CN113700017A - 水下拉绳定位方法及用于沉管水下安装的测量定位方法 - Google Patents

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CN113700017A CN202111015605.4A CN202111015605A CN113700017A CN 113700017 A CN113700017 A CN 113700017A CN 202111015605 A CN202111015605 A CN 202111015605A CN 113700017 A CN113700017 A CN 113700017A
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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

本发明涉及沉管安装技术领域，特别是一种水下拉绳定位方法及用于沉管水下安装的测量定位方法，水下拉绳定位方法包含以下步骤：S1.在已安装沉管上设置第一连接点、第二连接点和第三连接点，在所述待安装沉管上设置汇集点；S2.将测量绳与连接点相连接；S3.将所述第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳汇集于所述汇集点；S4.张紧所述第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳；S5.测量出第一距离、第二距离和第三距离；S6.计算出所述汇集点相对于所述已安装沉管的相对位置。本申请的水下拉绳定位方法，与传统的测量计算方法相比，无需安装测量塔，无需配套很多相关测量仪器，提高了施工效率，降低了施工成本，整个测量定位过程简单，方便。

Description

水下拉绳定位方法及用于沉管水下安装的测量定位方法
技术领域
本发明涉及沉管安装技术领域，特别是一种水下拉绳定位方法及用于沉管水下安装的测量定位方法。
背景技术
隧道沉管水下安装对接(已安装沉管和待安装沉管对接)精度要求高，常规的方法是在沉管前后端上表面各安装一个测量塔，将水下管节的特征控制点引出水面测量，采用该测量方法，测量塔的刚度及稳定性要求较高，影响对接精度的因素较多，需要配套很多相关的测量仪器，安装繁琐，导致施工效率低，施工成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的利用测量塔来测量隧道沉管水下安装对接精度，安装繁琐，导致施工效率低，施工成本高的问题，提供一种水下拉绳定位方法及一种用于沉管水下安装的测量定位方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种水下拉绳定位方法，基于已安装沉管、待安装沉管和至少三根测量绳，将其中三根测量绳定义为第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳，该方法包含以下步骤：
S1.在已安装沉管上设置第一连接点、第二连接点和第三连接点，且使得所述第一连接点、第二连接点和第三连接点呈三角形布置，并且，在所述待安装沉管上设置汇集点；
S2.将所述第一测量绳与所述第一连接点相连接；
将所述第二测量绳与所述第二连接点相连接；
将所述第三测量绳与所述第三连接点相连接；
S3.将所述第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳靠近待安装沉管的同侧端均汇集于所述汇集点；
S4.张紧所述第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳；
S5.基于第一测量绳测量出第一距离，所述第一距离为所述汇集点至所述第一连接点之间的距离；
基于第二测量绳的测量出第二距离，所述第二距离为所述汇集点至所述第二连接点之间的距离；
基于第三测量绳的测量出第三距离，所述汇集点至所述第三连接点之间的距离；
S6.基于所述第一距离、第二距离和第三距离计算出所述汇集点相对于所述已安装沉管的相对位置。
