CN114892586B - 无接触管幕法模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无接触管幕法模型试验装置，包括:试验箱体，内部形成有试验空间；填设于试验空间内的模拟土；埋设在模拟土内的模拟埋物；埋设于模拟土内的多个孔隙水压力计；设于模拟埋物上的多个土压力计；打设于模拟土内并设于模拟埋物外周的打捞框架，顶部形成有发射平台；可与打捞框架的发射平台连接并可向模拟土中以弧线型路径顶进的模拟管节，模拟管节呈弧形状，模拟管节可自模拟埋物底部的模拟土中穿过并包裹模拟埋物。本发明能够精确的获取模拟管节在顶进的过程中扰动情况，为无接触管幕法打捞装置的打捞效果提供有有效的验证，还能够为打捞装置及工法的设计提供精确的指导。

Description

无接触管幕法模型试验装置

技术领域

本发明涉及水下打捞技术领域，特指一种无接触管幕法模型试验装置。

背景技术

在传统的水下打捞项目中，通常采用浮筒法，即直接在需打捞的物品上捆上若干浮筒，借助浮筒产生的浮力，直接将物品吊到水面，而这种打捞方式在面对比较脆弱的物体时，往往会产生难以复原的伤害，在广州的南海一号沉船打捞项目中，使用了封箱法，通过大型铁箱先罩住沉船，再在铁箱底部通过钢梁进行密封，将沉船及沉船周围的泥土整体进行起吊，这样的方式相对于传统打捞方式，能比较完整的保护沉船，并打捞出水，但是现场操作难度大，施工风险高等缺点，且施工过程中将消耗较多的时间与人工。

为此申请人提出一种新的解决方案，即无接触管幕法打捞装置，具体是让弧形梁以弧线型路径顶进完成打捞物的封底，相较于封箱法能够降低施工难度及施工风险，而弧形梁顶进施工过程中会扰动泥土，这一扰动是否会影响待打捞物的结构完整性是难以预见的，由于该无接触管幕法打捞装置是无前例的技术方案，现有技术中并没有先例可供参考。因此急需提供一种配套无接触管幕法打捞装置的试验方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种无接触管幕法模型试验装置，解决现有技术无法预见顶进施工是否会影响待打捞物的结构完整性的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种无接触管幕法模型试验装置，包括:

试验箱体，内部形成有试验空间；

填设于所述试验空间内的模拟土；

埋设在所述模拟土内的模拟埋物；

埋设于所述模拟土内的多个孔隙水压力计，用于实时检测对应位置处的孔隙水压力；

设于所述模拟埋物上的多个土压力计，用于实时检测对应位置处的土压力；

打设于所述模拟土内并设于所述模拟埋物外周的打捞框架，顶部形成有发射平台；以及

可与所述打捞框架的发射平台连接并可向所述模拟土中以弧线型路径顶进的模拟管节，所述模拟管节呈弧形状，所述模拟管节可自所述模拟埋物底部的模拟土中穿过并包裹所述模拟埋物。

本发明的模型试验装置实现了对水下待打捞物的模拟，通过打捞框架及模拟管节实现了对无接触管幕法打捞装置的打捞过程的模拟，在模拟打捞的过程中可通过试验装置中设置的孔隙水压力计及土压力计对模拟土以及模拟埋物处的孔隙水压力及土压力进行实时检测，能够精确的获取模拟管节在顶进的过程中扰动情况，为无接触管幕法打捞装置的打捞效果提供有有效的验证，还能够为打捞装置及工法的设计提供精确的指导。

本发明无接触管幕法模型试验装置的进一步改进在于，还包括可拆卸地连接在所述发射平台上的导向架，所述导向架的内部形成有供容置待顶进施工的模拟管节的发射空间。

本发明无接触管幕法模型试验装置的进一步改进在于，还包括与所述模拟管节连接的动力机构，所述动力机构可对所述模拟管节施加作用力以将所述模拟管节顶进至所述模拟土中。

本发明无接触管幕法模型试验装置的进一步改进在于，所述动力机构包括与所述模拟管节的后端部连接的驱动链条，所述驱动链条绕过所述模拟管节后在所述模拟管节的前端部处形成拖拽端，通过拉动所述拖拽端可实现对所述模拟管节施加作用力。

