一种自动升降的无缆式深海底孔隙水压力长期观测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动升降的无缆式深海底孔隙水压力长期观测装置，属于海洋观测技术领域和海洋工程地质领域。
【背景技术】
[0002]孔隙水压力(以下简称孔压)是指土壤或岩石中地下水的压力，该压力作用于微粒或孔隙之间，其分为静孔压和超静孔压。孔压在海底土尤其在砂性海床中扮演着一个非常重要的角色。目前已知海底孔压变化会引起许多液化破坏现象，如粉土海床的塌陷、凹坑、粉砂流及构筑物基础周围的过量冲刷造成石油管架下沉等等。采用孔压观测系统进行原位观测，理论上能够得到最为真实可靠的数据，用于科学研宄或指导工程实践活动。
[0003]孔压观测系统包括孔压计和采集装置，用于原位观测还需要添加辅助回收装置，还需要辅助布放装置、实时通讯设备或外置电源等等。对于孔压的原位观测过程，观测设备本身技术已足够成熟，但适用的布放安装方法却始终无法满足需要。
[0004]对于孔压观测系统的布放安装，目前业界普遍认可的是钻孔法、压入法和钻孔压入法。钻孔法简而言之就是在海底预定位置打钻孔到指定深度，放入孔压计。压入法是采用电动或液压设备，直接将孔压计强行压入海床内部指定深度。钻孔压入法是先在海底打钻到指定深度之上0.5-lm，然后使用压入法将孔压计压入到指定深度。以上三种情况均可根据现场情况选择静置或回填钻孔。
[0005]传统结构的孔压观测系统，和目前所采用的布放安装方法相配合，布放完成后的最终结构大致相同。为满足设备回收要求，传统方法一般都需要在海床面以上部分预留回收辅助装置(比如配重、吊钩、脚架、潜标或者浮标等)。因此，采集装置也往往置于海床面以上。而孔压计要埋设到海床面以下一定深度，并与采集器或回收辅助装置通过线缆或杆体相连。于是在线缆和杆体的外表面，形成一条无法避免的孔隙水传导通路，甚至经常直达海床表面与海水连通。
[0006]由于孔压参数的特殊性，要求测量必须在独立、密闭的环境中。传统方法放大了孔隙水环境，甚至将其改变为开放环境，使得采集结果无法代表目标特性，甚至毫无意义。目前业界尚无普遍认可的方法解决这一问题。
【发明内容】
[0007]本发明目的是提供一种自动升降的无缆式深海底孔隙水压力长期观测装置，其在原有孔压观测系统基础上进行改进，以更适应原位观测之特点。该装置及其与之配套的水声/长波通讯器、船载控制器和布放设备，能够很好的解决目前孔压观测过程中，缆线或杆体外表面的孔隙水通路问题，使孔压计能够处于一个密闭稳定的环境中，使得观测设备对孔隙水压力累计和消散的影响尽可能降低，使得原位观测数据符合现场真实情况，更好的为研宄和工程活动服务。
[0008]一种自动升降的无缆式深海底孔隙水压力长期观测装置，其特征在于该长期观测装置是上下两端分别设有圆锥形钻头的圆柱体形结构，该长期观测装置自下向上依次包括下钻头、配重、主控舱、浮体材料、上钻头和保护架；其中，所述主控舱下部为释放器，该释放器通过一个水密接插件与主控舱相连以保持信号通讯和电源供给，且主控舱内设有孔压传感器；
[0009]所述的下钻头内配有独立电池和测深传感器，下钻头与配重联结为一体；配重上端与主控舱内释放器的可控端采用栓孔结构相连；
[0010]所述主控舱内部还安装有主控电路、水声/长波通讯装置、追踪定位GPS、测深传感器、电源(包括常规电源和备用电源)和孔压信号接入端水密接插件；所述孔压传感器信号接入端水密接插件固定于主控舱的侧壁；主控舱顶部通过一根线缆管穿过上方的浮体材料，与上钻头相连接，所述线缆管内部有用于连接主控舱和上钻头的信号缆；
[0011]所述保护架呈圆柱形，且套住上钻头，保护架下端固定于主控舱外表面，保护架外表面设有凸起块，用于与布放设备进行卡合。
