大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，包括動(dòng)力定位系統(tǒng)、系泊系統(tǒng)、GPS定位裝置、C型浮式防波堤和控制平臺(tái)。動(dòng)力定位系統(tǒng)由多個(gè)定位船組成。系泊系統(tǒng)由多個(gè)系泊纜、力傳感器和力調(diào)節(jié)器組成，系泊纜兩端分別固定在預(yù)制基礎(chǔ)和定位船上，在系泊纜上布置力傳感器和力調(diào)節(jié)器。GPS定位裝置布置在預(yù)制基礎(chǔ)頂面多個(gè)控制點(diǎn)上。C型浮式防波堤由多組錨固于海床上的浮式消浪單元連接組成，布置在動(dòng)力定位系統(tǒng)外圍海域迎浪方向。控制平臺(tái)由信息采集系統(tǒng)和分析控制系統(tǒng)組成，信息采集系統(tǒng)無線傳輸采集和接收預(yù)制基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)和系泊纜軸力的實(shí)時(shí)響應(yīng)，分析控制系統(tǒng)通過力調(diào)節(jié)器多點(diǎn)同步調(diào)節(jié)系泊纜軸力，將預(yù)制基礎(chǔ)控制在定位沉放預(yù)設(shè)位置范圍內(nèi)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及橋梁工程
，尤其是一種大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著橋梁建設(shè)從內(nèi)陸向外海發(fā)展，橋梁建設(shè)條件越來越復(fù)雜。如日本的明石海峽大橋通航凈空1500m×65m，海峽中央最大水深110m，主塔處水深達(dá)45m，海域最大海流流速達(dá)到4.5m/s，索塔基礎(chǔ)采用直徑80m、高70m的圓形設(shè)置雙壁鋼沉箱基礎(chǔ)，總重量達(dá)到19000噸。希臘的里翁-安蒂里翁大橋通航凈空300m×65m，科林斯海灣水深達(dá)到65m，海流最大流速也超過4m/s，大橋主塔采用90m直徑沉箱基礎(chǔ)。上述跨海橋梁處于近海，雖然水很深，海流影響大，但波浪影響較小。但是，對(duì)于外海海峽修建的跨海橋梁，如我國(guó)規(guī)劃建設(shè)的瓊州海峽大橋，主通航孔的通航凈空達(dá)到2650m×73m，工程海域不僅水深、流急，而且波浪巨大，觀測(cè)到的最大波高已超過12m。如果在瓊州海峽建設(shè)跨海大橋，橋梁的基礎(chǔ)規(guī)模巨大，基礎(chǔ)施工期波浪影響很大。我國(guó)的臺(tái)灣海峽、印尼的巽他海峽上修建跨海橋梁，也將面臨同樣嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。外海跨海大橋的基礎(chǔ)規(guī)模很大，一般采用預(yù)制基礎(chǔ)。在預(yù)制基礎(chǔ)的定位沉放過程中，波浪、海流影響很大，很難獲得較長(zhǎng)時(shí)間的良好海況作為施工窗口期，預(yù)制基礎(chǔ)的高精度定位沉放和施工安全面臨巨大的挑戰(zhàn)。因此，跨海橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放過程中，迫切需要研發(fā)定位沉放控制系統(tǒng)，有效控制預(yù)制基礎(chǔ)在波浪、海流作用下的運(yùn)動(dòng)，確保預(yù)制基礎(chǔ)的施工安全和定位精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本專利技術(shù)的主要目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放的控制系統(tǒng)，以確保預(yù)制基礎(chǔ)的高精度定位沉放和施工安全。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)提供了一種大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括動(dòng)力定位系統(tǒng)1、系泊系統(tǒng)2、GPS定位裝置3、C型浮式防波堤4和控制平臺(tái)5，其中：動(dòng)力定位系統(tǒng)1包括N個(gè)定位船6，其中2n個(gè)定位船6沿波浪主導(dǎo)方向?qū)ΨQ布置在預(yù)制基礎(chǔ)7兩側(cè)，N為大于或等于4的自然數(shù)，n為大于或等于1的自然數(shù)；系泊系統(tǒng)2包括M個(gè)系泊纜8、M個(gè)力傳感器9和M個(gè)力調(diào)節(jié)器10，其中M為大于或等于N的自然數(shù)；系泊纜8兩端分別固定在預(yù)制基礎(chǔ)7和定位船6上，在系泊纜8上布置力傳感器9和力調(diào)節(jié)器10；GPS定位裝置3布置在預(yù)制基礎(chǔ)7頂面K個(gè)控制點(diǎn)上，同步監(jiān)測(cè)預(yù)制基礎(chǔ)7下沉過程中K個(gè)控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，其中K為大于或等于4的自然數(shù)；C型浮式防波堤4布置在動(dòng)力定位系統(tǒng)1外圍海域迎浪方向，由多組按C字型排列的浮式消浪單元11連接組成，用以改善預(yù)制基礎(chǔ)7施工窗口期的波浪影響；控制平臺(tái)5包括信息采集系統(tǒng)15和分析控制系統(tǒng)16，均安裝在定位船6上，控制預(yù)制基礎(chǔ)7定位沉放在預(yù)設(shè)位置范圍內(nèi)。上述方案中，所述系泊系統(tǒng)2中的力傳感器9是用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系泊纜8軸力大小變化的裝置，所述系泊系統(tǒng)2中的力調(diào)節(jié)器10通過控制卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系泊纜8軸力的調(diào)節(jié)。