本发明无接触管幕法模型试验装置的进一步改进在于，所述发射平台上可拆卸地连接有供容置模拟管节的导向架；

所述导向架上对应所述模拟管节前端部的端部处设有可转动的齿轮，所述驱动链条有部分绕设于所述齿轮上，且所述齿轮与其上绕设的驱动链条相咬合。

本发明无接触管幕法模型试验装置的进一步改进在于，所述驱动链条上连接有拉力传感器。

本发明无接触管幕法模型试验装置的进一步改进在于，所述驱动链条的拖拽端连接有手拉葫芦。

本发明无接触管幕法模型试验装置的进一步改进在于，所述孔隙水压力计有部分设于所述模拟埋物内部的模拟土内，还有部分设于所述模拟管节外侧的模拟土内。

本发明无接触管幕法模型试验装置的进一步改进在于，所述土压力计间隔的设于所述模拟埋物的表面。

本发明无接触管幕法模型试验装置的进一步改进在于，还包括设于所述模拟埋物顶部及所述发射平台上的发光球体以及架设于所述试验箱体上的摄像机，所述摄像机用于对所述发光球体进行拍摄。

附图说明

图1为本发明无接触管幕法模型试验装置中试验箱体省去一侧板露出打捞框架的结构示意图。

图2为本发明无接触管幕法模型试验装置中导向架安装在打捞框架上的结构示意图。

图3为本发明无接触管幕法模型试验装置中导向架与模拟管节连接的结构示意图。

图4为本发明无接触管幕法模型试验装置中动力机构的结构示意图

图5为本发明无接触管幕法模型试验装置中模拟管节顶进过程的结构示意图。

图6为本发明无接触管幕法模型试验装置中模拟管节顶进过程的侧视图。

图7为本发明无接触管幕法模型试验装置中模拟管节与打捞框架连接的结构示意图。

图8为本发明无接触管幕法模型试验装置中试验箱体内布设孔隙水压力计的俯视图。

图9为本发明无接触管幕法模型试验装置中试验箱体内布设孔隙水压力计的正视图。

图10为本发明无接触管幕法模型试验装置中试验箱体内布设孔隙水压力计的侧视图。

图11为本发明无接触管幕法模型试验装置中发光球体布设的结构示意图。

图12为本发明无接触管幕法模型试验装置中土压力计布设的横断面示意图。

图13为本发明无接触管幕法模型试验装置中土压力计布设的底视图。

图14为本发明无接触管幕法模型试验装置中土压力计布设的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种无接触管幕法模型试验装置，专门用于匹配无接触管幕法打捞装置，对其打捞作业进行模拟，且该试验装置在打捞过程中全程对待打捞物周围的孔隙水压力及土压力进行了实时监测，可获取打捞过程中待打捞物周边土体的扰动情况以及待打捞物的稳定情况，可为打捞装置提供精确的数据指导。下面结合附图对本发明无接触管幕法模型试验装置进行说明。

参阅图1，显示了本发明无接触管幕法模型试验装置中试验箱体省去一侧板露出打捞框架的结构示意图。参阅图7，显示了本发明无接触管幕法模型试验装置中模拟管节与打捞框架连接的结构示意图。参阅图8，显示了本发明无接触管幕法模型试验装置中试验箱体内布设孔隙水压力计的俯视图。参阅图12，显示了本发明无接触管幕法模型试验装置中土压力计布设的横断面示意图。下面结合图1、图7、图8和图12，对本发明无接触管幕法模型试验装置进行说明。

如图1、图7、图8和图12所示，本发明的无接触管幕法模型试验装置包括试验箱体21、模拟土、模拟埋物、孔隙水压力计32、土压力计34、打捞框架22以及模拟管节23，其中试验箱体21内部形成有试验空间；模拟土填设在试验空间内，该模拟土取自模拟环境的原位砂土；模拟埋物埋设在模拟土内，该模拟埋物用于模拟待打捞物；孔隙水压力计32有多个，埋设在模拟土内，孔隙水压力计32用于实时检测对应位置处的孔隙水压力；土压力计34也有多个，设于模拟埋物上，土压力计34用于实时检测对应位置处的土压力；打捞框架22打设于模拟土内并设于模拟埋物的外周，打捞框架22的顶部形成有发射平台；模拟管节23呈弧形状，且有多个，模拟管节23可与打捞框架22的发射平台连接并可向模拟土中以弧线型路径顶进，模拟管节23可自模拟埋物的底部的模拟土中穿过并包裹模拟埋物。

