CN114934473A - 无接触管幕法模型试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无接触管幕法模型试验方法，包括如下步骤：提供试验箱体；将模拟土填设于试验箱体，同时将孔隙水压力计埋设在模拟土内；将土压力计布设在模拟埋物上，再将模拟埋物埋设于模拟土内；将打捞框架打设到模拟土内且打捞框架设于模拟埋物的外周；将模拟管节自打捞框架上向模拟土中以弧线型路径进行顶进，所顶进的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；在模拟管节顶进的过程中，利用孔隙水压力计及土压力计实时获取对应位置处的孔隙水压数据及土压力数据。本发明通过设置的孔隙水压力计及土压力计实时获取对应的数据，能够知晓模拟管节在顶进过程中对模拟埋物产生的扰动情况，从而可为弧形梁的顶进施工提供指导。

Description

无接触管幕法模型试验方法

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方法。

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，在广东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方法，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方法，包括如下步骤：

提供试验箱体，所提供的试验箱体的内部形成有试验空间；

提供模拟土及孔隙水压力计，将所述模拟土填设于所述试验空间内用以模拟待打捞物的埋设环境，在填设模拟土的过程中，将所述孔隙水压力计埋设在所述模拟土内；

提供模拟埋物及土压力计，所提供的模拟埋物的形状与所述待打捞物的形状相同，将所述土压力计布设在所述模拟埋物上，再将所述模拟埋物埋设于所述模拟土内；

提供打捞框架，将所述打捞框架打设到所述模拟土内且所述打捞框架设于所述模拟埋物的外周，所提供的打捞框架的顶部形成有发射平台；

提供呈弧形状的模拟管节，将所述模拟管节自所述发射平台上向所述模拟土中以弧线型路径进行顶进，所顶进的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，在所述模拟管节顶进完成后将所述模拟管节与所述发射平台连接；以及

在所述模拟管节顶进的过程中，利用所述孔隙水压力计及所述土压力计实时获取对应位置处的孔隙水压数据及土压力数据。

本发明的试验方法在模拟管节顶进的过程中，通过设置的孔隙水压力计及土压力计实时获取对应的数据，能够知晓模拟管节在顶进过程中对模拟埋物产生的扰动情况，从而可为弧形梁的顶进施工提供指导。

本发明无接触管幕法模型试验方法的进一步改进在于，还包括：

利用所述打捞框架及所述模拟管节将包裹的模拟埋物自所述模拟土中吊出，在吊出的过程中，利用所述孔隙水压力计及所述土压力计实时获取对应位置处的孔隙水压数据及土压力数据。

本发明无接触管幕法模型试验方法的进一步改进在于，在顶进模拟管节之前还包括：

提供内部形成有发射空间的导向架，将所述模拟管节置于所述导向架的发射空间内，并将所述导向架可拆卸地连接在所述发射平台上；

在所述模拟管节顶进完成后，将所述导向架拆除。

本发明无接触管幕法模型试验方法的进一步改进在于，在顶进模拟管节时，提供动力机构，将所述动力机构与所述模拟管节连接，利用所述动力机构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方法的进一步改进在于，所提供的动力机构包括驱动链条，将所述驱动链条连接在所述模拟管节的后端部，并将所述驱动链条绕过所述模拟管节并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方法的进一步改进在于，在顶进模拟管节之前还包括：

提供内部形成有发射空间的导向架，将所述模拟管节置于所述导向架的发射空间内，并将所述导向架可拆卸地连接在所述发射平台上；

提供齿轮，将所述齿轮可转动的安装在所述导向架上对应所述模拟管节前端部的端部处，将所述驱动链条部分绕设在所述齿轮上，让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方法的进一步改进在于，还包括：

提供拉力传感器，将所述拉力传感器连接在所述驱动链条上，利用所述拉力传感器实时检测所述驱动链条施加在所述模拟管节上的作用力。

本发明无接触管幕法模型试验方法的进一步改进在于，在设置孔隙水压力计时，将部分孔隙水压力计设于所述模拟埋物内部的模拟土内，将另外部分孔隙水压力计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方法的进一步改进在于，在设置土压力计时，将所述土压力计间隔的设于所述模拟埋物的表面上。

