沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法，包括管节移动端模型、管节固定端模型、试验水池、移动机构以及控制端，所述管节固定端模型安装在试验水池的内部并位于水面以下，所述移动机构安装在试验水池的上方，管节移动端模型连接所述移动机构并能够在移动机构的驱使下调节与管节固定端模型在水平方向和竖直方向的距离；所述管节移动端模型上设置有发射机构，所述管节固定端模型上设置有测量机构，所述控制端分别与发射机构、测量机构、移动机构信号连接，本发明专利技术通过远距离水声导引系统以及近距离位移监测系统，模拟监测管节对接过程实时姿态信息，实现了对沉管管节沉放对接高精度、多尺度的全过程实时监测模拟。模拟。模拟。

【技术实现步骤摘要】
沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法


[0001]本专利技术涉及沉管隧道施工
，具体地，涉及一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法。

技术介绍

[0002]在大型的水下隧道工程中，沉管法隧道由于工期最短、隧道延长最短、地质条件制约小，几乎不受地质条件限制等优点在国内越来越广泛地得到应用。管节沉放对接是沉管隧道施工关键工序之一。
[0003]目前，管节沉放对接过程所用到的主要测量方法有：高精度光学测量法、测量塔定位法、水下声呐测量定位法、水下拉线定位法等，单一的光学或声学测量方法在水下监测过程中普遍存在偏差大、效率低等问题。研发高精度水下沉放对接监测技术对于改善复杂水下环境中施工安全风险、提高沉管隧道等水下工程的施工效率具有重要的意义。
[0004]专利文献CN108385728A公开了一种沉管隧道顶推式最终接头及其对接施工方法，该顶推式最终接头包括设置于待安装管段的连接承口，连接承口内套接有顶进管节；还包括顶推件，连接承口内设有可容纳顶推件的空腔，空腔内预埋有注浆管；进一步包括止水组件，止水组件包括三道止水带，第一道止水带设置于顶进管节被推出端的端面，第二道止水带和第三道止水带均设置于顶进管节外周；第二道止水带可随顶进管节的推出而伸长，第二道止水带的一端固接于顶进管节，另一端固接于连接承口，第三道止水带套接于顶进管节与连接承口之间，但该对接的结构具有特殊性，对沉管隧道水下智能对接不具有普适性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置，包括管节移动端模型、管节固定端模型、试验水池、移动机构以及控制端；
[0007]所述管节固定端模型安装在试验水池的内部并位于水面以下，所述移动机构安装在试验水池的上方，管节移动端模型连接所述移动机构并能够在移动机构的驱使下调节与管节固定端模型在水平方向和竖直方向的距离；
[0008]所述管节移动端模型上设置有发射机构，所述管节固定端模型上设置有测量机构，所述控制端分别与发射机构、测量机构、移动机构信号连接。
[0009]优选地，所述管节移动端模型上设置有测量杆，测量杆用于测量管节移动端模型顶部离试验水池水面的距离；
[0010]所述测量杆的底部安装在管节移动端模型上，所述测量杆的顶部为自由端并延伸到水面的上方。
[0011]优选地，所述测量机构包括摄像水箱、五元十字阵、测距声呐、声波反射板以及移动端支撑架，所述摄像水箱、五元十字阵、测距声呐、声波反射板均安装在移动端支撑架上；
[0012]所述发射机构包括激光发射器、发射声呐以及固定端支撑架，所述激光发射器、发射声呐均安装在固定端支撑架上；
[0013]当管节移动端模型运动到与管节固定端模型水平方向正对位置时：
[0014]所述五元十字阵与发射声呐相对应并构成远距离水声导引系统，五元十字阵位于发射声呐和声波反射板之间；所述激光发射器与摄像水箱相对应，所述激光发射器与摄像水箱、测距声呐共同构成近距离位移监测系统；其中：
[0015]远距离水声导引系统用于检测管节移动端模型沉放过程中的实时姿态，近距离位移监测系统用于监测管节移动端模型在模拟管节对接过程中的实时姿态。
[0016]优选地，所述摄像水箱、五元十字阵、测距声呐、激光发射器、发射声呐均与外部电源和控制端电连接。
[0017]优选地，所述测量机构包括4个摄像水箱、2个五元十字阵、1个测距声呐以及2个声波反射板；
[0018]所述测距声呐安装在移动端支撑架的上部并布置在中轴线上，2个摄像水箱依次安装在测距声呐的一侧，另2个摄像水箱依次安装在测距声呐的另一侧且4个摄像水箱相对于中轴线呈对称布置；
[0019]2个五元十字阵安装在移动端支撑架的下部且相对于中轴线呈对称布置，五元十字阵的后方布置声波反射板且声波反射板尺寸覆盖五元十字阵。
[0020]优选地，所述发射机构包括4个激光发射器以及2个发射声呐；
[0021]当管节移动端模型运动到与管节固定端模型水平方向正对位置时，4个激光发射器的位置分别与4个摄像水箱的位置一一对应；
[0022]2个发射声呐的位置分别与2个五元十字阵的位置一一对应。
[0023]优选地，所述移动端支撑架、固定端支撑架均采用铝型材制作。
[0024]优选地，所述移动机构采用桁车配合轨道的结构；或者采用吊顶式葫芦驱动结构。
[0025]优选地，所述控制端采用计算机，所述管节固定端模型通过拉索安装在试验水池的内部。
[0026]根据本专利技术提供的一种沉管隧道水下智能对接监测试验方法，包括如下步骤：
[0027]S1:基于沉管隧道管节端面实际尺寸，制作移动端支撑架作为管节移动端模型的承载架，制作固定端支撑架作为管节固定端模型的承载架；
[0028]S2:在移动端支撑架上布置4个摄像水箱、2个五元十字阵、1个测距声呐以及2个声波反射板，在固定端支撑架上布置4个激光发射器以及2个发射声呐，其中，五元十字阵与发射声呐一一对应并构成远距离水声导引系统，远距离水声导引系统用于检测管节移动端模型沉放过程中的实时姿态，摄像水箱、测距声呐分别与激光发射器对应并共同构成近距离位移监测系统，用于监测管节移动端模型在模拟管节对接过程中的实时姿态；
