CN109100483B - 一种水下礁石破碎试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下礁石破碎试验方法，包括以下步骤：a、从待切割礁石河段岸边采集模拟切割用礁石并置入到一个模拟用水仓底部；b、在水仓中注水，模拟出待切割礁石水体环境；c、在水仓上方架设能够实现控制喷头和分裂机构做三维方向运动的装置，装置上安装好切割用喷头和分裂机构，然后将喷头和磨料射流控制系统相连，将分裂机构和液压控制系统相连；d、按照预设的切割方案对模拟切割用礁石进行模拟切割和分裂试验，通过试验，获取到能够达到所要分裂效果和效率的控制参数，反馈用于实际水下礁石切割控制。本申请能够对水下礁石切割进行模拟试验，能够模拟施工情况进行破碎试验，提高实际切割施工安全性、成功率和效率。

Description

一种水下礁石破碎试验方法

技术领域

本发明涉及航道整治技术领域，具体涉及一种水下礁石破碎试验方法。

背景技术

航道整治或河道治理过程中，为了满足航运水深和工程施工的需求，需要对水下礁石进行清除。

水下爆破是目前航道礁石整治的主要方法，虽技术成熟，工效较高，但对水生生态环境的影响极大。水下爆破对生态环境的破坏主要体现在三个方面，一、炸礁施工区域将使底栖生物被直接摧毁，附近一定区域的底栖生物被掩埋，或将直接炸死、炸伤或影响施工区域的部分水生生物，对局部生态各组成成分的影响较大。二、炸礁将造成河道水质悬浮物增加，局部悬浮物浓度升高将影响浮游植物的生长，引起水体初级生产力降低，使以浮游植物为饵料的浮游动物生物量减小，局部影响水生生物的生存条件。三、炸礁对水生生态环境的影响还表现在对水域的占用和扰动，导致河道部分地形发生变化，原有的急流环境变为缓流，破坏了部分鱼类的栖息地和产卵场，改变了部分水生生物的生境。尤其是针对长江上游等包含有大量国家一级重点保护野生动物的流域范围内，水下礁石清除工程对安全和环保要求较高，水下爆破不再适用。

此外，目前有少量清礁工程采用非爆破方法，比如重锤冲击法和钻孔分裂法。

重锤冲击法是利用重锤提高到一定的高度后自由落下，利用重力势能转化的巨大的冲击力使岩石破碎；该方法需要事先用抓斗船清除礁石表面覆盖的淤泥与粘土，钻孔并使重锤多次连续落在同一点，岩石的破碎需要反复冲击，一般适用于规模较小的限制性清礁工程，且工作效率较低。

钻孔分裂法是先利用钻机在礁石上钻孔，然后在钻孔中插入分裂棒，启动液压泵，液压泵工作产生高压，驱动分裂棒的中间楔块向前运动，将反向楔块两边撑开，生产巨大分裂力，礁石在此分裂力作用下，沿设定的位置分裂开来。使用该方法时，需要多个分裂棒，且各个分裂棒之间的间距不能太大，同时也需要液压泵产生很高的压力，安全性不高，并且工作效率也较低。

为解决上述问题，申请人曾设计了一种水下礁石的清除方法并申请了专利CN107905178A。该专利中提出了采用高速水射流水切割的方式实现对水下礁石的清除，能够提高礁石清除的安全性和效率。但是该专利中并没有公开具体能够实现水切割的设备装置。同时，不同河道需要清除的水下礁石的水域环境，自身材质等往往完全不同，常常给实际处理施工带来困难，降低效率。

故申请人考虑到，如果能够事先模拟水体环境进行破碎试验，则一来有利于通过模拟克服操作时可能存在的困难，提高实际施工成功率，二来可以累积经验，统计数据，提高切割效率，第三还可以方便针对性地对切割施工进行改进优化，以应用于实际切割施工操作。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明首要考虑解决的技术问题是：怎样提供一种能够对水下礁石切割进行模拟试验的水下礁石破碎试验方法，使其能够模拟施工情况进行破碎试验，提高实际切割施工成功率和效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用了以下的技术方案：

