CN112097729A - 一种大直径薄壁钢圆筒变形监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径薄壁钢圆筒变形监测装置及监测方法，其特征在于，包括固定安装钢圆筒内壁的测斜管组件；测斜管组件安装平面位置为与岛壁轴线垂直的钢圆筒直径内侧，即安装于岛侧与海侧潜在变形风险最大处；用于穿装测斜管构件的护管构件，所述护管构件沿测斜管组件的高度方向等间隔设置；所述护管构件焊接在钢圆筒内壁上；用于固定测斜管构件卡扣组件，所述卡扣组件沿测斜管组件的高度方向等间隔设置；以及位于测斜管组件的底部固定安装管靴，所述管靴焊接在钢圆筒的下端。通过上述技术方案可以获取大直径薄壁钢圆筒筒身连续变形量，确保岛壁结构的安全稳定。

Description

一种大直径薄壁钢圆筒变形监测装置及监测方法

技术领域

本发明属于快速成岛技术领域，尤其涉及一种大直径薄壁钢圆筒变形监测装置及监测方法。

背景技术

快速成岛技术：传统的海中造岛工艺先挖除区域内的海相软土层，后抛填砂石成岛，通过控制坡率，保证人工岛的稳定，这就涉及到大量的挖填方工程，往往施工周期长；为了缩短工期，利用大直径薄壁钢圆筒插入海中，形成岛壁结构，可大幅缩短工期，实现快速成岛目的。目前该技术已成功应用于港珠澳大桥东、西人工岛以及深中通道西人工岛项目中。

大直径薄壁钢圆筒，高度35～40m，直径25m～35m，筒壁厚度约20mm，作为海中快速成岛技术的岛壁结构，成功应用于港珠澳大桥人工岛，深中通道人工岛，大直径薄壁钢圆筒岛壁外侧临海，内侧为施工面，两侧通过副格弧形板与其他钢圆筒相连，筒身受力工况差异较大；为了保证成岛过程中岛壁结构的安全稳定性，需要对薄壁钢圆筒结构进行监测。目前，对于钢圆筒的变形监测领域仍属空白，本发明提供了一种大直径薄壁钢圆筒变形监测装置及监测方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种大直径薄壁钢圆筒变形监测装置及监测方法，

本发明是这样实现的，一种大直径薄壁钢圆筒变形监测装置，其特征在于，包括固定安装钢圆筒内壁的测斜管组件；测斜管组件安装平面位置为与岛壁轴线垂直的钢圆筒直径内侧，即安装于岛侧与海侧潜在变形风险最大处；用于穿装测斜管构件的护管构件，所述护管构件沿测斜管组件的高度方向等间隔设置；所述护管构件焊接在钢圆筒内壁上；用于固定测斜管构件卡扣组件，所述卡扣组件沿测斜管组件的高度方向等间隔设置；用于测倾斜度的高精度测斜仪以及位于测斜管组件的底部固定安装管靴，所述管靴焊接在钢圆筒的下端。

上述技术方案优选的，所述测斜管构件由数个ABS材质的测斜管单体拼接而成，相邻的测斜管单体的拼接出通过管箍连接，位于底部的测斜管单体上设有管脚，位于顶部的测斜管上配装管帽。

上述技术方案优选的，每个测斜管单体的内壁设有十字槽，作为下放测斜仪倾角传感器的滑道，要求各单体测斜管对接时十字槽对齐，传感器能够平稳通过。

上述技术方案优选的，所述护管构件包括护套管，所述护套管的两侧对称焊接有L型连接翼，两侧的L型连接翼的焊接面与护套管的外圆周位于同一平面上；L型连接翼的长度不大于护套管的长度。

上述技术方案优选的，所述卡扣组件包括垂直焊接在钢圆筒内壁的两个螺柱和一个“Ω”型卡扣，两个螺柱相对于测斜管组件的中心线呈对称结构，所述“Ω”型卡扣的两侧水平部上设有通孔，两个通孔的孔距与上述的两个螺柱的中心距离一致，所述“Ω”型卡扣插装在两个螺柱上，“Ω”型卡扣的外侧所述螺柱上螺装有锁紧螺母。