本申请的水下拉绳定位方法，整个测量定位过程中，利用所述第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳分别算出所述第一距离、第二距离和第三距离，进而计算出所述汇集点相对于所述已安装沉管的相对位置，该方案与传统的测量计算方法相比，无需安装测量塔，无需配套很多相关测量仪器，提高了施工效率，降低了施工成本，整个测量定位过程简单，方便。
优选地，基于所述第一连接点、第二连接点、第三连接点的位置建立测量模型，并使得所述测量模型满足：当输入所述第一距离、第二距离和第三距离时，得到所述汇集点相对于所述已安装沉管的相对位置。
通过建立测量模型，输入第一距离、第二距离和第三距离能够得到汇集点相对于所述已安装沉管的相对位置，整个计算过程简单，方便，快捷。
优选地，步骤S6中建立所述测量模型具体包括以下步骤：
S61.建立坐标系，并将所述第一连接点、第二连接点和第三连接点放置于所述坐标系中，并标定所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的坐标；
S62.基于所述第一连接点、第二连接点和第三连接点的坐标建立位置关系模型，使得所述位置关系模型满足：当输入所述第一距离、第二距离和第三距离时，能够得到所述汇集点的坐标，继而得出待安装沉管相对于已安装沉管的位置。
优选地，所述位置关系模型具体为：
BC1 2＝(X-X1)2+(Y-Y1)2+(Z-Z1)2
BC2 2＝(X-X2)2+(Y-Y2)2+(Z-Z2)2
BC3 2＝(X-X3)2+(Y-Y3)2+(Z-Z3)2
式中，第一连接点的坐标标记为C1(X1，Y1，Z1)；第二连接点的坐标标记为C2(X2，Y2，Z2)；第三连接点的坐标标记为C3(X3，Y3，Z3)；汇集点的位置标记为(X，Y，Z)；BC1为第一距离；BC2为第二距离；BC3为第三距离。
优选地，在步骤S4中.通过卷扬机张紧所述第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳，以保证测量定位时第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳处于张紧状态，进而保证测量精度。
优选地，在步骤S5中，
在步骤S5中，
所述第一测量绳上具有第一传感器，利用所述第一传感器测量出所述第一距离；
和/或
所述第二测量绳上具有第二传感器，利用所述第二传感器测量出所述第二距离；
和/或
所述第三测量绳上具有第三传感器，利用所述第三传感器测量出所述第三距离。
优选地，所述第一传感器为测长传感器或测距传感器；
和/或
第二传感器为测长传感器或测距传感器；
和/或
第三传感器为测长传感器或测距传感器。
通过测长传感器或测距传感器来算得第一距离、第二距离或第三距离，使得整个过程简单，方便。优选地，所述汇集点设置于所述待安装沉管靠近所述已安装沉管的端部，以避免待安装沉管本身结构干涉第一测量绳、第二测量绳或第三测量绳。
优选地，所述待安装沉管上连接有连接套管，所述汇集点设置于所述连接套管的管头处，所述第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳的同侧端均贯穿所述连接套管后，被卷扬机张紧。
本申请还公开了一种用于沉管水下安装的测量定位方法，包含以下步骤：
A1.利用本申请所述的一种水下拉绳定位方法得出至少两个汇集点分别相对于所述已安装沉管的相对位置，并在所述待安装沉管安装用于测量待安装沉管倾斜度的倾斜仪器。
A2.根据至少两个汇集点分别相对于所述已安装沉管的相对位置,以及待安装沉管倾斜度计算出待安装沉管相对于已安装沉管的位置。
本申请的测量定位方法，整个测量定位过程中，通过至少两套测量绳和待安装沉管倾斜度相配合，就能够计算出待安装沉管相对于已安装沉管的位置，该方案与传统的测量计算方法相比，无需安装测量塔，无需配套很多相关测量仪器，提高了施工效率，降低了施工成本，整个测量定位过程简单，方便。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本申请的水下拉绳定位方法，整个测量定位过程中，利用所述第一测量绳、第二测量绳和第三测量绳分别算出所述第一距离、第二距离和第三距离，进而计算出所述汇集点相对于所述已安装沉管的相对位置，该方案与传统的测量计算方法相比，无需安装测量塔，无需配套很多相关测量仪器，提高了施工效率，降低了施工成本，整个测量定位过程简单，方便。
