一种水下基床整平施工系统的制作方法

1.本发明属于水下基床整平技术领域，尤其涉及一种水下基床整平施工系统。


背景技术：

2.在重力式码头或沉管隧道施工中，水下基床的整平是码头重力构件或隧道沉管安放前的一道重要紧前工序，基床的平整度的质量直接影响着整个工程的质量安全，传统的施工方法，基床整平必须要靠船舶和潜水员作业，受气象、风浪和潮流的影响，为此行业内也研发了各类整平装备，有轻量型水下整平机、水下步履式整平机、桩腿自升式整平船、舷侧溜管整平船等。上述的整平装备各有利弊，轻量型水下整平机不受波浪影响，整平精度有保证，但要使用履带吊辅助，而且在功效上无法满足大型工程的水下基床；水下步履式整平机实现了水下自动行走作业的工程，但重量太大，配套的船舶和起重机械较大；桩腿自升式整平船则工效高、整平精度有保障，但一次性投入费用高，适用于大型项目，在狭小水域无法展开；舷侧溜管式整平船要频繁移船、功效低，精度难于保证。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种水下基床整平施工系统，旨在解决现有整平设备作业环境适应性不强的问题。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.一种水下基床整平施工系统，包括：
6.矩形环状桁架；
7.若干浮体，若干浮体设置在矩形环状桁架的底面，用于提供浮力；
8.整平导向机构，整平导向机构设置在矩形环状桁架上，用于实现抛石整平过程中的纵向和横向位移；
9.溜管，溜管设置在整平导向机构上；
10.输送机构，输送机构设置在矩形环状桁架上，用于对溜管输送石料；
11.定位定向仪，定位定向仪设置在矩形环状桁架上，用于矩形环状桁架的定位；
12.多个张力腿机构，多个张力腿机构沿矩形环状桁架顶面的周向设置，每个张力腿机构包括起重绞车，以及通过钢丝绳与起重绞车连接的重力锚块。
13.进一步地，矩形环状桁架上设有中央控制室，中央控制室分别与浮体、整平导向机构、输送机构、定位定向仪和起重绞车连接。
14.进一步地，钢丝绳上安装有用于测量重力锚块对其拉力的测力传感器，起重绞车的滚筒转轴上安装有旋转编码器，用于测取钢丝绳的收放长度，测力传感器和旋转编码器与中央控制室连接。
15.进一步地，矩形环状桁架上设有用于检测矩形环形桁架水平度的双轴传感器，每个浮体内设有多个压载舱，每个压载舱内设有液位传感器，矩形环状桁架上设有用于调节每个压载舱舱内水量的水量调节装置，双轴传感器、液位传感器和水量调节装置分别与中
央控制室连接。
16.进一步地，溜管上设有用于检测基床的标高探测仪和用于确认溜管的平面位置和底标高的定位装置，整平导向机构上设有用于升降溜管的升降机构，探测仪、定位装置和升降机构分别与中央控制室连接。
17.进一步地，溜管上设有用于检测料位高度的料位计，料位计与中央控制室连接。
18.进一步地，矩形环状桁架顶面沿其周向设有多个锚机，锚机与中央控制室连接。
19.进一步地，整平导向机构包括行走大车和行走小车，行走大车的两端分别可移动地设置在矩形环状框架的相对两端，用于实现抛石整平过程中的纵向位移，行走小车可移动地设置在行走大车上，用于实现抛石整平过程中的横向位移。
20.进一步地，输送机构包括第一皮带输送机、第二皮带输送机和分料机，第一皮带输送机设置在行走大车上，第二皮带输送机设置在矩形环状桁架上，为第一皮带输送机输送石料，分料机活动设置在第一皮带输送机上并能跟随溜管移动，用于将第一皮带输送机上的石料卸放至溜管内。
21.进一步地，张力腿机构的数量为四，四个张力腿机构分别设置在矩形环状桁架的顶面四角。
22.相比于现有技术，本发明的有益效果为：结构简单，方便加工，造价低廉，可根据作业水域来确定其尺寸大小，能适应不同的工程；采用张力腿机构，相比钢管桩腿，能够保持矩形环状桁架在工作状态下的稳定，为水下基床的整平作业提供平稳的工作环境，并且在确保稳定性的前提下，大大节省了造价，并且采用张力腿机构，不但适合浅水环境作业，而且能够适合深海环境作业，作业环境适应性强；工作效率高，本发明就位后，只要确保连续供料，就能连续作业，不需要频繁移船。
