沉井泥面标高自动测量系统技术方案

本申请涉及沉井下沉施工技术领域，尤其涉及一种沉井泥面标高自动测量系统，包括轨道门式起重机和可升降吊装在门式起重机上的气举取土设备，门式起重机包括支撑主体

【技术实现步骤摘要】
沉井泥面标高自动测量系统


[0001]本申请涉及沉井下沉施工
，尤其涉及一种沉井泥面标高自动测量系统
。

技术介绍

[0002]取土下沉是沉井施工中较为重要的一项环节，具体的，需要将沉井内部的土体排出，使得沉井基础下沉至设计深度
。
沉井在下沉过程中可能遇到的问题主要为：下沉困难
、
突沉或下沉过快
、
翻砂
、
倾斜
、
偏移等，其产生的原因主要有两点：一是地层分布不均匀；二是取土方式
、
取土范围不均衡
。
其中地层分布为自然环境条件，不可改变，因此取土时泥面高程分布状况成为监测沉井下沉的重要指标
。
[0003]目前在沉井下沉施工过程中对泥面高程进行探测时，以温州瓯江北口大桥中塔及南锚碇沉井施工过程为例，针对沉井施工现场复杂的作业环境，其在沉井下沉过程中采用了
3D Echoscope
三维多波束实时声呐探测系统分析探测数据，并解析沉井施工期内部及井底开挖面的形态，为取土决策提供辅助数据
。
其使用的
3D Echoscope
三维多波束实时声呐探测系统为英国
Coda Octopus
公司所开发，由
3D Echoscope
实时声呐探头
、F180
惯性姿态和定位系统
、IPT
云台所构成硬件集成平台，通过操作平台对其进行操作
。
与普通多波束声呐设备发射狭窄的二维脉冲信号方式不同，该设备每秒可发送和接收
12
次面状脉冲信号，生成由
16384(128
×
128)
个水下探测点形成的三维点云图像，不移动声呐设备即可获取完整的水下视角和场景信息，适宜在沉井狭小空间范围内开展地形探测
。
通过
IPT
云台设备遥控多角度旋转器控制声呐探头水平或垂直旋转，可扩大固定观测点位置的扫描范围
。
[0004]在温州瓯江北口大桥中塔及南锚碇沉井的实际探测实践中，探测平均高程
、
高程范围和高程差等均满足沉井施工需求，表明声呐系统可以实现深水大型沉井施工期井底地形的动态监测，为沉井施工确定取土方式
、
位置
、
范围提供直观可视的数据支撑
。
但是该项探测技术对作业环境和装配方式有较高要求，只能在井孔静置的工况下进行定期测量，费用较高，无法实时获取泥面高程
。
[0005]除了上述方法，在沉井不排水下沉施工中，还会采用空压机配合空气吸泥机进行水下取土下沉，沉井井孔水深较深，水下泥沙浑浊，几十米深的水下开挖泥面人眼根本无法准确判断
。
传统的吸泥管采用人工遥控，吸泥管在哪下放
、
下放多深
、
吸土多久
、
吸泥路径
、
吸泥量控制等等问题均依靠操作人员的经验来进行控制，不仅现场需要投入大量工人操作吸泥设备，往往施工效率非常的低，甚至在经验推断偏差的情况下极易导致水下取土不均匀导致沉井下沉偏斜，甚至是突沉
。
因此如何实时读取沉井下沉泥面标高数据从而尽可能避免沉井出现意外状况是目前需要解决的难题
。