本发明的模拟管节可在模拟埋物的底部土体内进行顶进施工，进而利用设置的孔隙水压力计及土压力计实时检测顶进过程中的孔隙水压力及土压力，从而可精确的分析顶进施工过程对模拟埋物的扰动情况以及是否会对模拟埋物的结构完整性产生破坏。

本发明的模型试验装置所要模拟的无接触管幕法打捞装置是用于打捞水下沉船，该沉船是清朝年间的沉没的船只，属于文物，故对其打捞需要确保沉船的完整性，不可有任何损坏。为此需在进行实际打捞之前，对打捞装置的打捞过程及工法进行模拟试验，以验证方案的可行性，利用试验提供的数据为实际打捞提供精确的指导。

在本发明的一种具体实施方式中，如图2所示，本发明的试验装置还包括可拆卸地连接在发射平台上的导向架24，该导向架24的内部形成有供容置待顶进施工的模拟管节23的发射空间。在需要顶进模拟管节时，结合图5和图6所示，先将模拟管节23置于导向架24内，接着再将导向架24安装到发射平台上，而后让模拟管节23在导向架24内向着模拟土中进行顶进，进行施工完成后，将模拟管节23的两个端部与发射平台连接。结合图7所示，模拟管节23有多个，多个模拟管节23连接在发射平台上，从而打捞框架22与模拟管节23一起将模拟埋物包裹住，接着向上吊起打捞框架及模拟管节即可将模拟埋物从模拟土中吊出。较佳地，模拟管节23为半圆形状，导向架24也为半圆形状。

在本发明的一种具体实施方式中，如图3和图4所示，本发明的试验装置还包括与模拟管节23连接的动力机构25，该动力机构25可对模拟管节23施加作用力以将模拟管节23顶进至模拟土中。利用动力机构25将模拟管节23推出或拉出导向架24而让模拟管节23向着模拟土中顶进，模拟管节23为弧形状，该模拟管节23的顶进路径也呈弧形状。

进一步地，动力机构25包括与模拟管节23的后端部连接的驱动链条251，该驱动链条251绕过模拟管节23后在模拟管节23的前端部处形成拖拽端2511，通过拉动拖拽端2511可实现对模拟管节23施加作用力。拉动拖拽端2511可对模拟管节23施加拉力，该拉力作用在模拟管节23的后端部，使得模拟管节23的前端部向前顶进。

再进一步地，发射平台上可拆卸地连接有导向架24后，在导向架24上对应模拟管节23前端部的端部处设有可转动的齿轮252，驱动链条251有部分绕设于齿轮252上，且齿轮252与其上绕设的驱动链条251相咬合。较佳地，驱动链条251的端部从齿轮252的底部绕过并形成拖拽端2511，在拉动拖拽端2511时，使得驱动链条251经过齿轮252，且齿轮252可配合的进行转动，通过齿轮252可对驱动链条251的移动进行导向，进而对模拟管节23的顶进施工进行导向，确保模拟管节23沿着弧形的路径进行顶进。

在一较佳实施方式中，如图3所示，导向架24也呈弧形，该导向架24的外弧板设有与内部发射空间连通的导向槽242，该导向槽242用于容置驱动链条251，利用导向槽242可对驱动链条251的移动进行导向。

又进一步地，在驱动链条251上连接有拉力传感器。在拉动驱动链条251对模拟管节23施加作用力时，通过拉力传感器实时检测模拟管节23受到的作用力。

又进一步地，在驱动链条251的拖拽端2511连接有手拉葫芦。通过手拉葫芦手动的对驱动链条251的拖拽端2511施加拉力。

在本发明的一种具体实施方式中，如图8所示，孔隙水压力计32有部分设于模拟埋物内部的模拟土内，还有部分设于模拟管节23外侧的模拟土内。如此可通过孔隙水压力计实时检测模拟埋物内外的模拟土中的孔隙水压力。

较佳地，如图8至图9所示，在模拟埋物内部的模拟土内沿着竖向设置三道孔隙水压力计32，每道孔隙水压力计32沿横向设置有三个。在打捞框架的外侧设置两个孔隙水压力计32，该两个孔隙水压力计32位于打捞框架的相邻的两个外侧处。

