中监测工艺：沉井基础为桥梁基础施工中重要的结构物。对于大型沉井基础采用多次接高多次下沉的工艺，前期一般采用排水辅助下沉方式，后期地下水位较高，且土压力较大，为保证沉井安全需采用不排水下沉。沉井不排水下沉中首先采取适当的方法开挖井底泥面，为确保沉井井壁刃脚不翻砂，井壁刃脚处必须有一定的埋深，一般在每个隔仓的角点和中点处布置测绳，按照一定监测频率进行人工测量。沉井下沉就位后，进行清基，经基底检验合格后应及时封底。沉井封底前先用碎石找平，碎石找平层从一端井孔往另外一端井孔方向一次性填充成型。封底混凝土分两次进行，按照先两边后中间，对称、同步顺序进行。在沉井的清基、碎石找平、混凝土浇筑中采用井内纵横向按固定间距布置观测点，利用测绳在沉井内进行底面标高控制，同时推算隔墙及刃脚下底面情况，严格控制沉井刃脚高程、浇筑厚度、底面平整度。2)传统施工工艺的局限性：沉井基础不排水下沉中，对井底泥面、井壁埋深、底面平整度等的监测采用传统的测绳法。譬如以某次沉井下沉监测为例，在每个隔仓角点和中点布置测绳，一共布置8个测点，共计384个点，监测频率为1次/6h。沉井下沉就位后续工序中，隔仓内采用纵横向2m间距布置测点，采用吊篮人工打点测量。首先，采集数据工作量繁重，需要耗费大量人力和时间；其次测绳测量只能测量有代表性的角点、中点、指定点，基本都是以点代面，测量不够精确。再次，沉井井壁接高一般采用阶梯型，测绳无法垂直落底测量刃脚和隔墙处底面情况，测绳法误差较大。最后，测绳法测得沉井水下状况无法直接反馈出来，只能靠抽象的数据反推出来，不能准确判断沉井底面状态，不能精确化、可视化指导施工。该工艺局限性较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：沉井水下情况控制至关重要，本专利技术的目的是针对以上测绳法的缺陷，提供一种客观合理，科学可靠，能够应用于大型沉井基础不排水下沉施工中水下监测方法。本专利技术目的通过下述技术方案来实现：一种桥梁沉井水下三维机械扫描声呐监测方法，包括以下步骤：1)选择未施工沉井隔仓，将三维机械扫描声呐下放至水下，并距离地面*～*m处固定，三维机械扫描声呐的水听器绕水平坐标轴机械旋转，固定声呐发射频率和声速，当发射频率为1.35MHz时，声速设置在1470±*m/s(如果所选择的三维机械扫描声呐的发射频率为其他频率，则参照该声速频率比率进行其声速的设置)，声呐信号范围设置在0.4-15m之间，选择球形扫描模式，扫描速度设置在0.5°/s或1°/s，水平方向扫描360°，竖直方向设置四个角度分别为+45°、+15°、-15°和-45°，且至少一个角度覆盖沉井隔仓中剪力键位置，每次扫测固定竖直方向角度，水平方向旋转360°；2)对三维机械扫描声呐采集的数据采用处理软进行拼图和除噪，得到三维点云立体图像；3)在三维点云立体图像中，识别沉井隔仓中剪力键位置，并以该位置作为特征高度：Ⅰ)沉井下沉底部吸泥工序中，从三维点云立体图像中了解泥面分布，合理布置吸泥区，并以沉井隔仓中剪力键位置作为特征高度获得泥面各点高度，同时放大观察三维点云立体图像中沉井隔仓图像特征和泥面图像特征，以两种特征图像区域交界处为沉井井壁刃脚埋入边界，由此判断刃脚和隔墙埋深；Ⅱ)碎石找平层工序中，从三维点云立体图像中了解碎石找平层分布情况，合理布置吹填区，并以沉井隔仓中剪力键位置作为特征高度获得碎石面各点高度，同时放大观察三维点云立体图像中沉井隔仓图像特征和碎石面图像特征，以两种特征图像区域交界处为沉井井壁刃脚埋入边界，由此判断刃脚和隔墙碎石是否填充到位；Ⅲ)水下混凝土浇筑工序中，从三维点云立体图像中了解水下混凝土浇筑情况，合理布置浇筑导管，并以沉井隔仓中剪力键位置作为特征高度获得混凝土面各点高度，同时放大观察三维点云立体图像中沉井隔仓图像特征和混凝土面图像特征，以两种特征图像区域交界处为沉井井壁刃脚埋入边界，由此判断混凝土到边情况及浇筑混凝土平整度；4)重复1)至3)步骤，逐一扫描各个沉井隔仓。