CN104674818A - 一种深水碎石基床施工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海底基床铺设技术领域，公开了一种深水碎石基床施工装置及方法，该装置包括整平船，所述整平船上设有：支腿：所述支腿可收起或伸出到整平船下方，用于支撑并固定所述整平船；抛石管：所述抛石管的一端通过皮带运输机与供料船连接，另一端伸出到整平船下方，用于将供料船上的石料送入水底；所述抛石管可相对整平船上升、下降或水平移动；GPS定位单元：所述GPS定位单元用于对整平船进行定位。本发明通过设置支腿，将整平船的船身抬离水面，彻底排除了波浪对船身高度的影响，确保抛石管口的高度受控，保证基床高效率、高精度地铺设。

Description

一种深水碎石基床施工装置及方法

技术领域

本发明涉及海底基床铺设技术领域，特别涉及一种深水碎石基床施工装置及方法。

背景技术

现有技术一般采用浮式铺设平台船进行基床整平施工。其原理为：布料管可以沿着船侧水平(即纵向)移动，船舶本身沿定位桩移动，实现布料管的横向水平移动，使布料管口形成Z字形轨迹，铺设Z字形带状碎石基础。由波浪引起的船舶升沉运动，会导致布料管口高程的变化，影响布料质量；现有技术是通过设置在抛石管口的高灵敏度波浪补偿装置进行调节和补偿，确保布料管管口高程不变或受控。在水面较平静或波浪较小的水域，带定位桩的浮式整平船基本可以满足施工要求；但这种方法工作时船舶为正浮态，船身的高度以及抛石管口的高度受波浪影响很大，波浪补偿装置需要实时处理船舶横摇、纵摇和垂直方向运动引起的抛石管口空间位置变化。在流速快、波高和涌浪大等状态下，由于锚缆定位系统具有一定弹性，抛石管跟随船位波动幅度增大，将影响垫层成型精度，补偿装置因补偿行程增大、滞后响应时间增加导致整平精度降低，甚至超出补偿范围，无法保证正常施工。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：为解决现有的深水碎石基床铺设受风浪影响较大，由于布料管口位置变化较大，补偿装置无法正常工作，基床铺设质量无法保证的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种深水碎石基床施工装置，包括整平船，所述整平船上设有：支腿：所述支腿可收起或伸出到整平船下方，用于支撑并固定所述整平船；抛石管：所述抛石管的一端与供料船连接，另一端伸出到整平船下方，用于将供料船上的石料送入水底；所述抛石管可相对整平船上升、下降或水平移动；GPS定位单元：所述GPS定位单元用于对整平船进行定位。

其中，所述整平船的中部设有月池，所述月池底部敞开，所述抛石管通过所述月池伸出到整平船下方。

其中，所述抛石管通过运动单元与所述整平船连接；所述运动单元包括：行走大车、行走小车和升降模块；所述行走大车滑动连接在所述月池的一对横向设置的平行边上，所述行走大车可沿该平行边在水平面内纵向移动；所述行走小车与行走大车滑动连接，所述行走小车可沿行走大车纵向移动；所述抛石管通过所述升降模块与所述行走小车连接，所述升降模块用于带动抛石管上升或下降。

其中，所述支腿通过抬升机构与所述整平船连接，所述抬升机构带动支腿收起或伸出到整平船下方。

其中，所述抛石管伸入整平船下方的一端设有整平头；所述整平头上设有铺设测量模块和校准补偿模块，铺设测量模块用于探测已铺设石料的高度，校准补偿模块用于实时调整所述整平头的高度。