附图说明
23.图1为本发明水下基床整平施工系统的结构示意图；
24.图2为本发明水下基床整平施工系统的俯视图；
25.图3为本发明水下基床整平施工系统的侧视图。
26.图中，1
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矩形环状桁架，2
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浮体，21
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压载舱，3
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整平导向机构，31
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行走大车，32
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行走小车，4
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溜管，5
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输送机构，51
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第一皮带输送机，52
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第二皮带输送机，6
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张力腿机构，61
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起重绞车，62
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重力锚块，7
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中央控制室，8
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升降机构，9
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锚机。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.请参阅图1至图3，图1为本发明水下基床整平施工系统的结构示意图，图2为本发明水下基床整平施工系统的俯视图，图3为本发明水下基床整平施工系统的侧视图。一种水下基床整平施工系统，包括矩形环状桁架1、若干浮体2、整平导向机构3、溜管4、输送机构5、定位定向仪和多个张力腿机构6，若干浮体2设置在矩形环状桁架1的底面，用于提供浮力；整平导向机构3设置在矩形环状桁架1上，用于实现抛石整平过程中的纵向和横向位移，溜管4设置在整平导向机构3上；输送机构5设置在矩形环状桁架1上，用于对溜管4输送石料；定位定向仪设置在矩形环状桁架1上，用于矩形环状桁架1的定位；多个张力腿机构6沿矩形环状桁架1顶面的周向设置，每个张力腿机构6包括起重绞车61，以及通过钢丝绳与起重绞车61连接的重力锚块62。