作为选择，三维机械扫描声呐的发射频率为1.35MHz，声速设置在1470m/s，声呐信号范围设置在0.4-15m之间，选择球形扫描模式，扫描速度设置在0.5°/s，水平方向扫描360°，竖直方向设置四个角度分别为+45°、+15°、-15°和-45°。作为选择，各个沉井隔仓中剪力键到刃脚的高度一致均为H，三维点云立体图像中沉井井壁刃脚埋入边界某点至特征高度的距离为L，则该点的沉井井壁刃脚埋入深度h＝H-L。作为选择，结合三维点云立体图像中泥面的直观图像和泥面各点高度的数据均匀程度判断泥面分布情况。该方案中，通过图像直观观察泥面分布情况，同时泥面各点高度的数据越均匀也就也平整，反之则越不均匀就越不平整。作为选择，结合三维点云立体图像中碎石面的直观图像和碎石面各点高度的数据均匀程度判断碎石找平层分布情况。该方案中，通过图像直观观察碎石面分布情况，同时碎石面各点高度的数据越均匀也就也平整，反之则越不均匀就越不平整。作为选择，结合三维点云立体图像中混凝土面的直观图像和混凝土面各点高度的数据均匀程度判断混凝土浇筑情况。该方案中，通过图像直观观察混凝土面分布情况，同时混凝土面各点高度的数据越均匀也就也平整，反之则越不均匀就越不平整。前述本专利技术主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本专利技术可采用并要求保护的方案；且本专利技术，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本专利技术方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本专利技术所要保护的技术方案，在此不做穷举。本专利技术中，利用三维机械扫描声呐所形成的三维点云立体图像的可视化特点，可以直观地观察泥面分布、碎石找平层分布情况和水下混凝土浇筑情况；同时利用不同物体表面在三维点云立体图像产生的图像特征具有明显区别的特点，以及各个沉井隔仓中剪力键形状和高度一致的特点，能够在三维点云立体图像中迅速准确地识别出沉井隔仓中剪力键位置，并以该位置作为特征高度，从三维点云立体图像中直接得到泥面、碎石面和混凝土面各点到该特征高度的距离，得到各点的高度，并以各点高度的均匀程度，判断泥面、碎石面和混凝土面的分布情况。同时，利用不同物体表面在三维点云立体图像产生的图像特征具有明显区别的特点，放大观察沉井隔仓图像特征和泥面、碎石面或混凝土面图像特征，以两种特征图像区域交界处为沉井井壁刃脚埋入边界，即可得出沉井井壁刃脚埋入边界各点到该特征高度的距离，得到各点的高度，即沉井井壁刃脚埋入埋入深度。本专利技术的有益效果：采用新型大型沉井不排水下沉水下监测方法----一种桥梁沉井水下三维机械扫描声呐监测方法，克服了之前采用的测绳法中的缺点，通过水下成像能够看到整个沉井隔仓底面及井壁的状态，可以判断刃脚埋深及悬空状态，碎石找平层及水下混凝土是否填充到位；采用该监测方法能够减少测量人员、减少数据采集的工作量、缩短数据采集时间、减小测量误差，可以精确化、可视化指导施工，能够全面的掌握沉井底面状态。尤其是在下沉困难或沉井入岩时，不再需要潜水员下水探摸，避免了由此带来的安全隐患。