在本发明的一种具体实施方式中，如图12至图14所示，土压力计34间隔的设于模拟埋物10的表面。利用土压力计可实时检测得到模拟埋物10表面的土压力情况。

具体的，在模拟埋物10的底部设置多道土压力计，在模拟埋物10的外侧面及内侧面沿着横向和纵向各设置一道土压力计，每道土压力计至少包括三个土压力计。利用设置的多个土压力计可尽可能多的得到模拟埋物10表面受到的土压力。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的试验装置还包括设于模拟埋物10顶部及发射平台上的发光球体33以及架设于试验箱体21上的摄像机，该摄像机用于对发光球体33进行拍摄。利用摄像机实时拍摄模拟埋物及发射平台上设置的发光球体33形成视频数据，基于对视频数据中的发光球体33形成的发光点进行坐标分析，可精确的得到模拟埋物的位移情况。较佳地，发光球体在模拟埋物10以及发射平台上设置的数量至少为三个，且三个发光球体设于三角形的三个角部处。

在本发明的一种具体实施方式中，如图1和图2所示，打捞框架22包括相对设置的端板221以及支撑连接在两个端板221之间的多个顶梁222，在端板221的两侧各设置两道顶梁222，两道顶梁222之间形成供模拟管节穿过的间隙223，多个顶梁222的顶面形成发射平台。

在顶梁222上设有螺栓孔，结合图3所示，导向架24的底部设有连接板241，该连接板241上也设有螺栓孔，在导向架24置于顶梁222上时，连接板241上的螺栓孔可与顶梁222上对应的螺栓孔相对齐，再将连接螺栓穿过对应的螺栓孔就实现了导向架24与顶梁222的可拆卸地连接。在一个模拟管节23顶进施工好后，可拆除连接螺栓，将导向架24从顶梁222上拆卸，进而向导向架24内安装另一个模拟管节23，进行另一个模拟管节23的顶进施工。

在顶梁222上设有插销孔，模拟管节23的端部设有与插销孔相对应的穿孔，在模拟管节23顶进完成后，模拟管节23的两个端部分别位于对应的顶梁222的间隙223内，且穿孔与对应的插销孔相对齐，在插销孔和穿孔内穿设连接销即可实现模拟管节23与顶梁222的连接。

进一步地，在端板221的内侧面设有锁扣31，在模拟管节23的两侧均设有锁扣31，位于端部的模拟管节23可通过锁扣31与端板221实现对接连接，相邻的两个模拟管节23也可通过锁扣31实现对接连接。较佳地，锁扣31分为公锁扣和母锁扣，且呈弧形状，公锁扣和母锁扣可相互配合，实现插接连接。较佳地，公锁扣为弧形卡条，母锁扣为弧形凹槽，弧形卡条可卡入到弧形凹槽内。弧形卡条的截面呈工字型，弧形凹槽的截面呈T型，公锁扣与母锁扣连接时，能够防脱，使得相邻的模拟管节以及模拟管节与对应的端板连接牢固可靠。

在端板221上设置的锁扣31有两道，在模拟管节23上设置的锁扣31也有两道，两道锁扣的相互配合，能够提高模拟管节顶进过程中的稳定性。

再进一步地，端板221下部的外轮廓呈倒梯形状，上部的外轮廓呈长方形状，该端板221的上部用于顶梁222连接，下部的倒梯形状能够便于端板221的下沉施工。端板221相对设置的内板和外板，在内板和外板之间设有多道隔板，通过隔板将内板和外板之间分隔形成多个通道，且每一通道的隔板内壁处均设有泥水管路2211。该该泥水管路2211包括送泥管路及排泥管路，送泥管路及排泥管路均与泥水循环系统连接，且送泥管路及排泥管路的底部管口位于对应的通道的底部，在下沉端板时，泥水循环系统将泥水通过送泥管路送入到端板221底部以对端板221底部的模拟土进行冲洗，该泥水循环系统同时通过排泥管路将端板221底部的泥水抽走，通过泥水循环系统及泥水管路可实现排除端板221底部的部分泥土，能够减小端板221下沉的阻力，便于端板221的下沉作业施工。下沉端板时可通过加载设备下压端板，配合泥水循环系统及泥水管路能够将端板底部的部分泥土排除，可使得端板的下沉操作相对简单。