一种水下礁石破碎试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、从待切割礁石河段岸边采集和待切割礁石材质一致的礁石，得到模拟切割用礁石并置入到一个模拟用水仓底部；

b、获取待切割礁石位置实际水深，并在水仓中注入该深度或者固定比例深度的水，模拟出待切割礁石水体环境；

c、在水仓上方架设能够实现控制喷头和分裂机构做三维方向运动的装置，装置上安装好切割用喷头和分裂机构，然后将喷头和磨料射流控制系统相连，将分裂机构和液压控制系统相连；

d、按照预设的切割方案对模拟切割用礁石进行模拟切割和分裂试验，通过试验，获取到能够达到所要分裂效果和效率的控制参数，反馈用于实际水下礁石切割控制。

这样，就能够很好地模拟实际切割的礁石情况和水体环境，事先进行模拟切割，获得实际切割所需的控制参数，应用于实际切割，以提高实际切割的效率、可靠性和安全性。同时还可以避免实际切割时可能出现的问题和安全隐患，并能够对实际切割的方案进行优化和改进。

进一步地，第二步中，还包括采用水平方向流动的水流，模拟实际待切割礁石所在位置水流的步骤。这样，可以更好地实现模拟，提高试验的可靠性。

作为优化，本方法采用以下的试验装置实现，所述试验装置，包括水仓，水仓上端为开放端且上端两侧平行设置有两组Y向导轨，每组Y向导轨上可滑动地配合设置有一个Y向滑动座，Y向导轨和Y向滑动座之间还设置有用于带动Y向滑动座沿Y向水平滑动的Y向运动控制机构，两个Y向滑动座正对设置且二者之间固定连接有一个垂直于Y向导轨的X向导轨，X向导轨上可滑动地配合设置有一个X向滑动座，X向导轨和X向滑动座之间还设置有用于带动X向滑动座沿X向水平滑动的X向运动控制机构，X向滑动座上水平并列地竖向固定设置第一Z向导轨和第二Z向导轨，第一Z向导轨上滑动配合设置有一个喷头安装座，第一Z向导轨和喷头安装座之间还设置有用于带动喷头安装座竖向滑动的第一Z向运动控制机构，喷头安装座上安装向下的喷头，喷头通过射流出水管道和位于水仓外的磨料射流控制系统相连，第二Z向导轨上滑动配合设置有一个分裂机安装座，第二Z向导轨和分裂机安装座之间还设置有用于带动分裂机安装座竖向滑动的第二Z向运动控制机构，分裂机安装座上设置有分裂机构。

这样，本装置使用时，先将水仓内注入水，模拟需切割礁石的水体环境，然后将和待切割礁石性质一致的模拟切割用礁石置入到水仓底部，模拟切割用礁石可以在待切割礁石河段岸边采集同类型的礁石得到，然后通过控制X、Y和Z三个方向的运动控制机构实现对喷头以及分裂机构的三维空间位置控制，先控制喷头到达模拟切割用礁石的切割位置，然后通过磨料射流控制系统控制喷头喷出带磨料的水射流，水射流切入礁石然后再控制喷头按照设计的切割线水平运动，完成切割；然后再控制分裂机构插入到切割缝内并完成对礁石的分裂。这样，可以通过该模拟切割，判断对应不同的切割对象礁石，以及不同的水体环境情况应该采用怎样对应的控制参数，才能更加高效和稳定地实现礁石的切割和分裂，以用于实际切割时反馈控制，提高实际切割效率、成功率和安全性。同时，本装置还可以通过实际切割模拟，反馈水射流切割对自身装置各部分功能组件的性能要求，以选择更加可靠和稳定的功能组件，达到对切割装置进行性能优化的效果。

作为更优的选择，水仓包括一个整体呈矩形的水箱，水箱的一侧设置有玻璃的观察窗口。这样，可以方便直接观察实际破碎试验情况。

进一步地，水箱的一侧整体设置有水仓门。这样可以方便人员的进入和礁石的事先摆放。

进一步地，未设置水仓门的相对的两侧外面设置有钢加固框架，两个钢加固框架的两端之间固定连接有加强钢管。这样，能够极大地提高水箱的整体结构强度，使其能够保证实现较深的水压环境模拟。

进一步地，观察窗口位于设置有钢加固框架的一侧。利于保证整体强度。

进一步地，水箱内腔底部设置有高强度合金钢并形成用于搁置模拟切割用礁石的切割台。这样礁石放置于切割台上进行试验，可以更好地避免水射流切割穿透礁石后对水箱的影响。

进一步地，水箱的一侧中部正对切割台上方位置还贯通连接有进水管道，进水管道相正对的水箱另一侧还贯通连接有回水管道，进水管道和回水管道上各自设置有水泵并连接到一个蓄水容器形成循环通道。

这样，可以通过进水管道和回水管道在切割台上方形成水体流动，并能够提高水泵控制其流速的大小，进而更加真实地模拟出实际水下礁石切割的实际水体环境，避免水流因素对试验结果准确性的影响，获得更加可靠的试验结果。