本发明无接触管幕法模型试验方法的进一步改进在于，还包括：

提供发光球体，将所提供的发光球体设置在所述模拟埋物的顶部及所述发射平台上；

在所述试验箱体上架设摄像机，利用所述摄像机对所述模拟埋物及所述发射平台上的发光球体进行拍摄得到视频数据。

附图说明

图1为本发明无接触管幕法模拟试验方法的流程图。

图2为本发明无接触管幕法模拟试验方法中试验箱体省去一侧板露出打捞框架的结构示意图。

图3为本发明无接触管幕法模拟试验方法中导向架安装在打捞框架上的结构示意图。

图4为本发明无接触管幕法模拟试验方法中导向架与模拟管节连接的结构示意图。

图5为本发明无接触管幕法模拟试验方法中动力机构的结构示意图

图6为本发明无接触管幕法模拟试验方法中模拟管节顶进过程的结构示意图。

图7为本发明无接触管幕法模拟试验方法中模拟管节顶进过程的侧视图。

图8为本发明无接触管幕法模拟试验方法中模拟管节与打捞框架连接的结构示意图。

图9为本发明无接触管幕法模拟试验方法中试验箱体内布设孔隙水压力计的俯视图。

图10为本发明无接触管幕法模拟试验方法中试验箱体内布设孔隙水压力计的正视图。

图11为本发明无接触管幕法模拟试验方法中试验箱体内布设孔隙水压力计的侧视图。

图12为本发明无接触管幕法模拟试验方法中发光球体布设的结构示意图。

图13为本发明无接触管幕法模拟试验方法中土压力计布设的横断面示意图。

图14为本发明无接触管幕法模拟试验方法中土压力计布设的底视图。

图15为本发明无接触管幕法模拟试验方法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方法，用于对打捞作业及打捞过程进行模拟，以获取全过程的模拟埋物的受力情况及土体扰动情况，能够精确的获取模拟管节在顶进过程中对模拟埋物产生的影响，可为实际施工提供指导。下面结合附图对本发明无接触管幕法模型试验方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明无接触管幕法模拟试验方法的流程图。下面结合图1，对本发明无接触管幕法模型试验方法进行说明。

如图1所示，本发明的无接触管幕法模型试验方法包括如下步骤：

执行步骤S11，提供试验箱体，所提供的试验箱体的内部形成有试验空间；接着执行步骤S12；

执行步骤S12，提供模拟土及孔隙水压力计，将模拟土填设于试验空间内用以模拟待打捞物的埋设环境，在填设模拟土的过程中，将孔隙水压力计埋设在模拟土内；接着执行步骤S13；

执行步骤S13，提供模拟埋物及土压力计，所提供的模拟埋物的形状与待打捞物的形状相同，将土压力计布设在模拟埋物上，再将模拟埋物埋设于模拟土内；接着执行步骤S14；

执行步骤S14，提供打捞框架，将打捞框架打设到模拟土内且打捞框架设于模拟埋物的外周，所提供的打捞框架的顶部形成有发射平台；接着执行步骤S15；

执行步骤S15，提供呈弧形状的模拟管节，将模拟管节自发射平台上向模拟土中以弧线型路径进行顶进，所顶进的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，在模拟管节顶进完成后将模拟管节与发射平台连接；接着执行步骤S16；

执行步骤S16，在模拟管节顶进的过程中，利用孔隙水压力计及土压力计实时获取对应位置处的孔隙水压数据及土压力数据。

结合图2和图8所示，在试验箱体21内打设打捞框架22，在打捞框架22上顶进施工模拟管节23，让模拟管节23包裹模拟埋物，在模拟管节 23顶进施工的过程中，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。本发明的试验方法用于对无接触管幕法打捞装置的打捞过程进行模拟试验，该无接触管幕法打捞装置用于打捞水下沉船，本发明的模拟埋物为模拟船只，所需打捞的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，本发明的试验方法还包括：