上述技术方案优选的，“Ω”型卡扣与测斜管中间填充橡胶垫。

本发明还公开一种基于上述大直径薄壁钢圆筒变形监测装置的监测方法，其特征在于：

S1:根据设计图纸中各编号钢圆筒摆放方位，对测斜管安装位置进行精确定位并沿钢圆筒内侧筒壁画标记线。

S2：钢圆筒结构增强：钢圆筒内侧布置有加强横肋与纵肋，沿着标记线位置紧贴筒壁对环向肋板开孔，孔径8cm，使得钢圆筒沿高度方向联通；

S3：监测装置安装：在筒底加强板上边沿为测斜管管底位置，预留1m管靴安装位置，沿管靴顶部向上每隔1m距离交替安装护管构件与一对螺柱，直至钢圆筒顶加强板下边沿，距离筒顶1m；螺柱以标记线对称安装；测斜管单根长度为2m，自下往上依次拼接后穿入护套管，测斜管接头位置涂抹胶水后套入管箍，安装完成后管箍位置位于保护构件内；将“Ω”型卡扣套入螺柱，拧上螺母锁紧；

S4：钢圆筒安装：钢圆筒现场振沉到位，向内填充中粗砂，待测斜管安装区域整平完成，接高顶部测斜管，使测斜管顶部高于钢圆筒顶；

S5:安装测斜仪：采用滑动式测斜仪进行筒身变形观测，下放测斜仪传感器至管底，静置5min，后每0.5m一个测点依次上拔传感器进行监测，以钢圆筒底为固定基点，得到钢圆筒筒身变形曲线，通过变形曲线分析钢圆筒的变形情况。

本发明具有的优点和技术效果：通过上述技术方案能够使得钢圆筒与测斜管形成有效的整体，可以直接获取大直径薄壁钢圆筒的几何轮廓状态以及筒身连续变形量，分析钢圆筒结构在人工岛各个施工工序下的变形发生发展情况，从而控制施工进度，优化施工工艺，以保证钢圆筒岛壁结构的安全、稳定，同时也为完善钢圆筒结构理论计算提供基础性数据。

附图说明

图1是本发明实施例提供的测斜管布设平面位置图

图2是本发明实施例提供的测斜管立面布设及局部放大图

图3是本发明实施例提供的护管构件安装结构示意图；

图4是本发明实施例提供的卡扣组件安装结构示意图

图5是本发明实施例提供的管靴安装结构示意图；

图6是护套管结构示意图；

图7是图6的A-A剖视图；

图8是卡扣结构示意图；

图9是图8的俯视图；

图10是管靴结构示意图；

图11是钢圆筒状态轮廓图；

图12是钢圆筒筒身变形图。

图中、1、测斜管组件；1-1、测斜管单体；1-2、管箍；1-3、管脚；1-4、管帽；1-5、十字槽；2、护管构件；2-1、护套管；2-2、L型连接翼；3、卡扣组件； 3-1、螺柱；3-2、“Ω”型卡扣；3-3、通孔；3-4、锁紧螺母；3-5、橡胶垫；4、管靴；5、钢圆筒；6、加强板；7、肋板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至图10，一种大直径薄壁钢圆筒变形监测装置，包括固定安装钢圆筒7内壁的测斜管组件1；测斜管组件安装平面位置为与岛壁轴线垂直的钢圆筒直径内侧，即安装于岛侧与海侧潜在变形风险最大处；用于穿装测斜管构件的护管构件2，所述护管构件沿测斜管组件的高度方向等间隔设置；所述护管构件焊接在钢圆筒内壁上；用于固定测斜管构件卡扣组件3，所述卡扣组件沿测斜管组件的高度方向等间隔设置；以及位于测斜管组件的底部固定安装管靴4，所述管靴焊接在钢圆筒的下端，管靴底部呈楔形，楔脚贴合钢圆筒壁，从而保护 ABS测斜管底部，避免钢圆筒振沉时ABS测斜管劈裂破坏；还包括高精度测斜仪，所述高精度测斜仪为美国SINCO数字式AT测斜仪，分辨率为±0.1mm/500mm。