进一步地，所述Y向运动控制机构包括和Y向导轨平行设置的Y向传动丝杠，Y向传动丝杠和相对固定在Y向导轨上的Y向电机传动连接，Y向传动丝杠和固定在Y向滑动座上的Y向螺母螺纹配合形成丝杠螺母传动副；所述X向运动控制机构包括和X向导轨平行设置的X向传动丝杠，X向传动丝杠和相对固定在X向导轨上的X向电机传动连接，X向传动丝杠和固定在X向滑动座上的X向螺母螺纹配合相连形成丝杠螺母传动副；第一Z向运动控制机构包括和第一Z向导轨平行设置的第一Z向传动丝杠，第一Z向传动丝杠和相对固定在第一Z向导轨上的第一Z向电机传动连接，第一Z向传动丝杠和固定在喷头安装座上的第一Z向螺母螺纹配合连接形成丝杠螺母传动副，第二Z向运动控制机构包括和第二Z向导轨平行设置的第二Z向传动丝杠，第二Z向传动丝杠和相对固定在第二Z向导轨上的第二Z向电机传动连接，第二Z向传动丝杠和固定在分裂机安装座上的第二Z向螺母螺纹配合连接形成丝杠螺母传动副。

这样，能够精确可靠地实现在三个空间方向上的运动进给控制，以实现对礁石的切割和分裂。三个方向上均采用丝杠螺母传动副，具有传动可靠，控制精确，利于施力实现切割移动等优点。

进一步地，所述分裂机构，包括一个水平设置在分裂机安装座上的分裂用液压缸，分裂用液压缸的两端形成两个抵接端并用于插入礁石切割缝内和切割缝侧壁抵接以实现分裂，分裂用液压缸通过液压管路连接到水箱外的液压控制系统。

这样，采用液压的方式将切割缝强行撑开使其分裂，具有结构简单，能够施加较大的分裂力，分裂效果好等优点。

作为优化，所述磨料射流控制系统，包括进水箱和进水主管道，进水主管道上设置有进水阀和高压水泵，进水主管道远离进水箱一端连接到一个三通分流阀的入口端，三通分流阀一侧出口连接的管道上设置有一个进水阀，进水阀顺水流前方的管道上分流连接有一个射流出水管道和一个磨料罐进水管道，所述三通分流阀另一侧出口连接有磨料添加管道，磨料添加管道上安装有磨料添加用调节阀并连通设置有一个磨料箱，所述磨料罐进水管道和磨料添加管道各自连接到一个三通合流阀的两个进水端，三通合流阀的出水端和磨料罐上端入口相连，磨料罐下端出口通过带控制阀的管道和射流出水管道相连，所述射流出水管道出水端连接到喷头。

这样，依靠高压水泵进水并提供压力，依靠进水阀和磨料添加用调节阀控制三通分流阀两端出口的流量大小，当磨料罐内磨料充足时可以关闭磨料添加管道，当磨料罐内磨料不足时，可以打开磨料添加管道并通过磨料添加用调节阀控制磨料添加管道的流量并进而控制磨料添加的量。射流出水管道和磨料罐进水管道的设置能够保证磨料罐自身出料顺畅，保证管道畅通和稳定，磨料罐下端出口管道上的控制阀可以控制水射流中磨料的含量。

进一步地，磨料罐上还向外连通设置有磨料罐压力调节回流管道和磨料罐保险回流管道，磨料罐压力调节回流管道和磨料罐保险回流管道各自连接到回水箱，磨料罐压力调节回流管道上关联设置有磨料罐压力检测表和磨料罐压力调节阀，磨料罐保险回流管道上设置有磨料罐保险用安全阀。

这样，磨料罐压力调节阀一般为常闭状态，当磨料罐较大时可以打开磨料罐压力调节阀造成部分水回流以释放磨料罐内压力，当磨料罐内压力超过安全值时，可以依靠磨料罐保险用安全阀实现回流和压力释放。更好地确保了磨料罐的安全使用。

进一步地，进水主管道上还串联设置有过滤器和主管道流量检测表。这样方便过滤进水箱杂质，并方便检测主管道流量。

再进一步地，进水主管道上还设置有主管道压力检测表，所述射流出水管道靠近喷头位置还设置有喷头压力检测表，所述进水主管道上位于高压水泵前方还连通设置有一个主管道保险回流管道以及一个主管道压力调节回流管道并各自连接到回水箱，所述主管道保险回流管道中设置有主管道保险用安全阀，所述主管道压力调节回流管道通过一个主管道压力调节阀和进水主管道相连，所述主管道压力调节阀和所述主管道压力检测表以及喷头压力检测表关联设置。