利用打捞框架及模拟管节将包裹的模拟埋物自模拟土中吊出，在吊出的过程中，利用孔隙水压力计及土压力计实时获取对应位置处的孔隙水压数据及土压力数据。

本发明的试验方法在从打设打捞框架开始至该模拟埋物被打捞出来的全过程中，利用孔隙水压力计和土压力计实时进行检测，将检测得到的数据发送给处理单元进行分析处理，以反应模拟埋物在打捞全过程的扰动情况。

在本发明的一种具体实施方式中，在顶进模拟管节之前还包括：

如图3所示，提供内部形成有发射空间的导向架24，将模拟管节置于导向架24的发射空间内，并将导向架24可拆卸地连接在发射平台上；

在模拟管节顶进完成后，将导向架24拆除。

导向架24呈弧形状，模拟管节23也呈弧形状，较佳地，导向架24 和模拟管节23均为半圆形状。

具体地，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。

在本发明的一种具体实施方式中，如图4和图5所示，在顶进模拟管节23时，提供动力机构25，将动力机构25与模拟管节23连接，利用动力机构25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。

进一步地，所提供的动力机构25包括驱动链条251，将驱动链条251 连接在模拟管节23的后端部，并将驱动链条251绕过模拟管节23并在模拟管节23的前端部处形成拖拽端2511；

通过拉动拖拽端2511对模拟管节23施加作用力。

再进一步地，在顶进模拟管节之前还包括：

提供内部形成有发射空间的导向架24，将模拟管节23置于导向架24 的发射空间内，并将导向架24可拆卸地连接在发射平台上；

提供齿轮252，将齿轮252可转动的安装在导向架24上对应模拟管节 23前端部的端部处，将驱动链条251部分绕设在齿轮252上，让齿轮252 与其上绕设的驱动链条251相咬合。具体地，让驱动链条251从齿轮252 的底部绕过，拉动驱动链条251，齿轮252配合进行转动，该齿轮252可对驱动链条的移动进行导向，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。

又进一步地，还包括：

提供拉力传感器，将拉力传感器连接在驱动链条251上，利用拉力传感器实时检测驱动链条251施加在模拟管节上的作用力。

可在驱动链条251的拖拽端2511出连接手拉葫芦，利用手拉葫芦手动对拖拽端2511施加拉力。

较佳地，如图4所示，导向架24的外弧板上设有导向槽242，该导向槽242与内部的发射空间连通，驱动链条251绕设在模拟管节23上的部分置于该导向槽242内，导向槽242还可对驱动链条251的移动进行导向。

在本发明的一种具体实施方式中，在设置孔隙水压力计时，将部分孔隙水压力计设于模拟埋物内部的模拟土内，将另外部分孔隙水压力计设于模拟管节外侧的模拟土内。

如图9至图11所示，将孔隙水压力计32沿着竖向在模拟埋物10的内部的模拟土内设置三道，每道孔隙水压力计32沿着横向设置三个孔隙水压力计。将孔隙水压力计在打捞框架外侧的模拟土内设置两个，该两个孔隙水压力计位于打捞框架22的相邻的两个外侧处。

在本发明的一种具体实施方式中，在设置土压力计时，将土压力计间隔的设于模拟埋物的表面上。

如图13至图15所示，将土压力计34在模拟埋物10的底部设置多道，在模拟埋物10的外侧面和内侧面沿着横纵向各设置一道，每道土压力计均包括至少三个土压力计，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，还包括：

提供发光球体33，将所提供的发光球体33设置在模拟埋物10的顶部及发射平台上；

在试验箱体上架设摄像机，利用摄像机对模拟埋物及发射平台上的发光球体进行拍摄得到视频数据。

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2和图3所示，所提供的打捞框架包括相对设置的两个端板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。

顶梁222上设有螺栓孔，结合图4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。

模拟管节23与顶梁222间通过连接销实现连接，模拟管节23的两个端部位于对应顶梁222的间隙223内，连接销穿设模拟管节23的端部及对应的顶梁222，就实现了模拟管节23与顶梁222的连接。

