[发明专利]沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及沉管隧道施工技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明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。

根据本发明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；

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。

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；

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。

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；

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；

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：

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：

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。