这样改进，是针对申请人试验过程中对经常发生的突然性爆管事件而寻找原因后做的结构调整。其原因分析，是由于本试验装置是用于水下礁石切割，是处于水中作业的特殊环境，由于水体环境会提供很大的阻力，所以切割时为了保证水阻力对射流的损耗不会太大，故切割前会将喷头尽可能地靠近礁石表面待切割位置后再进行切割，但这样往往会由于控制精度不够，操作失误或者切割对象硬度偶然性(如礁石表面局部位置硬度突然增大)等原因，造成喷头出水瞬间压力增大，进而带来爆管等安全隐患。故设置上述结构后，可以依靠两个压力检测表检测进水主管道和喷头位置处压力变化，反馈控制主管道压力调节阀进行泄压以保证安全。同时当喷头切割遇到礁石表面位置硬度突变而导致的主管道压力激增情况时，还可以依靠主管道保险用安全阀进行泄压。这样，就极大地提高了本装置用于水下礁石切割时的操作安全性，且使得水下礁石切割时，可以不用担心安全问题，将喷头尽量靠近待切割礁石，进而避免了水阻力损失，提高了切割深度和切割效率。

综上所述，本申请能够对水下礁石切割进行模拟试验，能够模拟施工情况进行破碎试验，提高实际切割施工安全性、成功率和效率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的试验装置中，水仓部分的结构示意图。

图2为本发明具体实施方式的试验装置中，磨料射流控制系统部分的结构示意图。图中采用线条表示管道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步详细说明。

一种水下礁石切割试验方法，包括以下步骤：

a、从待切割礁石河段岸边采集和待切割礁石材质一致的礁石，得到模拟切割用礁石并置入到一个模拟用水仓底部；

b、获取待切割礁石位置实际水深，并在水仓中注入该深度或者固定比例深度的水，模拟出待切割礁石水体环境；

c、在水仓上方架设能够实现控制喷头和分裂机构做三维方向运动的装置，装置上安装好切割用喷头和分裂机构，然后将喷头和磨料射流控制系统相连，将分裂机构和液压控制系统相连；

d、按照预设的切割方案对模拟切割用礁石进行模拟切割和分裂试验，通过试验，获取到能够达到所要分裂效果和效率的控制参数，反馈用于实际水下礁石切割控制。

这样，就能够很好地模拟实际切割的礁石情况和水体环境，事先进行模拟切割，获得实际切割所需的控制参数，应用于实际切割，以提高实际切割的效率、可靠性和安全性。同时还可以避免实际切割时可能出现的问题和安全隐患，并能够对实际切割的方案进行优化和改进。实施时，如果实际切割礁石水深处于水仓深度范围内，则在水仓中注入相同深度的水进行试验，更好地保证试验结果的准确性和可应用性。同时如果实际水深过大超过了水仓深度范围，也可以在水仓中注入缩小比例的水，然后计算时再考虑水压比例的影响，同样可以进行试验切割并保证试验结果的可应用性。

第二步中，还包括采用水平方向流动的水流，模拟实际待切割礁石所在位置水流的步骤。这样，可以更好地实现模拟，提高试验的可靠性。

本实施方式中，采用以下1-2所示的试验装置实现，该试验装置包括水仓，水仓1上端为开放端且上端两侧平行设置有两组Y向导轨2，每组Y向导轨2上可滑动地配合设置有一个Y向滑动座3，Y向导2轨和Y向滑动座3之间还设置有用于带动Y向滑动座3沿Y向水平滑动的Y向运动控制机构，两个Y向滑动座3正对设置且二者之间固定连接有一个垂直于Y向导轨的X向导轨4，X向导轨4上可滑动地配合设置有一个X向滑动座5，X向导轨4和X向滑动座5之间还设置有用于带动X向滑动座沿X向水平滑动的X向运动控制机构，X向滑动座5上水平并列地竖向固定设置第一Z向导轨6和第二Z向导轨7，第一Z向导轨6上滑动配合设置有一个喷头安装座8，第一Z向导轨6和喷头安装座8之间还设置有用于带动喷头安装座8竖向滑动的第一Z向运动控制机构，喷头安装座8上安装向下的喷头9，喷头9通过射流出水管道和位于水仓外的磨料射流控制系统相连，第二Z向导轨7上滑动配合设置有一个分裂机安装座10，第二Z向导轨7和分裂机安装座10之间还设置有用于带动分裂机安装座竖向滑动的第二Z向运动控制机构，分裂机安装座10上设置有分裂机构(图中未显示)。