2、本申请的水下拉绳定位方法，通过建立测量模型，输入第一距离、第二距离和第三距离能够得到汇集点相对于所述已安装沉管的相对位置，整个计算过程简单，方便，快捷。
3、本申请的测量定位方法，整个测量定位过程中，通过至少两套测量绳和待安装沉管倾斜度相配合，就能够计算出待安装沉管相对于已安装沉管的位置，该方案与传统的测量计算方法相比，无需安装测量塔，无需配套很多相关测量仪器，提高了施工效率，降低了施工成本，整个测量定位过程简单，方便。
附图说明
图1是本发明的一种水下拉绳定位方法的测量示意图。
图2是本发明的图1中H部放大示意图。
图3是本发明的使用吊重张紧第一测量绳的结构示意图。
图4是本发明的一种水下拉绳定位方法中汇集点放置于坐标系中计算模型示意图。
图5是本发明的一种用于沉管水下安装的测量定位方法的测量示意图。
图标：1-已安装沉管；2-待安装沉管；3-第一测量绳；4-第二测量绳；5-第三测量绳；6-定滑轮组；7-第一连接点；8-第二连接点；9-第三连接点；10-连接套管；11-吊重；12-卷扬机；13-汇集点；14-管头；15-船。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-图2所示，本实施例所述的一种水下拉绳定位方法，基于已安装沉管1、待安装沉管2和至少三根测量绳，将其中三根测量绳定义为第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5，该方法包含以下步骤：
S1.在已安装沉管1上设置第一连接点7、第二连接点8和第三连接点9，且使得所述第一连接点7、第二连接点8和第三连接点9呈三角形布置，最好是呈等边三角形布置，并且，在所述待安装沉管2上设置汇集点13；
S2.将所述第一测量绳3与所述第一连接点7相连接；
将所述第二测量绳4与所述第二连接点8相连接；
将所述第三测量绳5与所述第三连接点9相连接；
S3.将所述第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5靠近待安装沉管2的同侧端均汇集于所述汇集点13；
S4.张紧所述第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5；
S5.基于第一测量绳3测量出第一距离，所述第一距离为所述汇集点13至所述第一连接点7之间的距离；
基于第二测量绳4的测量出第二距离，所述第二距离为所述汇集点13至所述第二连接点8之间的距离；
基于第三测量绳5的测量出第三距离，所述汇集点13至所述第三连接点9之间的距离；
S6.基于所述第一距离、第二距离和第三距离计算出所述汇集点13相对于所述已安装沉管1的相对位置。
步骤S6具体为：基于所述第一连接点7、第二连接点8、第三连接点9的位置建立测量模型，并使得所述测量模型满足：当输入所述第一距离、第二距离和第三距离时，得到所述汇集点13相对于所述已安装沉管1的相对位置。建立测量模型，输入第一距离、第二距离和第三距离就能够得到汇集点13相对于所述已安装沉管1的相对位置，整个计算过程简单，方便，快捷。
如图4所示，进一步具体地，步骤S6中建立所述测量模型具体包括以下步骤：
S61.建立坐标系，并将所述第一连接点7、第二连接点8和第三连接点9放置于所述坐标系中，并标定所述第一连接点7、第二连接点8和第三连接点9的坐标；
S62.基于所述第一连接点7、第二连接点8和第三连接点9的坐标建立位置关系模型，使得所述位置关系模型满足：当输入所述第一距离、第二距离和第三距离时，能够得到所述汇集点13的坐标，继而得出待安装沉管2相对于已安装沉管1的位置。
所述位置关系模型具体为：
BC1 2＝(X-X1)2+(Y-Y1)2+(Z-Z1)2
BC2 2＝(X-X2)2+(Y-Y2)2+(Z-Z2)2
BC3 2＝(X-X3)2+(Y-Y3)2+(Z-Z3)2