上述技术方案优选的，所述测斜管构件1由数个测斜管单体1-1拼接而成，相邻的测斜管单体的拼接处通过管箍1-2连接，位于底部的测斜管单体上设有管脚1-3，位于顶部的测斜管上配装管帽1-4；测斜管1-1采用ABS材质测斜管，具有强度高，韧性好，抗腐蚀能力强等特点，从而保证在整个人工岛施工期间岛壁变形观测的可靠性。

上述技术方案优选的，每个测斜管单体的内壁设有十字槽1-5，作为下放测斜仪倾角传感器的滑道，要求各单体测斜管对接时十字槽对齐，传感器能够平稳通过。

上述技术方案优选的，所述护管构件2包括护套管2-1，所述护套管的两侧对称焊接有L型连接翼2-2，两侧的L型连接翼的焊接面与护套管的外圆周位于同一平面上；L型连接翼的长度不大于护套管的长度；安装时，护管构件2中心与标记线重合，两侧L型连接翼外边缘紧贴钢圆筒壁后点焊固定。

上述技术方案优选的，所述卡扣组件3包括垂直焊接在钢圆筒内壁的两个螺柱3-1和一个“Ω”型卡扣3-2，两个螺柱相对于测斜管组件的中心线呈对称结构，所述“Ω”型卡扣的两侧水平部上设有通孔3-3，两个通孔的孔距与上述的两个螺柱的中心距离一致，所述“Ω”型卡扣插装在两个螺柱上，“Ω”型卡扣的外侧所述螺柱上螺装有锁紧螺母3-4。

上述技术方案优选的，“Ω”型卡扣与测斜管中间填充橡胶垫3-5，以防测斜管挤压破坏。

本发明还公开一种基于上述大直径薄壁钢圆筒变形监测装置的监测方法，其特征在于：

S1:根据设计图纸中各编号钢圆筒摆放方位，对测斜管安装位置进行精确定位并沿钢圆筒内侧筒壁画标记线。

S2：钢圆筒结构增强：钢圆筒内侧布置有加强横肋与纵肋，沿着标记线位置紧贴筒壁对环向肋板开孔，孔径8cm，使得钢圆筒沿高度方向联通；

S3：监测装置安装：在筒底加强板上边沿为测斜管管底位置，预留1m管靴安装位置，沿管靴顶部向上每隔1m距离交替安装护管构件与一对螺柱，直至钢圆筒顶加强板下边沿，距离筒顶1m；螺柱以标记线对称安装；测斜管单根长度为2m，自下往上依次拼接后穿入护套管，测斜管接头位置涂抹胶水后套入管箍，安装完成后管箍位置位于保护构件内；将“Ω”型卡扣套入螺柱，拧上螺母锁紧；

S4：现场安装：钢圆筒现场振沉到位，向内填充中粗砂，待测斜管安装区域整平完成，接高顶部测斜管，使测斜管顶部高于钢圆筒顶；

S5：钢圆筒筒身变形观测：采用滑动式测斜仪进行筒身变形观测，下放测斜仪传感器至管底，静置5min，后每0.5m一个测点依次上拔传感器进行监测，正反两个方向测量仪减小误差，以钢圆筒底为固定基点，得到钢圆筒筒身变形曲线，通过变形曲线分析钢圆筒的变形情况。

请参阅X01号钢圆筒沉放至岛壁合拢期间的状态轮廓图(图11)、钢圆筒筒身变形图(图12)；根据图形可掌握钢圆筒自筒底至筒顶的几何形态，钢圆筒筒身任一深度处的变形发展情况，钢圆筒总体倾斜度。