这样，本装置使用时，先将水仓内注入水，模拟需切割礁石的水体环境，然后将和待切割礁石性质一致的模拟切割用礁石置入到水仓底部，模拟切割用礁石可以在待切割礁石河段岸边采集同类型的礁石得到，然后通过控制X、Y和Z三个方向的运动控制机构实现对喷头以及分裂机构的三维空间位置控制，先控制喷头到达模拟切割用礁石的切割位置，然后通过磨料射流控制系统控制喷头喷出带磨料的水射流，水射流切入礁石然后再控制喷头按照设计的切割线水平运动，完成切割；然后再控制分裂机构插入到切割缝内并完成对礁石的分裂。这样，可以通过该模拟切割，判断对应不同的切割对象礁石，以及不同的水体环境情况应该采用怎样对应的控制参数，才能更加高效和稳定地实现礁石的切割和分裂，以用于实际切割时反馈控制，提高实际切割效率、成功率和安全性。同时，本装置还可以通过实际切割模拟，反馈水射流切割对自身装置各部分功能组件的性能要求，以选择更加可靠和稳定的功能组件，达到对切割装置进行性能优化的效果。

其中，水仓1由一个整体呈矩形的水箱11得到，水箱11的一侧设置有玻璃的观察窗口52。这样，可以方便直接观察实际破碎试验情况。

实施时，进一步地，水箱的一侧整体设置有水仓门12。水仓门为密封门。这样可以方便人员的进入实现礁石的事先摆放；也这样方便人员进入水箱进行安装维修。

其中，水箱11未设置水仓门12的相对的两侧外面设置有钢加固框架13，两个钢加固框架13的两端之间固定连接有加强钢管14。这样，能够极大地提高水箱的整体结构强度，使其能够保证实现较深的水压环境模拟。观察窗口位于设置有钢加固框架的一侧。利于保证整体强度。

其中，水箱11内腔底部设置有高强度合金钢并形成用于搁置模拟切割用礁石的切割台。这样礁石放置于切割台上进行试验，可以更好地避免水射流切割穿透礁石后对水箱的影响。

其中，水箱11的一侧中部正对切割台上方位置还贯通连接有进水管道，进水管道相正对的水箱另一侧还贯通连接有回水管道，进水管道和回水管道上各自设置有水泵并连接到一个蓄水容器形成循环通道(图中未显示)。

这样，可以通过进水管道和回水管道在切割台上方形成水体流动，并能够提高水泵控制其流速的大小，进而更加真实地模拟出实际水下礁石切割的实际水体环境，避免水流因素对试验结果准确性的影响，获得更加可靠的试验结果。

其中，所述Y向运动控制机构包括和Y向导轨2平行设置的Y向传动丝杠，Y向传动丝杠和相对固定在Y向导轨上的Y向电机传动连接，Y向传动丝杠和固定在Y向滑动座3上的Y向螺母螺纹配合形成丝杠螺母传动副(图中未显示)；所述X向运动控制机构包括和X向导轨平行设置的X向传动丝杠15，X向传动丝杠15和相对固定在X向导轨4上的X向电机18传动连接，X向传动丝杠15和固定在X向滑动座5上的X向螺母螺纹配合相连形成丝杠螺母传动副；第一Z向运动控制机构包括和第一Z向导轨66平行设置的第一Z向传动丝杠，第一Z向传动丝杠和相对固定在第一Z向导轨上的第一Z向电机16传动连接，第一Z向传动丝杠和固定在喷头安装座上的第一Z向螺母螺纹配合连接形成丝杠螺母传动副，第二Z向运动控制机构包括和第二Z向导轨7平行设置的第二Z向传动丝杠，第二Z向传动丝杠和相对固定在第二Z向导轨上的第二Z向电机17传动连接，第二Z向传动丝杠和固定在分裂机安装座上的第二Z向螺母螺纹配合连接形成丝杠螺母传动副。

这样，能够精确可靠地实现在三个空间方向上的运动进给控制，以实现对礁石的切割和分裂。

其中，所述分裂机构，包括一个水平设置在分裂机安装座上的分裂用液压缸，分裂用液压缸的两端形成两个抵接端并用于插入礁石切割缝内和切割缝侧壁抵接以实现分裂，分裂用液压缸通过液压管路连接到水箱外的液压控制系统(图中未显示)。