式中，第一连接点7的坐标标记为C1(X1，Y1，Z1)；第二连接点8的坐标标记为C2(X2，Y2，Z2)；第三连接点9的坐标标记为C3(X3，Y3，Z3)；汇集点13的位置标记为(X，Y，Z)；BC1为第一距离；BC2为第二距离；BC3为第三距离。
具体地，所述第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5均为钢丝材质构件。
在上述基础上，进一步优选的方式，在步骤S4中.通过卷扬机12张紧所述第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5，以保证测量定位时第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5处于张紧状态，进而保证测量精度。
现实使用中，根据具体情况，可以为所述第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5单独配置卷扬机12，也可以将第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5缠绕在同一台卷扬机12上。
卷扬机12设置于水面的船15上或者岸边。
卷扬机12可以用发条等恒力弹簧代替，也能够达到张紧的效果。
如图3所示，另一种方式，也可以用吊重11加定滑轮或定滑轮组6的方式产生对第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5的拉力。
本实施例的测量绳均具有用于显示测量绳某段长度的测量结构。
一种具体的方式：所述第一测量绳3上具有第一传感器，利用所述第一传感器测量出所述第一距离，所述第一传感器为测长传感器或测距传感器；
和/或
所述第二测量绳4上具有第二传感器，利用所述第二传感器测量出所述第二距离，所述第二传感器为测长传感器或测距传感器；
和/或
所述第三测量绳5上具有第三传感器，利用所述第三传感器测量出所述第三距离，所述第三传感器为测长传感器或测距传感器。
测长传感器具体可选择拉绳位移传感器，其内设置有多圈绝对旋转编码器；
测距传感器一般选择激光测距仪。
通过测长传感器或测距传感器来算得第一距离、第二距离或第三距离，使得整个过程简单，方便。
通过拉绳位移传感器或测长传感器或测距传感器来算得第一距离、第二距离或第三距离，使得整个过程简单，方便。
在实际应用中，第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5的绳长几十米，但拉绳位移传感器的量程只需几米，待安装沉管2快到位后才接上拉绳位移传感器，拉绳位移传感器定位一般有一个初定位。如双GPS定位船，参照船的位置。而拉绳位移传感器量程不能太大，拉绳位移传感器的拉出绳长大，精度会降低。
具体测量时，第一距离、第二距离或第三距离＝读数－拉绳位移传感器出口至A的距离－AB管长，读数是拉绳位移传感器来读。
也可以添加常数，读数就是BC之间的距离，管头A需固定在船上，出囗拉线平行拉出。
在所述待安装沉管2靠近所述已安装沉管1的端部设置所述汇集点13，以避免待安装沉管2本身结构干涉第一测量绳3、第二测量绳4或第三测量绳5。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述待安装沉管2上连接有连接套管10，所述汇集点13设置于所述连接套管10的管头14处，所述第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5的同侧端均贯穿所述连接套管10后，被卷扬机12张紧。
连接套管10可以为一个，也可以为多个。
管头14部分入口端管壁需要磨圆处理，以防止管头14割磨绳子。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5均为钢丝材质构件。
本实施例的有益效果：本实施例所述的水下拉绳定位方法，整个测量定位过程中，利用所述第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5分别算出所述第一距离、第二距离和第三距离，进而计算出所述汇集点13相对于所述已安装沉管1的相对位置，该方案与传统的测量计算方法相比，无需安装测量塔，无需配套很多相关测量仪器，提高了施工效率，降低了施工成本，整个测量定位过程简单，方便。