其中，所述抛石管的一端通过皮带运输机与所述供料船连接。

基于上述深水碎石基床施工装置的施工方法，包括以下步骤：

S1：通过GPS定位单元对所述整平船的工作位置进行定位，并用引导锚缆将所述整平船初步固定；

S2：启动抬升机构，将支腿伸出，直至所有支腿的底端均插入海床中；

S3：继续启动抬升机构，将所述整平船抬升至船底离开水面；

S4：通过升降模块将抛石管的底端下降至水底的作业面附近；

S5：通过皮带运输机将所述抛石管与供料船连接，皮带运输机向所述抛石管输送石料，开始抛石作业；

S6：启动行走大车和行走小车，带动抛石管在月池范围内呈Z字形移动，直至作业结束。

其中，所述步骤S6中，所述皮带运输机持续向所述抛石管输送石料，并保持所述抛石管中始终存有石料。

其中，抛石过程中，所述校准补偿模块用于实时检测并调整所述整平头的高度。

其中，抛石过程中，所述铺设测量模块用于实时探测已铺石料层的上表面至该铺设测量模块之间的距离，以确认铺设质量。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下优点：本发明公布了一种深水碎石基床施工装置及基于该深水碎石基床施工装置的施工方法，通过设置支腿，将整平船的船身抬离水面，彻底排除了波浪对船身高度的影响，确保抛石管口的高度受控，保证基床高效率、高精度地铺设。

附图说明

图1是本发明所述深水碎石基床施工装置的结构示意图；

图2是本发明所述深水碎石基床施工方法的施工流程图之一；

图3是本发明所述深水碎石基床施工方法的施工流程图之二；

图4是本发明所述深水碎石基床施工方法的施工流程图之三；

图5是本发明所述深水碎石基床施工方法的施工流程图之四；

图6是本发明所述深水碎石基床施工方法的施工流程图之五；

图7是本发明所述整平头处于验收状态的结构示意图。

其中，1、整平船；2、支腿；21、抬升机构；3、月池；4、抛石管；41、升降模块；42、整平头；5、行走大车；6、行走小车；7、供料船。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和7所示，本发明一种深水碎石基床施工装置，包括整平船1，所述整平船1上设有：支腿2：所述支腿2可收起或伸出到整平船1下方，用于支撑并固定所述整平船1；抛石管4：所述抛石管4的一端与供料船7连接，另一端伸出到整平船1下方，用于将供料船7上的石料送入水底；所述抛石管4可相对整平船1上升、下降或水平移动；GPS定位单元：所述GPS定位单元用于对整平船1进行定位。GPS定位单元对整平船1的船身进行定位后，将支腿2伸出并插入海床中，使支腿2被固定，然后将船身抬起至船底离开水面；然后再将抛石管4的一端深入水底的作业面附近，抛石管4的另一端通过皮带运输机与旁边的供料船7连接，开始抛石作业，作业过程中移动抛石管4，实现整个整平船1所在区域内的抛石作业；作业过程中，皮带运输机持续向抛石管输送石料，并保持所述抛石管4中始终存有石料，保证抛石管4在单位时间内抛出石料的量稳定不变。

具体的，所述皮带运输机由多个独立的运输皮带首尾连接而成，以便在传输过程中调整运输方向，使得供料船7至抛石管4之间的供料路径可弯折，以便适应不同的作业环境。供料船7优选固定在整平船1附近，以方便皮带运输机的固定安装。

所述整平船1的中部设有月池3，所述月池3底部敞开，所述抛石管4通过所述月池3伸出到整平船1下方。所述抛石管4通过运动单元与所述整平船1连接；所述运动单元包括：行走大车5、行走小车6和升降模块41；所述行走大车5滑动连接在所述月池3的一对横向设置的平行边上，所述行走大车5可沿该平行边在水平面内纵向移动；所述行走小车6与行走大车5滑动连接，所述行走小车6可沿行走大车5纵向移动；所述升降模块41分别与行走小车6和抛石管4连接，所述升降模块41用于带动抛石管4上升或下降。

月池3优选为矩形结构，行走大车5的两端通过滑轨及驱动机构滑动连接在月池3的边缘，并可带动抛石管4在月池3内作横向移动；行走小车6通过滑轨及驱动机构滑动连接在行走大车5上，行走小车6带动抛石管4在行走小车6上移动，实现抛石管4相对月池3的纵向移动，行走大车5与行走小车6相配合，实现抛石管4在整个月池3内的行走，月池3相对应的区域即抛石管4的作业区域；升降模块41可以随时调整抛石管4底端的高度，保证基床铺设质量和铺设精度。