这样，采用液压的方式将切割缝强行撑开使其分裂，具有结构简单，能够施加较大的分裂力，分裂效果好等优点。

其中，所述磨料射流控制系统，包括进水箱19和进水主管道20，进水主管道20上设置有进水阀21和高压水泵22，进水主管道20远离进水箱19一端连接到一个三通分流阀23的入口端，三通分流阀23一侧出口连接的管道上设置有一个进水阀24，进水阀24顺水流前方的管道上分流连接有一个射流出水管道25和一个磨料罐进水管道26，所述三通分流阀3另一侧出口连接有磨料添加管道27，磨料添加管道27上安装有磨料添加用调节阀28并连通设置有一个磨料箱29，所述磨料罐进水管道26和磨料添加管27道各自连接到一个三通合流阀30的两个进水端，三通合流阀30的出水端和磨料罐31上端入口相连，磨料罐31下端出口通过带控制阀32的管道和射流出水管道25相连，所述射流出水管道出水端连接到喷头。

这样，依靠高压水泵进水并提供压力，依靠进水阀和磨料添加用调节阀控制三通分流阀两端出口的流量大小，当磨料罐内磨料充足时可以关闭磨料添加管道，当磨料罐内磨料不足时，可以打开磨料添加管道并通过磨料添加用调节阀控制磨料添加管道的流量并进而控制磨料添加的量。射流出水管道和磨料罐进水管道的设置能够保证磨料罐自身出料顺畅，保证管道畅通和稳定，磨料罐下端出口管道上的控制阀可以控制水射流中磨料的含量。

其中，磨料罐31上还向外连通设置有磨料罐压力调节回流管道33和磨料罐保险回流管道34，磨料罐压力调节回流管道33和磨料罐保险回流管道34各自连接到回水箱，磨料罐压力调节回流管道33上关联设置有磨料罐压力检测表35和磨料罐压力调节阀36，磨料罐保险回流管道34上设置有磨料罐保险用安全阀37。

这样，磨料罐压力调节阀一般为常闭状态，当磨料罐较大时可以打开磨料罐压力调节阀造成部分水回流以释放磨料罐内压力，当磨料罐内压力超过安全值时，可以依靠磨料罐保险用安全阀实现回流和压力释放。更好地确保了磨料罐的安全使用。

其中，进水主管道上还串联设置有过滤器38和主管道流量检测表39。这样方便过滤进水箱杂质，并方便检测主管道流量。

其中，进水主管道上还设置有主管道压力检测表40，所述射流出水管道25靠近喷头位置还设置有喷头压力检测表41，所述进水主管道20上位于高压水22泵前方还连通设置有一个主管道保险回流管道42以及一个主管道压力调节回流管道43并各自连接到回水箱，所述主管道保险回流管道42中设置有主管道保险用安全阀44，所述主管道压力调节回流管道43通过一个主管道压力调节阀45和进水主管道20相连，所述主管道压力调节阀45和所述主管道压力检测表40以及喷头压力检测表41关联设置。实施时，回水箱和进水箱可以是分开设置或者为相同水箱得到。

这样改进，是针对申请人试验过程中对经常发生的突然性爆管事件而寻找原因后做的结构调整。其原因分析，是由于本试验装置是用于水下礁石切割，是处于水中作业的特殊环境，由于水体环境会提供很大的阻力，所以切割时为了保证水阻力对射流的损耗不会太大，故切割前会将喷头尽可能地靠近礁石表面待切割位置后再进行切割，但这样往往会由于控制精度不够，操作失误或者切割对象硬度偶然性(如礁石表面局部位置硬度突然增大)等原因，造成喷头出水瞬间压力增大，进而带来爆管等安全隐患。故设置上述结构后，可以依靠两个压力检测表检测进水主管道和喷头位置处压力变化，反馈控制主管道压力调节阀进行泄压以保证安全。同时当喷头切割遇到礁石表面位置硬度突变而导致的主管道压力激增情况时，还可以依靠主管道保险用安全阀进行泄压。这样，就极大地提高了本装置用于水下礁石切割时的操作安全性，且使得水下礁石切割时，可以不用担心安全问题，将喷头尽量靠近待切割礁石，进而避免了水阻力损失，提高了切割深度和切割效率。

本装置用于试验时，先现场采用探测仪器测得待切割礁石的整体外形，水深环境和流速环境，然后采集待礁石所在河段岸边材质一致的礁石运回实验室并用以形成模拟待切割礁石。试验时，先将模拟待切割礁石置于水箱内切割台上，然后在水仓内注入水至实际水深位置，再通过控制循环通道中的水泵，使得和水仓形成水流循环，并调整模拟待切割礁石处水流速度为实际流速，然后启动磨料射流控制系统控制喷头喷出带磨料的水射流，按照预设的切割线进行切割，测得在保证足够安全性和足够效率的前提下，切割所需控制参数，即可反馈用于实际现场切割操作。故依靠本设备的试验手段，能够保证实际现场切割的安全性和高效率，节省时间和耗材的成本。同时，本试验装置，还可以用于记录并研究实际水射流礁石切割的大量数据，以对切割施工实际操作过程，以及切割装置自身结构等进行改进和改善。