如图3、图6和图7所示，模拟管节23与端板221间通过锁扣31实现对接连接，相邻的两个模拟管节23间也通过锁扣31实现连接，锁扣31 设置在模拟管节23的两侧，还设置在端板221的内侧面。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。锁扣31在端板及模拟管节的侧面上均设置两道。

端板的内部中空且上下贯通，在端板内形成又多个上下贯通的通道，通道内设置了泥水管路2211，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。

如图6所示，模拟管节23的前端部形成有网格式结构，模拟管节23 的内部中空，后端部封闭，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。

本发明的模拟埋物的形状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。

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方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供试验箱体，所提供的试验箱体的内部形成有试验空间；

提供模拟土及孔隙水压力计，将所述模拟土填设于所述试验空间内用以模拟待打捞物的埋设环境，在填设模拟土的过程中，将所述孔隙水压力计埋设在所述模拟土内；

提供模拟埋物及土压力计，所提供的模拟埋物的形状与所述待打捞物的形状相同，将所述土压力计布设在所述模拟埋物上，再将所述模拟埋物埋设于所述模拟土内；

提供打捞框架，将所述打捞框架打设到所述模拟土内且所述打捞框架设于所述模拟埋物的外周，所提供的打捞框架的顶部形成有发射平台；

提供呈弧形状的模拟管节，将所述模拟管节自所述发射平台上向所述模拟土中以弧线型路径进行顶进，所顶进的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，在所述模拟管节顶进完成后将所述模拟管节与所述发射平台连接；以及

在所述模拟管节顶进的过程中，利用所述孔隙水压力计及所述土压力计实时获取对应位置处的孔隙水压数据及土压力数据。

2.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验方法，其特征在于，还包括：

利用所述打捞框架及所述模拟管节将包裹的模拟埋物自所述模拟土中吊出，在吊出的过程中，利用所述孔隙水压力计及所述土压力计实时获取对应位置处的孔隙水压数据及土压力数据。

3.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验方法，其特征在于，在顶进模拟管节之前还包括：

提供内部形成有发射空间的导向架，将所述模拟管节置于所述导向架的发射空间内，并将所述导向架可拆卸地连接在所述发射平台上；

在所述模拟管节顶进完成后，将所述导向架拆除。

4.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验方法，其特征在于，在顶进模拟管节时，提供动力机构，将所述动力机构与所述模拟管节连接，利用所述动力机构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。

5.如权利要求4所述的无接触管幕法模型试验方法，其特征在于，所提供的动力机构包括驱动链条，将所述驱动链条连接在所述模拟管节的后端部，并将所述驱动链条绕过所述模拟管节并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对所述模拟管节施加作用力。

6.如权利要求5所述的无接触管幕法模型试验方法，其特征在于，在顶进模拟管节之前还包括：

提供内部形成有发射空间的导向架，将所述模拟管节置于所述导向架的发射空间内，并将所述导向架可拆卸地连接在所述发射平台上；

提供齿轮，将所述齿轮可转动的安装在所述导向架上对应所述模拟管节前端部的端部处，将所述驱动链条部分绕设在所述齿轮上，让所述齿轮与其上绕设的驱动链条相咬合。

7.如权利要求5所述的无接触管幕法模型试验方法，其特征在于，还包括：

提供拉力传感器，将所述拉力传感器连接在所述驱动链条上，利用所述拉力传感器实时检测所述驱动链条施加在所述模拟管节上的作用力。

8.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验方法，其特征在于，在设置孔隙水压力计时，将部分孔隙水压力计设于所述模拟埋物内部的模拟土内，将另外部分孔隙水压力计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方法，其特征在于，在设置土压力计时，将所述土压力计间隔的设于所述模拟埋物的表面上。

10.如权利要求1所述的无接触管幕法模型试验方法，其特征在于，还包括：

提供发光球体，将所提供的发光球体设置在模拟埋物的顶部及所述发射平台上；

在所述试验箱体上架设摄像机，利用所述摄像机对所述模拟埋物及所述发射平台上的发光球体进行拍摄得到视频数据。

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