[0012]所述配重包括一个安装在下钻头上方的柱体，柱体上套有多个配重盘。
[0013]上述自动升降的无缆式深海底孔隙水压力长期观测装置，其特征在于:
[0014]该长期观测装置空气中整体净重为M，体积为V;配重和下钻头空气中净重为Hi1,体积为V1;该长期观测装置回收时，希望其在海水中的最大上浮速度为VSmax = 2m/s，海水的阻力系数为k，阻力为F阻；
[0015]用绳缆下放该长期观测装置至下钻头锥尖到达海床面，此时，该长期观测装置浮力为F浮，重力为G，海床面的支撑力一一同时也是下落过程中的净重力为F。，速度接近于0，阻力可忽略不计；
[0016]则匕=G-F浮=Mg-P gV ;
[0017]回收时，释放器打开，抛掉配重和下钻头，上浮至最大速度VSmax = 2m/s ；
[0018]F上升浮力=F阻 + (G - Gl)，即 P g(V - V1) = k*VSmax+ (Μ - Hi1) *g ；
[0019]上述各个参数满足以下两个关系式:
[0020]0.2*F浮 <FC〈0.4*F浮；
[0021]Pg(V-V1) = k*VSmax+ (Μ - Hi1) *go
[0022]上述自动升降的无缆式深海底孔隙水压力长期观测装置的布放方法，包括
[0023]1.选择原位观测站点；
[0024]其特征在于包括以下步骤:
[0025]2.行船将布放系统运到观测点上方；
[0026]3.先将与船载控制器相连的水声/长波通讯器通过释放凯夫拉电缆下放到海床；
[0027]4.再将布放支架套置在该长期观测装置外周，通过吊钩将布放支架和该长期观测装置送入海床表面；
[0028]5.船载控制器向该长期观测装置送出启动信号，该长期观测装置的下钻头开始钻孔进入沉积物，到达设定深度后停止运行；
[0029]6.打开吊钩以将该长期观测装置从吊钩中释放；
[0030]7.通过缆绳收起吊钩，从而将布放支架回收，同时收起凯夫拉电缆以回收水声/长波通讯器，原位布放完成；
[0031]所述的水声/长波通讯器是用于将船载控制器信号同时转换为水声信号和长波无线电波信号的装置，该水声/长波通讯器包括一个壳体，壳体顶端有凯夫拉电缆接口、水声收发源，壳体底端有无线电天线，壳体内有水声通讯器和长波无线电波通讯器；
[0032]所述船载控制器包括通讯控制器、凯夫拉电缆接口、水声通讯器和长波无线电波通讯器，并通过水声/长波通讯器对该长期观测装置进行控制；布放时，船载控制器与水声/长波通讯器通过凯夫拉电缆进行连接；
[0033]所述布放设备包括布放支架和带有配重的吊钩，其中，布放支架由上部的圆筒状护套和下部的四脚架组成，两者刚性连接；布放时，该长期观测装置的顶端固定于所述圆筒状护套上，且该长期观测装置底端下钻头的水平高度要高于四脚架的底端高度；所述吊钩的配重用于稳定吊钩和该长期观测装置，同时该配重作为布放支架的上限端，将该长期观测装置限制在该配重以下；布放时，吊钩用于将该长期观测装置与布放支架吊入水中，布放完成后，吊钩将布放支架回收。
[0034]利用上述方法布放之后对该系统回收的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0035]8.行船再次驶到观测点上方；
[0036]9.通过释放凯夫拉电缆，将水声/长波通讯器下放到海床；
[0037]10.通过发射控制信号启动释放器，使该长期观测装置除下钻头及其配重以外的部分分离，使其上浮，并进行回收；
[0038]11.收起凯夫拉电缆以回收水声/长波通讯器，回收任务完成。
[0039]本发明水声/长波通讯器的实质是一个转接器，其作用是将船载控制器信号同时转换为水声信号和长波无线电波信号。一方面，声学通讯在饱和沉积物中