33.本发明水下基床整平施工系统采用矩形环状桁架1，有足够的刚度，可根据基床的尺寸来调节自身尺寸大小，能适用不同的工程，矩形环状桁架1通过浮体2提供的浮力以及重力锚块62提供的拉力，使得矩形环状桁架1能够平稳的固定在水面上，能为水下基床整平作业提供作业支撑平台。溜管4用于基床的抛石和整平，整平导向机构3能实现溜管4在矩形环状桁架1上的纵向和横向位置，以完成基床的抛石和整平作业。在一实施例中，矩形环状桁架1上设有中央控制室8，中央控制室8分别与浮体2、整平导向机构3、输送机构5、定位定向仪和起重绞车61连接。中央控制室8用于控制本发明水下基床整平施工系统，通过中央控制室8控制浮体2、整平导向机构3、输送机构5以及起重绞车61的运行，从而实现整个水下抛石和整平过程的控制，自动化程度高，稳定性好。中央控制室8通过定位定向仪获取本发明水下基床整平施工系统的定位，以确认矩形环状桁架1是否达到施工水域位置。优选地，定位定向仪采用rtk定位定向仪。在一实施例中，矩形环状桁架1顶面沿其周向设有多个锚机9，锚机9与中央控制室8连接。该设置供停泊或作业时进行抛锚定位。优选地，锚机9的数量为四，四个锚机9分别设置在矩形环状桁架1的顶面四角。
34.浮体2为水下结构，其采用圆柱体结构或箱体结构，用于提供浮力，使得矩形桁架平台能够漂浮在水面上。在一实施例中，浮体2的数量为二，两个浮体2分别设置在矩形环状桁架底面的相对两端。在一实施例中，矩形环状桁架1上设有用于检测矩形环形桁架水平度
的双轴传感器，每个浮体2内设有多个压载舱21，每个压载舱21内设有液位传感器，矩形环状桁架1上设有用于调节每个压载舱21舱内水量的水量调节装置，双轴传感器、液位传感器和水量调节装置分别与中央控制室8连接。中央控制室8基于双轴传感器监测的矩形环状桁架1的水平度，以及通过液位传感器实时测量各个压载舱21舱内的水位，判断是否通过水量调节装置调节各个压载舱21舱内的水量，以保证矩形环状桁架1的水平度，并控制矩形环状桁架1高出水面的高度，调节整平的标高。进一步地，水量调节装置包括空气压缩机和水泵，通过空气压缩机对压载舱21充气实现排水，以及通过水泵实现对压载舱21加水，进而调节浮体2内的压载水量。
35.在一实施例中，整平导向机构3包括行走大车31和行走小车32，行走大车31的两端分别可移动地设置在矩形环状框架的相对两端，用于实现抛石整平过程中的纵向位移，行走小车32可移动地设置在行走大车31上，用于实现抛石整平过程中的横向位移。行走大车31的两端分别设有多个行走台车，每个行走台车由一部电机驱动，带动整个行走大车31移动。同理，行走小车32的两端分别设有多个行走台车，每个行走台车由一部电机穷，带动整个行走小车32移动。进一步地，每个行走台车的两侧分别设有反滚轮，反滚轮的作用是限制行走台车的倾覆或跳动。
36.在一实施例中，输送机构5包括第一皮带输送机51、第二皮带输送机52和分料机，第一皮带输送机51设置在行走大车31上，第二皮带输送机52设置在矩形环状桁架1上，为第一皮带输送机51输送石料，分料机活动设置在第一皮带输送机51上并能跟随溜管4移动，用于将第一皮带输送机51上的石料卸放至溜管4内。供料母船对第二皮带输送机52供料，第二皮带输送机52将石料输送至与其垂直的第一皮带输送机51，分料机在溜管4的带动下在第一皮带输送机51上移动，将第一皮带输送机51上的石料卸放至溜管4内，实现对溜管4的连续送料。优选地，输送机构5还包括料斗，料斗设置在矩形环状桁架1上，第二皮带输送机52连接料斗和第一皮带输送机51。该设置便于对第二皮带输送机52供料。
37.在一实施例中，溜管4上设有用于检测基床的标高探测仪和用于确认溜管4的平面位置和底标高的定位装置，整平导向机构3上设有用于升降溜管4的升降机构，探测仪、定位装置和升降机构分别与中央控制室8连接。通过定位装置确认溜管4的平面位置及底标高，并通过行走大车31和行走小车32将溜管4定位于施工位置，在溜管4定位后，基于探测的基床标高和溜管4的底标高，通过升降机构对溜管4进行上下调节来对整平高程进行控制。升降机构采用卷扬机。进一步地，溜管4上设有用于检测料位高度的料位计，料位计与中央控制室8连接。铺设过程中，通过料位计监测溜管4内的料位高度，当溜管4内的石料高度低于最低料位时，将停止布料作业并自动报警。