在端板221的外侧面固定连接有连接梁224，该连接梁224可用于与加载设备连接，还可用于与起吊设备连接。

在本发明的一种具体实施方式中，如图5所示，模拟管节23为内部中空结构，其前端部形成有开口，后端部封闭，在模拟管节23的前端部处设有网格式结构，该网格式结构在模拟管节23顶进施工时能够让模拟土挤入到模拟管节内部，该模拟管节23的顶进施工相对简单，可在试验室内完成，另外顶进施工省去机头管线等部件，能够减小机头管线对掘进的干扰，可提高试验效率，降低试验难度。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的模拟埋物为模拟船只。该模拟船只与待打捞物的形状相同，尺寸比待打捞物小10倍。在试验箱体内填设模拟土的过程中，可向模拟土中加水，以便于真实模拟待打捞物的水下环境。

本发明的试验装置在模拟埋物埋设好后，下沉施工打捞框架，在打捞框架下沉施工完成后，再将模拟管节安装到导向架内，接着将导向架连接到打捞框架上，而后拖拽模拟管节以让模拟管节向模拟土中顶进施工，在模拟管节顶进施工完成后，将模拟管节与打捞框架连接好，拆除导向架进行下一个模拟管节的顶进，在模拟管节全部顶进完成后，拆除导向架，将打捞框架与模拟管节一起吊出，此时模拟埋物及其周边的模拟土就被打捞框架与模拟管节一起捞出。从下沉打捞框架开始到模拟埋物被打捞出来结束，这一过程利用设置的孔隙水压力计和土压力计实时进行检测，并将得到的数据发送给处理单元进行处理，以此反应模拟埋物在打捞全过程的扰动情况，在打捞全过程还利用摄像头拍摄了视频数据，对视频数据进行分析以得到模拟埋物的整体位移情况，从而本发明的试验装置能够得到打捞全过程的模拟埋物的受力情况、土体扰动情况以及位移情况，可全方位的展现模拟埋物的打捞状态，可为实际打捞作业提供试验数据指导。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，包括:

试验箱体，内部形成有试验空间；

填设于所述试验空间内的模拟土；

埋设在所述模拟土内的模拟埋物；

埋设于所述模拟土内的多个孔隙水压力计，用于实时检测对应位置处的孔隙水压力；

设于所述模拟埋物上的多个土压力计，用于实时检测对应位置处的土压力；

打设于所述模拟土内并设于所述模拟埋物外周的打捞框架，顶部形成有发射平台；以及

可与所述打捞框架的发射平台连接并可向所述模拟土中以弧线型路径顶进的模拟管节，所述模拟管节呈弧形状，所述模拟管节可自所述模拟埋物底部的模拟土中穿过并包裹所述模拟埋物。

2.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，还包括可拆卸地连接在所述发射平台上的导向架，所述导向架的内部形成有供容置待顶进施工的模拟管节的发射空间。

3.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，还包括与所述模拟管节连接的动力机构，所述动力机构可对所述模拟管节施加作用力以将所述模拟管节顶进至所述模拟土中。

4.如权利要求3所述的无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，所述动力机构包括与所述模拟管节的后端部连接的驱动链条，所述驱动链条绕过所述模拟管节后在所述模拟管节的前端部处形成拖拽端，通过拉动所述拖拽端可实现对所述模拟管节施加作用力。

5.如权利要求4所述的无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，所述发射平台上可拆卸地连接有供容置模拟管节的导向架；

所述导向架上对应所述模拟管节前端部的端部处设有可转动的齿轮，所述驱动链条有部分绕设于所述齿轮上，且所述齿轮与其上绕设的驱动链条相咬合。

6.如权利要求4所述的无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，所述驱动链条上连接有拉力传感器。

7.如权利要求4所述的无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，所述驱动链条的拖拽端连接有手拉葫芦。

8.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，所述孔隙水压力计有部分设于所述模拟埋物内部的模拟土内，还有部分设于所述模拟管节外侧的模拟土内。

9.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，所述土压力计间隔的设于所述模拟埋物的表面。

10.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验装置，其特征在于，还包括设于所述模拟埋物顶部及所述发射平台上的发光球体以及架设于所述试验箱体上的摄像机，所述摄像机用于对所述发光球体进行拍摄。