所述支腿2通过抬升机构21与所述整平船1连接，所述抬升机构21带动支腿2收起或伸出到整平船1下方。在作业时，抬升机构21驱动支腿2伸入海底并插入海床，最后还要将船身举至脱离水面的高度，实现对船身的固定，排除了海浪对船身和抛石管4高度的影响，保证基床铺设。

其中，所述支腿2伸入整平船1下方的一端设有整平头42，抛石管4内的石子通过整平头抛出；整平头42与抛石管4之间通过液压缸连接，整平头42可相对抛石管4上下运动。所述整平头42上设有校准补偿模块，通过与GPS定位单元和液压缸配合使用，通过检测整平头42跟随抛石管4产生的的高度变化，实时进行补偿，确保整平头42时刻处于设定的标高范围内；所述整平头42上还设有铺设测量模块，铺设测量模块用于实时探测已铺设石料层上表面至该铺设测量模块探头之间的距离，然后根据整平头42的绝对高度，计算出该铺设测量模块探头的绝对高度，进而得出已铺石料层上表面的绝对高度，即已铺石料层上表面的标高，从而保证基床铺设质量。

鉴于抛石管4始终在做Z字形移动，水平移动速度不变，而且抛石管4的下部始终存有石料，即抛石管4的抛石速度是一定的；在这种情况下，只要通过补偿、保证整平头42的标高稳定，则铺设后石料层上表面的标高肯定一致，能够满足要求。

本发明还公布了一种基于上述深水碎石基床施工装置的施工方法，具体包括以下步骤：

S1：通过GPS定位单元对所述整平船1的工作位置进行定位，并用引导锚缆将所述整平船1初步固定，如图2所示；

S2：启动抬升机构21，将支腿2伸出，直至所有支腿2的底端均插入海床中；

S3：继续启动抬升机构21，将所述整平船1抬升至船底离开水面；此时船身已彻底离开水面，水面的波动不会对船身的高度造成任何影响，与整平船1连接的抛石管4的高度也不会受水面波动的影响，整平头42波动较小，通过校准补偿模块就可以满足作业要求，保证基床铺设的质量，如图3所示。

S4：通过升降模块41将抛石管4升入水底的作业面附近，经校准补偿模块对整平头42的高度进行调整，如图4所示；

S5：将所述抛石管4与供料船7连接，开始抛石作业，如图5和6所示；

S6：启动行走大车5和行走小车6，带动抛石管4在月池3范围内呈Z字形移动，直至作业结束。

如图7所示，抛石作业过程中，所述校准补偿模块实时检测所述整平头42的高度，并通过连接在抛石管4与整平头42之间的液压缸，调整整平头42的高度，整个抛石作业过程始终保持所述抛石管4底部高度接近设定值，以确保整平头42能够保持在正常高度范围内。

由以上实施例可以看出，本发明通过在整平船1上设置可向下伸出的若干支腿2，将支腿2插入海床固定后，再将船身举至脱离水面的高度，排除了海浪等造成的水面波动对船身高度的影响，而抛石管4与整平船1连接，因此抛石管4的高度也不受水面波动影响，至于海底水流造成的轻微影响，则可通过GPS定位单元、引导锚缆与校准补偿模块配合使用，实时进行微调，使得本发明所述深水碎石基床施工装置及方法可以适应风浪较大或水面波动加大的水域。通过行走大车5、行走小车6组以及升降单元的组合，实现了抛石管4在三个维度上的调整，定位准确、精度高、效率高。