38.在一实施例中，钢丝绳上安装有用于测量重力锚块62对其拉力的测力传感器，起重绞车61的滚筒转轴上安装有旋转编码器，用于测取钢丝绳的收放长度，测力传感器和旋转编码器与中央控制室8连接。通过测力传感器测量重力锚块62对钢丝绳的拉力，从而测得预紧力，使得中央控制室8能够测量的拉力值来进行预紧力调整，以确保溜管4在矩形环状桁架1内任何一点作业时，发生的荷载位置变化均不会引起整个矩形环状桁架1平面的倾斜与绝对高程的变化。通过旋转编码器测取钢丝绳的下放长度和收起长度，以确保重力锚块62放至到位。优选地，张力腿机构6的数量为四，四个张力腿机构6分别设置在矩形环状桁架1的顶面四角。通过四个张力腿机构6，保证矩形环状桁架1在施工过程中的稳定。采用张力
腿机构6，能够抗水下扰流和复杂的作业载荷变化的作用，能够保持矩形环状桁架1在工作状态下的平稳，为水下基床施工提供稳定的工作环境。
39.在一实施例中，中央控制室8包括计算机、张力腿控制子系统、浮体2压载水控制子系统、布料控制子系统和锚泊控制子系统，计算机分别与张力腿控制子系统、浮体2压载水控制子系统、布料控制子系统和锚泊控制子系统连接，张力腿控制子系统与起重绞车61连接，浮体2压载水控制子系统与浮体2连接，布料控制子系统分别与整平导向机构3和输送机构5连接，锚泊子系统与锚机9连接。利用张力腿控制子系统、浮体2压载水控制子系统、布料控制子系统和锚泊控制子系统实现对起重绞车61、浮体2、整平导向机构3、输送机构5和锚机9的测控，不需要人工操作，实现了远程自动控制，不仅测量更精确、控制更准确，且省时省力，提高了工作效率。各整平工作设备的工作状态及参数可以通过计算机的显示器进行显示。
40.本发明水下基床整平施工系统的施工步骤为：
41.(1)用工作辅助船将本发明水下基床整平施工系统拖至作业水域，采用定位系统实时显示矩形环状桁架1的形状和位置，通过锚机9收放锚缆以对矩形环状桁架1进行精准定位，同时通过移动行走大车31以及行走小车32，使溜管4的初始位置与预设施工坐标重合，完成矩形环状桁架1和溜管4精准定位。
42.(2)完成完成矩形环状桁架1和溜管4的坐标定位后，通过控制相应的起重绞车61，将重力锚块62缓慢放入基床，重力锚块62放至到位后，根据测力传感器测量的拉力值来进行预紧力调整。
43.(3)完成预紧力调整后，获取双轴传感器检测矩形环状桁架1的水平度，根据水平度对浮体2内的压载舱21进行排水或灌水调节，使矩形环状桁架1保持水平。
44.(4)完成矩形环状桁架1调平后，获取测深仪测量的基床标高以及获取定位装置测量的溜管4底标高，基于基床标高和溜管4底标高，计算溜管4底部到基床的距离，通过升降装置对溜管4进行整平标高的调整，并通过移动行走大车31以及行走小车32再次校正溜管4的位置；
45.(5)完成溜管4调整后，通过供料母船对第二输送皮带机进行供料，第二皮带输送机52将石料输送至第一皮带输送机51，通过分料机将第一皮带输送机51上的石料卸放至溜管4内，通过移动行走大车31和行走小车32开始进行水下基床的铺设整平作业，施工过程中，通过升降装置并结合溜管4上的定位装置获取的溜管4底标高数据进行基床标高控制；
46.(6)完成整平工作后，通过移动行走大车31和行走小车32，将溜管4移到矩形环状桁架1的中心位置，供料母船脱离，通过起重绞车61增加对重力锚块62的预紧力，并尝试提起重力锚块62，一切无异常后，通过起重绞车61将重力锚块62提起到航行高度；
47.(7)由辅助工作船将本发明水下基床整平施工系统脱离作业海域。
48.相比于现有技术，本发明的有益效果为：结构简单，方便加工，造价低廉，可根据作业水域来确定其尺寸大小，能适应不同的工程；采用张力腿机构6，相比钢管桩腿，能够保持矩形环状桁架1在工作状态下的稳定，为水下基床的整平作业提供平稳的工作环境，并且在确保稳定性的前提下，大大节省了造价，并且采用张力腿机构6，不但适合浅水环境作业，而且能够适合深海环境作业，作业环境适应性强；工作效率高，本发明就位后，只要确保连续供料，就能连续作业，不需要频繁移船。
49.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。