本发明具有的优点和技术效果：通过上述技术方案能够使得钢圆筒与测斜管形成有效的整体，可以直接获取大直径薄壁钢圆筒的几何轮廓状态以及筒身连续变形量，分析钢圆筒结构在人工岛各个施工工序下的变形发生发展情况，从而控制施工进度，优化施工工艺，以保证钢圆筒岛壁结构的安全、稳定，同时也为完善钢圆筒结构理论计算提供基础性数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大直径薄壁钢圆筒变形监测装置，其特征在于，包括固定安装钢圆筒内壁的测斜管组件；测斜管组件安装平面位置为与岛壁轴线垂直的钢圆筒直径内侧，即安装于岛侧与海侧潜在变形风险最大处；

用于穿装测斜管构件的护管构件，所述护管构件沿测斜管组件的高度方向等间隔设置；所述护管构件焊接在钢圆筒内壁上；

用于固定测斜管构件卡扣组件，所述卡扣组件沿测斜管组件的高度方向等间隔设置；用于测倾斜度的高精度测斜仪；以及位于测斜管组件的底部固定安装管靴，所述管靴焊接在钢圆筒的下端。

2.根据权利要求1所述的大直径薄壁钢圆筒变形监测装置，其特征在于：所述测斜管构件由数个ABS材质的测斜管单体拼接而成，相邻的测斜管单体的拼接出通过管箍连接，位于底部的测斜管单体上设有管脚，位于顶部的测斜管上配装管帽。

3.根据权利要求1所述的大直径薄壁钢圆筒变形监测装置，其特征在于：每个测斜管单体的内壁设有十字槽，作为下放测斜仪倾角传感器的滑道，要求各单体测斜管对接时十字槽对齐，传感器能够平稳通过。

4.根据权利要求1所述的大直径薄壁钢圆筒变形监测装置，其特征在于：所述护管构件包括护套管，所述护套管的两侧对称焊接有L型连接翼，两侧的L型连接翼的焊接面与护套管的外圆周位于同一平面上；L型连接翼的长度不大于护套管的长度。

5.根据权利要求1所述的大直径薄壁钢圆筒变形监测装置，其特征在于：所述卡扣组件包括垂直焊接在钢圆筒内壁的两个螺柱和一个“Ω”型卡扣，两个螺柱相对于测斜管组件的中心线呈对称结构，所述“Ω”型卡扣的两侧水平部上设有通孔，两个通孔的孔距与上述的两个螺柱的中心距离一致，所述“Ω”型卡扣插装在两个螺柱上，“Ω”型卡扣的外侧所述螺柱上螺装有锁紧螺母。

6.根据权利要求5所述的大直径薄壁钢圆筒变形监测装置，其特征在于：“Ω”型卡扣与测斜管中间填充橡胶垫。

7.基于上述权利要求1至6任一所述大直径薄壁钢圆筒变形监测装置的监测方法，其特征在于：

S1:根据设计图纸中各编号钢圆筒摆放方位，对测斜管安装位置进行精确定位并沿钢圆筒内侧筒壁画标记线。

S2：钢圆筒结构增强：钢圆筒内侧布置有加强横肋与纵肋，沿着标记线位置紧贴筒壁对环向肋板开孔，孔径8cm，使得钢圆筒沿高度方向联通；

S3：监测装置安装：在筒底加强板上边沿为测斜管管底位置，预留1m管靴安装位置，沿管靴顶部向上每隔1m距离交替安装护管构件与一对螺柱，直至钢圆筒筒顶加强板下边沿，距离筒顶1m；螺柱以标记线对称安装；测斜管单根长度为2m，自下往上依次拼接后穿入护套管，测斜管接头位置涂抹胶水后套入管箍，安装完成后管箍位置位于保护构件内；将“Ω”型卡扣套入螺柱，拧上螺母锁紧；

S4：现场安装：钢圆筒现场振沉到位，向内填充中粗砂，待测斜管安装区域整平完成，接高顶部测斜管，使测斜管顶部高于钢圆筒顶；

S5：钢圆筒筒身变形观测：采用滑动式测斜仪进行筒身变形观测，下放测斜仪传感器至管底，静置5min，后每0.5m一个测点依次上拔传感器进行监测，正反两个方向测量仪减小误差，以钢圆筒底为固定基点，得到钢圆筒筒身变形曲线，通过变形曲线分析钢圆筒的变形情况。

Images