上述方案中，所述GPS定位裝置3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)制基礎(chǔ)7下沉過程中K個(gè)控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，進(jìn)而獲取預(yù)制基礎(chǔ)7下沉過程中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。上述方案中，所述C型浮式防波堤4中的浮式消浪單元11通過錨固裝置12錨固在海床上。上述方案中，所述C型浮式防波堤4的寬度D為浮式消浪單元11寬度A的2～3倍，浮式消浪單元11的寬度A為波浪的波長(zhǎng)L的1/10～1/2，浮式消浪單元11的高度B為波浪的波高H的1/2～2倍，其中水面以上高度b為總高度B的1/3～1/2。上述方案中，所述C型浮式防波堤4中，每個(gè)消浪單元11具有側(cè)面開孔的消浪隔室13，在消浪隔室13內(nèi)設(shè)置有隔板，隔板上隨機(jī)布置有多個(gè)消浪孔，并且在消浪隔室13內(nèi)填充有消浪材料14。上述方案中，當(dāng)波浪通過C型浮式防波堤4中的消浪單元11時(shí)，消浪隔室13隔板上隨機(jī)布置的消浪孔和消浪隔室13內(nèi)的消浪材料14能夠?qū)⒉ɡ怂|(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡打亂，波浪運(yùn)動(dòng)能量被耗散，經(jīng)過多個(gè)消浪單元11的逐步耗能，最終通過C型浮式防波堤4的波浪波高被大幅減小，波浪能量大幅降低，進(jìn)而能夠顯著改善預(yù)制基礎(chǔ)7施工窗口期的波浪影響。上述方案中，所述信息采集系統(tǒng)15通過無線方式采集GPS定位裝置3監(jiān)測(cè)的預(yù)制基礎(chǔ)7下沉過程中K個(gè)控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，以及力傳感器9同步監(jiān)測(cè)的M個(gè)系泊纜8軸力實(shí)時(shí)信息。上述方案中，所述分析控制系統(tǒng)16在分析預(yù)測(cè)預(yù)制基礎(chǔ)7的縱蕩、橫蕩、垂蕩、橫搖、縱搖、艏搖運(yùn)動(dòng)和M個(gè)系泊纜8軸力實(shí)時(shí)響應(yīng)的基礎(chǔ)上，通過力調(diào)節(jié)器10控制卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步調(diào)節(jié)M個(gè)系泊纜8軸力來控制預(yù)制基礎(chǔ)7的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，最終將預(yù)制基礎(chǔ)7定位沉放在預(yù)設(shè)位置范圍內(nèi)。(三)有益效果本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，其有益效果是：1、本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，C型浮式防波堤通過多個(gè)消浪單元中消浪隔室隔板上隨機(jī)布置的消浪孔和消浪隔室內(nèi)的消浪材料耗散波浪運(yùn)動(dòng)能量，能夠顯著改善預(yù)制基礎(chǔ)施工窗口期的波浪影響，保障預(yù)制基礎(chǔ)施工過程的安全性，提高預(yù)制基礎(chǔ)的定位沉放精度。2、本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，通過信息采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)制基礎(chǔ)的縱蕩、橫蕩、垂蕩、橫搖、縱搖、艏搖運(yùn)動(dòng)和M個(gè)系泊纜軸力響應(yīng)，分析控制系統(tǒng)在分析預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過力調(diào)節(jié)器多點(diǎn)同步調(diào)節(jié)M個(gè)系泊纜軸力來控制預(yù)制基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，最終將預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放在預(yù)設(shè)位置范圍內(nèi)。3、本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，適用于深水海域預(yù)制基礎(chǔ)的定位沉放施工，具有較高的安全可靠性，經(jīng)濟(jì)性好，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。附圖說明圖1為本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)的平面布置示意圖；圖2為本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)的立面布置示意圖；圖3為本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)中浮式防波堤大樣1的示意圖；圖4為本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)中浮式消浪單元一種形式的示意圖；圖5為本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)中控制平臺(tái)的工作示意圖；附圖中標(biāo)記如下：1動(dòng)力定位系統(tǒng)；2系泊系統(tǒng)；3GPS定位裝置；4C型浮式防波堤；5控制平臺(tái)；6定位船；7預(yù)制基礎(chǔ)；8系泊纜；9力傳感器；10力調(diào)節(jié)器；11浮式消浪單元；12錨固裝置；13消浪隔室；14消浪材料；15信息采集系統(tǒng)；16分析控制系統(tǒng)。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1、圖2所示，本專利技術(shù)提供的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，包括動(dòng)力定位系統(tǒng)1、系泊系統(tǒng)2、GPS定位裝置3、C型浮式防波堤4和控制平臺(tái)5。