本专利技术能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥梁沉井水下三维机械扫描声呐监测方法，其特征在于包括以下步骤：1)选择未施工沉井隔仓，将三维机械扫描声呐下放至水下，并距离地面*～*m处固定，三维机械扫描声呐的水听器绕水平坐标轴机械旋转，固定声呐发射频率和声速，当发射频率为1.35MHz时，声速设置在1470±*m/s，声呐信号范围设置在0.4‑15m之间，选择球形扫描模式，扫描速度设置在0.5°/s或1°/s，水平方向扫描360°，竖直方向设置四个角度分别为+45°、+15°、‑15°和‑45°，且至少一个角度覆盖沉井隔仓中剪力键位置，每次扫测固定竖直方向角度，水平方向旋转360°；2)对三维机械扫描声呐采集的数据采用处理软进行拼图和除噪，得到三维点云立体图像；3)在三维点云立体图像中，识别沉井隔仓中剪力键位置，并以该位置作为特征高度：Ⅰ)沉井下沉底部吸泥工序中，从三维点云立体图像中了解泥面分布，合理布置吸泥区，并以沉井隔仓中剪力键位置作为特征高度获得泥面各点高度，同时放大观察三维点云立体图像中沉井隔仓图像特征和泥面图像特征，以两种特征图像区域交界处为沉井井壁刃脚埋入边界，由此判断刃脚和隔墙埋深；Ⅱ)碎石找平层工序中，从三维点云立体图像中了解碎石找平层分布情况，合理布置吹填区，并以沉井隔仓中剪力键位置作为特征高度获得碎石面各点高度，同时放大观察三维点云立体图像中沉井隔仓图像特征和碎石面图像特征，以两种特征图像区域交界处为沉井井壁刃脚埋入边界，由此判断刃脚和隔墙碎石是否填充到位；Ⅲ)水下混凝土浇筑工序中，从三维点云立体图像中了解水下混凝土浇筑情况，合理布置浇筑导管，并以沉井隔仓中剪力键位置作为特征高度获得混凝土面各点高度，同时放大观察三维点云立体图像中沉井隔仓图像特征和混凝土面图像特征，以两种特征图像区域交界处为沉井井壁刃脚埋入边界，由此判断混凝土到边情况及浇筑混凝土平整度；4)重复1)至3)步骤，逐一扫描各个沉井隔仓。...

【技术特征摘要】
1.一种桥梁沉井水下三维机械扫描声呐监测方法，其特征在于包括以下步骤：1)选择未施工沉井隔仓，将三维机械扫描声呐下放至水下，并距离地面*～*m处固定，三维机械扫描声呐的水听器绕水平坐标轴机械旋转，固定声呐发射频率和声速，当发射频率为1.35MHz时，声速设置在1470±*m/s，声呐信号范围设置在0.4-15m之间，选择球形扫描模式，扫描速度设置在0.5°/s或1°/s，水平方向扫描360°，竖直方向设置四个角度分别为+45°、+15°、-15°和-45°，且至少一个角度覆盖沉井隔仓中剪力键位置，每次扫测固定竖直方向角度，水平方向旋转360°；2)对三维机械扫描声呐采集的数据采用处理软进行拼图和除噪，得到三维点云立体图像；3)在三维点云立体图像中，识别沉井隔仓中剪力键位置，并以该位置作为特征高度：Ⅰ)沉井下沉底部吸泥工序中，从三维点云立体图像中了解泥面分布，合理布置吸泥区，并以沉井隔仓中剪力键位置作为特征高度获得泥面各点高度，同时放大观察三维点云立体图像中沉井隔仓图像特征和泥面图像特征，以两种特征图像区域交界处为沉井井壁刃脚埋入边界，由此判断刃脚和隔墙埋深；Ⅱ)碎石找平层工序中，从三维点云立体图像中了解碎石找平层分布情况，合理布置吹填区，并以沉井隔仓中剪力键位置作为特征高度获得碎石面各点高度，同时放大观察三维点云立体图像中沉井隔仓图像特征和碎石面图像特征，以两种特征图像区域交界处为沉井井壁刃脚埋入边界，由此判断刃脚和隔墙碎石是否填充到位；Ⅲ)水下混凝土浇筑工序中，从三维点云立体图像中了解水...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟永新，潘桂林，何超，魏湛力，王通，康路遥，刘昌昌，
申请(专利权)人：中交二航局第四工程有限公司，武汉长江航道救助打捞局，中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34