本申请的计算方法，用来计算待安装沉管2相对于已安装沉管1的位置，整个过程中，该方案与传统的测量计算方法相比，无需安装测量塔，无需配套相关测量仪器，提高了施工效率，降低了施工成本，整个计算过程简单，方便。
本申请的计算方法，在计算时，将连接套管10考虑为一个点，但是在实际施工过程中，由于测量绳具有直径，故在计算时需要考虑测量绳的直径对计算结果的影响，进行一定的纠偏，但是该误差对整体计算结果影响不大。
在上述基础上，进一步优选的方式，本方案采用测量绳技术原理是空间距离后方交会。在已安装的沉管上布设测点C1、C2、C3三点，在测点上拉出三根不在同一平面的测量绳，第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5可为钢丝材质，具有一定的强度，能承受足够的拉力，弹性变形也满足测量绳的规范要求。在待安装的沉管上设置一个固定的连接套管10的管头14处B点，将第一测量绳3、第二测量绳4和第三测量绳5汇集在B点上，进行束型后穿过连接套管10延伸到套管另一端头A点，BC1、BC2、BC3是直线段，AB护套为固定长度。只需在A点或后端的拉绳位移传感器读出三条测绳各自的读数，就可反算出已安装沉管1和待安装沉管2之间直线段距离:L＝CiB+BA。
实施例2
如图5所示，本实施例所述的一种用于沉管水下安装的测量定位方法，包含以下步骤：
A1.利用实施例1或2所述的水下拉绳定位方法得出至少两个汇集点13分别相对于所述已安装沉管1的相对位置，并在所述待安装沉管2安装用于测量待安装沉管2倾斜度的倾斜仪器。
A2.根据至少两个汇集点13分别相对于所述已安装沉管1的相对位置,以及待安装沉管2倾斜度计算出待安装沉管2相对于已安装沉管1的位置。
具体地，以两个汇集点13为例，分别记为B1和B2，实施例1或2所述的水下拉绳定位方法可知，对于B1来说B1C1为第一距离；B1C2为第二距离；B1C3为第三距离；对于B2来说B2C4为第一距离；B2C5为第二距离；B2C6为第三距离。
整个过程中，通过汇集点13B1和B2，能够确定线段B1B2的位置，待安装沉管2的基准面通过线段B1B2，再基于待安装沉管2上安装的用于测量待安装沉管2倾斜度的倾斜仪器，例如倾斜仪，即可得到基准面的倾斜度，基于线段B1B2的位置和基准面的倾斜度，即可得到基准面的位置，从而得出计算出待安装沉管2相对于已安装沉管1的位置。
倾斜仪可以安装于待安装沉管2的内部。
本实施例所述的一种用于沉管水下安装的测量定位方法，应用于待安装沉管2定位时至少测两个汇集点13，且这两个点距离越大，待安装沉管2定位的精度越高，故汇集点13点设在待安装沉管2与已安装沉管1对接端两角点附近。
本申请的测量定位方法，整个测量定位过程中，通过至少两套测量绳和待安装沉管2倾斜度相配合，就能够计算出待安装沉管2相对于已安装沉管1的位置，该方案与传统的测量计算方法相比，无需安装测量塔，无需配套很多相关测量仪器，提高了施工效率，降低了施工成本，整个测量定位过程简单，方便。
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 (10)

1.一种水下拉绳定位方法，基于已安装沉管(1)和待安装沉管(2)，其特征在于，基于至少三根测量绳，将其中三根测量绳定义为第一测量绳(3)、第二测量绳(4)和第三测量绳(5)，该方法包含以下步骤：
S1.在已安装沉管(1)上设置第一连接点(7)、第二连接点(8)和第三连接点(9)，且使得所述第一连接点(7)、第二连接点(8)和第三连接点(9)呈三角形布置，并且，在所述待安装沉管(2)上设置汇集点(13)；
S2.将所述第一测量绳(3)与所述第一连接点(7)相连接；
将所述第二测量绳(4)与所述第二连接点(8)相连接；
将所述第三测量绳(5)与所述第三连接点(9)相连接；
S3.将所述第一测量绳(3)、第二测量绳(4)和第三测量绳(5)靠近待安装沉管(2)的同侧端均汇集于所述汇集点(13)；
S4.张紧所述第一测量绳(3)、第二测量绳(4)和第三测量绳(5)；
S5.基于第一测量绳(3)测量出第一距离，所述第一距离为所述汇集点(13)至所述第一连接点(7)之间的距离；