[0029]S3：所述管节固定端模型被固定在试验水池的池壁上且顶端设置在水下M1深度，在管节移动端模型的顶面两端分别安装测量杆，用于读取管节移动端模型的入水深度，管节移动端模型通过连接件安装在试验水池上面的移动机构上，所述管节移动端模型与管节固定端模型的位置沿水平方向设置距离为M2，利用移动机构平移控制管节移动端模型靠拢所述管节固定端模型，通过对连接件施力控制管节移动端模型升降模拟管节沉放过程；
[0030]S4:控制管节移动端模型缓慢下沉至管节移动端模型的顶端与水面齐平，此处为
管节移动端模型的初始位置，通过控制端记录五元十字阵的测量数据，通过移动机构驱使管节移动端模型靠近管节固定端模型运动直至控制端接收不到测量数据，记录此时管节移动端模型的位置；
[0031]S5:将所述管节移动端模型调整至初始位置，控制管节移动端模型1缓慢下沉至管节移动端模型的顶端距离水面M3，3M3≤M1，记录控制端中接收到的五元十字阵和测距声呐测量数据，并控制管节移动端模型1朝向管节固定端模型移动距离L，记录五元十字阵和测距声呐测量数据；控制管节移动端模型再下沉M3，并控制管节移动端模型再朝向管节固定端模型移动距离L，再次记录五元十字阵和测距声呐测量数据，验证五元十字阵和测距声呐测量精度；
[0032]S6:在S5的基础上，控制管节移动端模型缓慢下沉M4，此时激光发射器所发射的垂直激光束打不到摄像水箱上，控制端接收不到来自摄像水箱的测量数据，通过移动机构驱使管节移动端模型靠近管节固定端模型运动直至控制端接收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，包括管节移动端模型(1)、管节固定端模型(6)、试验水池(9)、移动机构以及控制端；所述管节固定端模型(6)安装在试验水池(9)的内部并位于水面以下，所述移动机构安装在试验水池(9)的上方，管节移动端模型(1)连接所述移动机构并能够在移动机构的驱使下调节与管节固定端模型(6)在水平方向和竖直方向的距离；所述管节移动端模型(1)上设置有发射机构，所述管节固定端模型(6)上设置有测量机构，所述控制端分别与发射机构、测量机构、移动机构信号连接。2.根据权利要求1所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述管节移动端模型(1)上设置有测量杆(10)，测量杆(10)用于测量管节移动端模型(1)顶部离试验水池(9)水面的距离；所述测量杆(10)的底部安装在管节移动端模型(1)上，所述测量杆(10)的顶部为自由端并延伸到水面的上方。3.根据权利要求1所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述测量机构包括摄像水箱(2)、五元十字阵(3)、测距声呐(4)、声波反射板(5)以及移动端支撑架(15)，所述摄像水箱(2)、五元十字阵(3)、测距声呐(4)、声波反射板(5)均安装在移动端支撑架(15)上；所述发射机构包括激光发射器(7)、发射声呐(8)以及固定端支撑架(16)，所述激光发射器(7)、发射声呐(8)均安装在固定端支撑架(16)上；当管节移动端模型(1)运动到与管节固定端模型(6)水平方向正对位置时：所述五元十字阵(3)与发射声呐(8)相对应并构成远距离水声导引系统，五元十字阵(3)位于发射声呐(8)和声波反射板(5)之间；所述激光发射器(7)与摄像水箱(2)相对应，所述激光发射器(7)与摄像水箱(2)、测距声呐(4)共同构成近距离位移监测系统；其中：远距离水声导引系统用于检测管节移动端模型(1)沉放过程中的实时姿态，近距离位移监测系统用于监测管节移动端模型(1)在模拟管节对接过程中的实时姿态。4.根据权利要求3所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述摄像水箱(2)、五元十字阵(3)、测距声呐(4)、激光发射器(7)、发射声呐(8)均与外部电源和控制端电连接。5.根据权利要求3所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述测量机构包括4个摄像水箱(2)、2个五元十字阵(3)、1个测距声呐(4)以及2个声波反射板(5)；所述测距声呐(4)安装在移动端支撑架(15)的上部并布置在中轴线上，2个摄像水箱(2)依次安装在测距声呐(4)的一侧，另2个摄像水箱(2)依次安装在测距声呐(4)的另一侧且4个摄像水箱(2)相对于中轴线呈对称布置；2个五元十字阵(3)安装在移动端支撑架(15)的下部且相对于中轴线呈对称布置，五元十字阵(3)的后方布置声波反射板(5)且声波反射板(5)尺寸覆盖五元十字阵(3)。6.根据权利要求5所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述发射机构包括4个激光发射器(7)以及2个发射声呐(8)；当管节移动端模型(1)运动到与管节固定端模型(6)水平方向正对位置时，4个激光发射器(7)的位置分别与4个摄像水箱(2)的位置一一对应；2个发射声呐(8)的位置分别与2个五元十字阵(3)的位置一一对应。
7.根据权利要求3所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述移动端支撑架(15)、固定端支撑架(16)均采用铝型材制作。8.根据权利要求1所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述移动机构采用桁车(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆卫，沈永芳，
申请(专利权)人：上海交大海科检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：