本发明采用专用整平船1进行基床整平施工，其精度高、效率高、受风、浪、流等海况及外界因素影响小。

本发明实现了在外海离岸深水条件下，将船舶抬离水面施工，船体受外界因素影响较小，相当于将水下施工转换为路上施工，石料通过抛石管4直接被铺设在基槽中，无需抛石后再执行整平作业，一次即可完成；抛石管4顶部设置GPS定位单元，底部设置校准补偿模块，通过补偿，整平头42的高度可以保持在正常范围内，保证其高精度施工。

本方法需建造专用整平船，其造价较高，适合有高精度要求的大型工程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种深水碎石基床施工装置，包括整平船(1)，其特征在于，所述整平船(1)上设有：

支腿(2)：所述支腿(2)可收起或伸出到整平船(1)下方，用于支撑并固定所述整平船(1)；

抛石管(4)：所述抛石管(4)的一端与供料船(7)连接，另一端伸出到整平船(1)下方，用于将供料船(7)上的石料送入水底；所述抛石管(4)可相对整平船(1)上升、下降或水平移动；

GPS定位单元：所述GPS定位单元用于对整平船(1)进行定位。

2.如权利要求1所述的深水碎石基床施工装置，其特征在于，所述整平船(1)的中部设有月池(3)，所述月池(3)底部敞开，所述抛石管(4)通过所述月池(3)伸出到整平船(1)下方。

3.如权利要求2所述的深水碎石基床施工装置，其特征在于，所述抛石管(4)通过运动单元与所述整平船(1)连接；

所述运动单元包括：行走大车(5)、行走小车(6)和升降模块(41)；

所述行走大车(5)滑动连接在所述月池(3)的一对横向设置的平行边上，所述行走大车(5)可沿该平行边在水平面内纵向移动；

所述行走小车(6)与行走大车(5)滑动连接，所述行走小车(6)可沿行走大车(5)纵向移动；

所述抛石管(4)通过所述升降模块(41)与所述行走小车(6)连接，所述升降模块(41)用于带动抛石管(4)上升或下降。

4.如权利要求1所述的深水碎石基床施工装置，其特征在于，所述支腿(2)通过抬升机构(21)与所述整平船(1)连接，所述抬升机构(21)带动支腿(2)收起或伸出到整平船(1)下方。

5.如权利要求1所述的深水碎石基床施工装置，其特征在于，所述抛石管(4)伸入整平船(1)下方的一端设有整平头(42)；所述整平头(42)上设有铺设测量模块和校准补偿模块，铺设测量模块用于探测已铺设石料的高度，校准补偿模块用于实时调整所述整平头(42)的高度。

6.如权利要求1所述的深水碎石基床施工装置，其特征在于，所述抛石管(4)的顶端通过皮带运输机与所述供料船(7)连接。

7.基于权利要求1-6任一项所述深水碎石基床施工装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过GPS定位单元对所述整平船(1)的工作位置进行定位，并用引导锚缆将所述整平船(1)初步固定；

S2：启动抬升机构(21)，将支腿(2)伸出，直至所有支腿(2)的底端均插入海床中；

S3：继续启动抬升机构(21)，将所述整平船(1)抬升至船底离开水面；

S4：通过升降模块(41)将抛石管(4)的底端下降至水底的作业面附近；

S5：通过皮带运输机将所述抛石管(4)与供料船(7)连接，皮带运输机向所述抛石管(4)输送石料，开始抛石作业；

S6：启动行走大车(5)和行走小车(6)，带动抛石管(4)在月池(3)范围内呈Z字形移动，直至作业结束。

8.如权利要求7所述的深水碎石基床施工方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述皮带运输机持续向所述抛石管(4)输送石料，并保持所述抛石管(4)中始终存有石料。

9.如权利要求7所述的深水碎石基床施工方法，其特征在于，抛石过程中，所述校准补偿模块用于实时检测并调整所述整平头(42)的高度。

10.如权利要求7所述的深水碎石基床施工方法，其特征在于，抛石过程中，所述铺设测量模块用于实时探测已铺石料层的上表面至该铺设测量模块之间的距离，以确认铺设质量。