基于第二测量绳(4)的测量出第二距离，所述第二距离为所述汇集点(13)至所述第二连接点(8)之间的距离；
基于第三测量绳(5)的测量出第三距离，所述汇集点(13)至所述第三连接点(9)之间的距离；
S6.基于所述第一距离、第二距离和第三距离计算出所述汇集点(13)相对于所述已安装沉管(1)的相对位置。
2.根据权利要求1所述的一种水下拉绳定位方法，其特征在于，步骤S6具体为：基于所述第一连接点(7)、第二连接点(8)、第三连接点(9)的位置建立测量模型，并使得所述测量模型满足：当输入所述第一距离、第二距离和第三距离时，得到所述汇集点(13)相对于所述已安装沉管(1)的相对位置。
3.根据权利要求2所述的一种水下拉绳定位方法，其特征在于，步骤S6中建立所述测量模型具体包括以下步骤：
S61.建立坐标系，并将所述第一连接点(7)、第二连接点(8)和第三连接点(9)放置于所述坐标系中，并标定所述第一连接点(7)、第二连接点(8)和第三连接点(9)的坐标；
S62.基于所述第一连接点(7)、第二连接点(8)和第三连接点(9)的坐标建立位置关系模型，使得所述位置关系模型满足：当输入所述第一距离、第二距离和第三距离时，能够得到所述汇集点(13)的坐标，继而得出待安装沉管(2)相对于已安装沉管(1)的位置。
4.根据权利要求3所述的一种水下拉绳定位方法，其特征在于，所述位置关系模型具体为：
BC1 2＝(X-X1)2+(Y-Y1)2+(Z-Z1)2
BC2 2＝(X-X2)2+(Y-Y2)2+(Z-Z2)2
BC3 2＝(X-X3)2+(Y-Y3)2+(Z-Z3)2
式中，第一连接点(7)的坐标标记为C1(X1，Y1，Z1)；第二连接点(8)的坐标标记为C2(X2，Y2，Z2)；第三连接点(9)的坐标标记为C3(X3，Y3，Z3)；汇集点(13)的位置标记为(X，Y，Z)；BC1为第一距离；BC2为第二距离；BC3为第三距离。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种水下拉绳定位方法，其特征在于，在步骤S4中.通过卷扬机(12)张紧所述第一测量绳(3)、第二测量绳(4)和第三测量绳(5)。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种水下拉绳定位方法，其特征在于，
在步骤S5中，
所述第一测量绳(3)上具有第一传感器，利用所述第一传感器测量出所述第一距离；
和/或
所述第二测量绳(4)上具有第二传感器，利用所述第二传感器测量出所述第二距离；
和/或
所述第三测量绳(5)上具有第三传感器，利用所述第三传感器测量出所述第三距离。
7.根据权利要求6所述的一种水下拉绳定位方法，其特征在于，所述第一传感器为测长传感器或测距传感器；
和/或
第二传感器为测长传感器或测距传感器；
和/或
第三传感器为测长传感器或测距传感器。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的一种水下拉绳定位方法，其特征在于，所述汇集点(13)设置于所述待安装沉管(2)靠近所述已安装沉管(1)的端部。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的一种水下拉绳定位方法，其特征在于，所述待安装沉管(2)上连接有连接套管(10)，所述汇集点(13)设置于所述连接套管(10)的管头(14)处，所述第一测量绳(3)、第二测量绳(4)和第三测量绳(5)的同侧端均贯穿所述连接套管(10)后，被卷扬机(12)张紧。
10.一种用于沉管水下安装的测量定位方法，其特征在于，包含以下步骤：
A1.利用如权利要求1-9任意一项所述的一种水下拉绳定位方法得出至少两个汇集点(13)分别相对于所述已安装沉管(1)的相对位置，并在所述待安装沉管(2)安装用于测量待安装沉管(2)倾斜度的倾斜仪器；
A2.根据至少两个汇集点(13)分别相对于所述已安装沉管(1)的相对位置,以及待安装沉管(2)倾斜度计算出待安装沉管(2)相对于已安装沉管(1)的位置。
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