具体实施时，分裂机构使用说明：采用分裂机构插入已形成的缝槽，对切缝后的试验礁石进行液压分裂。其中，分裂机构可以是包括水下摄像头、雷达感应系统和液压分裂棒，液压分离棒形成所述分裂用液压缸，水下摄像头与实验主控平台连接，通过水下摄像头可准确获取水下实验礁石的缝槽位置，实验人员可在主控平台显示器上实时查看水下摄像头传输回来的画面，然后操控X、Y、Z方向的三维运动机构，将液压分裂棒准确移动的特定位置。雷达感应系统可辅助水下摄像头进行定位，当液压分裂棒准确找到缝槽位置时，雷达系统可感应到插入的深度，从而避免因液压分裂棒与礁石相碰撞而导致设置零件损坏。液压分裂棒安装在第二Z向导轨上，第二Z向导轨与主控平台连接，实验人员通过主控平台且根据水下礁石的缝槽位置，控制第二Z向导轨上带动液压分裂棒移动到该缝槽位置，当液压分裂棒准确插入缝槽预定深度时，通过主控平台控制开启液压设备，液压系统将压力传输到分裂棒对切缝后的礁石进行液压分裂。

破碎大小程度及清除水面说明：水射流由于自身特性，一般只有在距离喷嘴出口10cm范围内才具有切割礁石的能力，因此一般需要对礁石往复多次进行切割，切割后的礁石缝槽呈现上部宽，下部窄的特点，多次往复切割有利于进一步扩宽缝槽下部的宽度，有利于增加分裂棒插入深度。液压分裂棒分裂礁石时，首先把与缝槽深度相同的礁石向下沿45度角向临界面开裂，开裂后的礁石与大礁石分离，若在实验过程中发现礁石破碎程度与预期不同，则需要把礁石临时从水仓中取出，分析破碎程度，查找原因并调整参数，直到礁石分裂与预期相同。水射流再沿原缝槽位置进一步切割，形成新的缝槽，再通过分裂棒把礁石与大礁石分离，从而实现把大礁石切割分裂成若干个小礁石。在实验室试验时，当大礁石顺利切割成若干个小礁石时，关闭水射流系统与液压分裂系统，确认安全后，可通过排水管把水仓水体排出，打开仓门，实验人员进入水仓取走实验礁石。在实验完成前，需要取出实验礁石进行检查时，实验室内可以设置桁车，在桁车上安装抓斗，由于水仓上部为露空设置，可通过抓斗把礁石从水仓上部抓出水仓。

Claims (9)

1.一种水下礁石破碎试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、从待切割礁石河段岸边采集和待切割礁石材质一致的礁石，得到模拟切割用礁石并置入到一个模拟用水仓底部；

b、获取待切割礁石位置实际水深，并在水仓中注入该深度或者固定比例深度的水，模拟出待切割礁石水体环境；

c、在水仓上方架设能够实现控制喷头和分裂机构做三维方向运动的装置，装置上安装好切割用喷头和分裂机构，然后将喷头和磨料射流控制系统相连，将分裂机构和液压控制系统相连；

d、按照预设的切割方案对模拟切割用礁石进行模拟切割和分裂试验，通过试验，获取到能够达到所要分裂效果和效率的控制参数，反馈用于实际水下礁石切割控制；

采用以下的试验装置实现，所述试验装置，包括水仓，水仓上端为开放端且上端两侧平行设置有两组Y向导轨，每组Y向导轨上可滑动地配合设置有一个Y向滑动座，Y向导轨和Y向滑动座之间还设置有用于带动Y向滑动座沿Y向水平滑动的Y向运动控制机构，两个Y向滑动座正对设置且二者之间固定连接有一个垂直于Y向导轨的X向导轨，X向导轨上可滑动地配合设置有一个X向滑动座，X向导轨和X向滑动座之间还设置有用于带动X向滑动座沿X向水平滑动的X向运动控制机构，X向滑动座上水平并列地竖向固定设置第一Z向导轨和第二Z向导轨，第一Z向导轨上滑动配合设置有一个喷头安装座，第一Z向导轨和喷头安装座之间还设置有用于带动喷头安装座竖向滑动的第一Z向运动控制机构，喷头安装座上安装向下的喷头，喷头通过射流出水管道和位于水仓外的磨料射流控制系统相连，第二Z向导轨上滑动配合设置有一个分裂机安装座，第二Z向导轨和分裂机安装座之间还设置有用于带动分裂机安装座竖向滑动的第二Z向运动控制机构，分裂机安装座上设置有分裂机构；