其中，動(dòng)力定位系統(tǒng)1包括N個(gè)定位船6，其中2n個(gè)定位船6沿波浪主導(dǎo)方向?qū)ΨQ布置在預(yù)制基礎(chǔ)7兩側(cè)，N為大于或等于4的自然數(shù)，n為大于或等于1的自然數(shù)。系泊系統(tǒng)2包括M個(gè)系泊纜8、M個(gè)力傳感器9和M個(gè)力調(diào)節(jié)器10，其中M為大于或等于N的自然數(shù)；系泊纜8兩端分別固定在預(yù)制基礎(chǔ)7和定位船6上，在系泊纜8上布置力傳感器9和力調(diào)節(jié)器10，力傳感器9用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系泊纜8軸力的大小變化，力調(diào)節(jié)器10通過控制卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系泊纜8軸力的調(diào)節(jié)。GPS定位裝置3布置在預(yù)制基礎(chǔ)7頂面K個(gè)控制點(diǎn)上本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括動(dòng)力定位系統(tǒng)(1)、系泊系統(tǒng)(2)、GPS定位裝置(3)、C型浮式防波堤(4)和控制平臺(tái)(5)，其中：動(dòng)力定位系統(tǒng)(1)包括N個(gè)定位船(6)，其中2n個(gè)定位船(6)沿波浪主導(dǎo)方向?qū)ΨQ布置在預(yù)制基礎(chǔ)(7)兩側(cè)，N為大于或等于4的自然數(shù)，n為大于或等于1的自然數(shù)；系泊系統(tǒng)(2)包括M個(gè)系泊纜(8)、M個(gè)力傳感器(9)和M個(gè)力調(diào)節(jié)器(10)，其中M為大于或等于N的自然數(shù)；系泊纜(8)兩端分別固定在預(yù)制基礎(chǔ)(7)和定位船(6)上，在系泊纜(8)上布置力傳感器(9)和力調(diào)節(jié)器(10)；GPS定位裝置(3)布置在預(yù)制基礎(chǔ)(7)頂面K個(gè)控制點(diǎn)上，同步監(jiān)測(cè)預(yù)制基礎(chǔ)(7)下沉過程中K個(gè)控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，其中K為大于或等于4的自然數(shù)；C型浮式防波堤(4)布置在動(dòng)力定位系統(tǒng)(1)外圍海域迎浪方向，由多組按C字型排列的浮式消浪單元(11)連接組成，用以改善預(yù)制基礎(chǔ)(7)施工窗口期的波浪影響；控制平臺(tái)(5)包括信息采集系統(tǒng)(15)和分析控制系統(tǒng)(16)，均安裝在定位船(6)上，控制預(yù)制基礎(chǔ)(7)定位沉放在預(yù)設(shè)位置范圍內(nèi)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括動(dòng)力定位系統(tǒng)(1)、系泊系統(tǒng)(2)、GPS定位裝置(3)、C型浮式防波堤(4)和控制平臺(tái)(5)，其中：動(dòng)力定位系統(tǒng)(1)包括N個(gè)定位船(6)，其中2n個(gè)定位船(6)沿波浪主導(dǎo)方向?qū)ΨQ布置在預(yù)制基礎(chǔ)(7)兩側(cè)，N為大于或等于4的自然數(shù)，n為大于或等于1的自然數(shù)；系泊系統(tǒng)(2)包括M個(gè)系泊纜(8)、M個(gè)力傳感器(9)和M個(gè)力調(diào)節(jié)器(10)，其中M為大于或等于N的自然數(shù)；系泊纜(8)兩端分別固定在預(yù)制基礎(chǔ)(7)和定位船(6)上，在系泊纜(8)上布置力傳感器(9)和力調(diào)節(jié)器(10)；GPS定位裝置(3)布置在預(yù)制基礎(chǔ)(7)頂面K個(gè)控制點(diǎn)上，同步監(jiān)測(cè)預(yù)制基礎(chǔ)(7)下沉過程中K個(gè)控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，其中K為大于或等于4的自然數(shù)；C型浮式防波堤(4)布置在動(dòng)力定位系統(tǒng)(1)外圍海域迎浪方向，由多組按C字型排列的浮式消浪單元(11)連接組成，用以改善預(yù)制基礎(chǔ)(7)施工窗口期的波浪影響；控制平臺(tái)(5)包括信息采集系統(tǒng)(15)和分析控制系統(tǒng)(16)，均安裝在定位船(6)上，控制預(yù)制基礎(chǔ)(7)定位沉放在預(yù)設(shè)位置范圍內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系泊系統(tǒng)(2)中的力傳感器(9)是用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系泊纜(8)軸力大小變化的裝置，所述系泊系統(tǒng)(2)中的力調(diào)節(jié)器(10)通過控制卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系泊纜(8)軸力的調(diào)節(jié)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS定位裝置(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)制基礎(chǔ)(7)下沉過程中K個(gè)控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，進(jìn)而獲取預(yù)制基礎(chǔ)(7)下沉過程中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)，其特征在于，所述C型浮式防波堤(4)中的浮式消浪單元(11)通過錨固裝置(12)錨固...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉高，張喜剛，劉天成，陳上有，程潛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11