技术实现思路

[0006]本申请提供了一种沉井泥面标高自动测量系统，能够实时读取沉井下沉泥面标高数据，可视化查看井底泥面状态，尽可能避免依靠人员经验推断出现超吸或少吸的情况，结合取土深度以及取土时间双控机制，确保沉井平稳安全下沉
。
本申请提供如下技术方案：
[0007]第一方面，本申请提供一种沉井泥面标高自动测量系统，包括轨道门式起重机和可升降吊装在门式起重机上的气举取土设备，门式起重机包括支撑主体
、
大车以及小车，门式起重机上设有电动葫芦，利用电动葫芦下放气举取土设备；还包括：
[0008]PLC
控制系统；所述轨道门式起重机配置
PLC
和输入输出模块，接收来自集控室操作台
PLC
的命令，
PLC
自主确定各机构运行方式，并在执行完毕后将结果数据反馈给集控室操作台
PLC
；
[0009]平面定位模块：针对每个井孔建立相对坐标系，所述大车行走方向设为
X
轴，大车刚腿安装绝对值编码器获取
X
轴坐标；所述小车行走方向设为
Y
轴，小车主轴安装绝对值编码器获取
Y
轴坐标；轨道处设置磁块，大车设置磁感应开关，行走至磁块处
X
轴坐标归零，以此作为坐标原点；
Y
轴坐标通过在主梁处设置位置限位器进行校准；
[0010]高程定位模块：通过在起升电机安装增量型编码器获取钩头位置，吸泥管和吊索长度已知，即可获知吸泥管底口高程，
Z
轴坐标通过上极限位置限制器进行校检；
[0011]视频监控系统：操作人员在集控室内，通过视频监控画面观察设备现场实际运行状态，高清网络球形摄像机安装于门机检修平台，作为视频前端，监控单机运行状态；
[0012]集中控制室；集中控制室内配置有操作台，操作台内预设集中控制系统，操作员通过操作台远程控制自动化门式起重机吊装空气吸泥机进行取土作业，同时可通过交换机与施工控制系统相连，读取相关数据；
[0013]无线通讯系统：无线网络分为控制系统网络及非控制系统网络两部分，控制网络以原有
PLC
系统为主站，连接新增的远控
PLC
及各传感器；非控制网络为视频系统的网络；
[0014]一键自动取土作业与泥面标高自动测量模块：现场准备完成后，发送作业指令开始自动化取土作业，门机吊装吸泥机自动下放
‑
提升
‑
移位；待当前井孔作业完成后，关闭吸泥机，发送测量指令进行泥面高程自动测量
。
[0015]在一个具体的可实施方案中，还包括：
[0016]工艺参数设置模块：作业前选取待作业井孔和门机编号，编辑取土设备平面移动路径
、
单点取土深度
、
单点吸泥时长等工艺参数信息；门机依预设参数自动运行，取土作业过程中根据实际取土效果可即时暂停，优化工艺参数后继续作业
。
[0017]在一个具体的可实施方案中，还包括：
[0018]平面定位模块：针对每个井孔建立相对坐标系，所述大车行走方向设为
X
轴，大车刚腿安装绝对值编码器获取
X
轴坐标；所述小车行走方向设为
Y
轴，小车主轴安装绝对值编码器获取
Y
轴坐标；轨道处设置磁块，大车设置磁感应开关，行走至磁块处
X
轴坐标归零，以此作为坐标原点；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种沉井泥面标高自动测量系统，包括轨道门式起重机和可升降吊装在门式起重机上的气举取土设备，门式起重机包括支撑主体
、
大车以及小车，门式起重机上设有电动葫芦，利用电动葫芦下放气举取土设备；其特征在于，还包括：
PLC
控制系统；所述轨道门式起重机配置
PLC
和输入输出模块，接收来自集控室操作台
PLC
的命令，
PLC
自主确定各机构运行方式，并在执行完毕后将结果数据反馈给集控室操作台
PLC
；高程定位模块：通过在起升电机安装增量型编码器获取钩头位置，吸泥管和吊索长度已知，即可获知吸泥管底口高程，
Z
轴坐标通过上极限位置限制器进行校检；视频监控系统：操作人员在集控室内，通过视频监控画面观察设备现场实际运行状态，高清网络球形摄像机安装于门机检修平台，作为视频前端，监控单机运行状态；集中控制室；集中控制室内配置有操作台，操作台内预设集中控制系统，操作员通过操作台远程控制自动化门式起重机吊装空气吸泥机进行取土作业，同时可通过交换机与施工控制系统相连，读取相关数据；无线通讯系统：无线网络分为控制系统网络及非控制系统网络两部分，控制网络以原有
PLC
系统为主站，连接新增的远控
PLC
及各传感器；非控制网络为视频系统的网络；一键自动取土作业与泥面标高自动测量模块：现场准备完成后，发送作业指令开始自动化取土作业，门机吊装吸泥机自动下放
‑
提升
‑
移位；待当前井孔作业完成后，关闭吸泥机，发送测量指令进行泥面高程自动测量
。2.
根据权利要求1所述的一种沉井泥面标高自动测量系统，其特征在于，还包括：工艺参数设置模块：作业前选取待作业井孔和门机编号，编辑取土设备平面移动路径
、
单点取土深度
、
单点吸泥时长等工艺参数信息；门机依预设参数自动运行，取土作业过程中根据实际取土效果可即时暂停，优化工艺参数后继续作业
。3.
根据权利要求1所述的一种沉井泥面标高自动测量系统，其特征在于，还包括：平面定位模块：针对每个井孔建立相对坐标系，所述大车行走方向设为
X
轴，大车刚腿安装绝对值编码器获取
X
轴坐标；所述小车行走方向设为
Y
轴，小车主轴安装绝对值编码器获取
Y
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海峰，李林，王东伟，王显臣，任威，周阳，贾娜娜，陈振岳，
申请(专利权)人：中交一公局第二工程有限公司江苏省交通工程建设局，
类型：发明
国别省市：