水仓包括一个整体呈矩形的水箱，水箱的一侧设置有玻璃的观察窗口。

2.根据权利要求1所述水下礁石破碎试验方法，其特征在于，水箱的一侧整体设置有水仓门；

水箱未设置水仓门的相对的两侧外面设置有钢加固框架，两个钢加固框架的两端之间固定连接有加强钢管。

3.根据权利要求1所述水下礁石破碎试验方法，其特征在于，水箱内腔底部设置有高强度合金钢并形成用于搁置模拟切割用礁石的切割台。

4.根据权利要求3所述水下礁石破碎试验方法，其特征在于，水箱的一侧中部正对切割台上方位置还贯通连接有进水管道，进水管道相正对的水箱另一侧还贯通连接有回水管道，进水管道和回水管道上各自设置有水泵并连接到一个蓄水容器形成循环通道。

5.根据权利要求1所述水下礁石破碎试验方法，其特征在于，所述Y向运动控制机构包括和Y向导轨平行设置的Y向传动丝杠，Y向传动丝杠和相对固定在Y向导轨上的Y向电机传动连接，Y向传动丝杠和固定在Y向滑动座上的Y向螺母螺纹配合形成丝杠螺母传动副；所述X向运动控制机构包括和X向导轨平行设置的X向传动丝杠，X向传动丝杠和相对固定在X向导轨上的X向电机传动连接，X向传动丝杠和固定在X向滑动座上的X向螺母螺纹配合相连形成丝杠螺母传动副；第一Z向运动控制机构包括和第一Z向导轨平行设置的第一Z向传动丝杠，第一Z向传动丝杠和相对固定在第一Z向导轨上的第一Z向电机传动连接，第一Z向传动丝杠和固定在喷头安装座上的第一Z向螺母螺纹配合连接形成丝杠螺母传动副，第二Z向运动控制机构包括和第二Z向导轨平行设置的第二Z向传动丝杠，第二Z向传动丝杠和相对固定在第二Z向导轨上的第二Z向电机传动连接，第二Z向传动丝杠和固定在分裂机安装座上的第二Z向螺母螺纹配合连接形成丝杠螺母传动副。

6.根据权利要求1所述水下礁石破碎试验方法，其特征在于，所述分裂机构，包括一个水平设置在分裂机安装座上的分裂用液压缸，分裂用液压缸的两端形成两个抵接端并用于插入礁石切割缝内和切割缝侧壁抵接以实现分裂，分裂用液压缸通过液压管路连接到水箱外的液压控制系统。

7.根据权利要求1所述水下礁石破碎试验方法，其特征在于，所述磨料射流控制系统，包括进水箱和进水主管道，进水主管道上设置有进水阀和高压水泵，进水主管道远离进水箱一端连接到一个三通分流阀的入口端，三通分流阀一侧出口连接的管道上设置有一个进水阀，进水阀顺水流前方的管道上分流连接有一个射流出水管道和一个磨料罐进水管道，所述三通分流阀另一侧出口连接有磨料添加管道，磨料添加管道上安装有磨料添加用调节阀并连通设置有一个磨料箱，所述磨料罐进水管道和磨料添加管道各自连接到一个三通合流阀的两个进水端，三通合流阀的出水端和磨料罐上端入口相连，磨料罐下端出口通过带控制阀的管道和射流出水管道相连，所述射流出水管道出水端连接到喷头。

8.根据权利要求7所述水下礁石破碎试验方法，其特征在于，磨料罐上还向外连通设置有磨料罐压力调节回流管道和磨料罐保险回流管道，磨料罐压力调节回流管道和磨料罐保险回流管道各自连接到回水箱，磨料罐压力调节回流管道上关联设置有磨料罐压力检测表和磨料罐压力调节阀，磨料罐保险回流管道上设置有磨料罐保险用安全阀。

9.根据权利要求7所述水下礁石破碎试验方法，其特征在于，进水主管道上还串联设置有过滤器和主管道流量检测表；

进水主管道上还设置有主管道压力检测表，所述射流出水管道靠近喷头位置还设置有喷头压力检测表，所述进水主管道上位于高压水泵前方还连通设置有一个主管道保险回流管道以及一个主管道压力调节回流管道并各自连接到回水箱，所述主管道保险回流管道中设置有主管道保险用安全阀，所述主管道压力调节回流管道通过一个主管道压力调节阀和进水主管道相连，所述主管道压力调节阀和所述主管道压力检测表以及喷头压力检测表关联设置。