CN115752339A - 一种水下凿岩贯入深度测定方法及凿岩锤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下凿岩贯入侧定方法及凿岩锤，涉及凿岩设备技术领域，该方法通过安装在凿岩锤顶部的加速度监测装置对凿岩锤从脱钩到入岩全过程加速度变化进行监测，获得凿岩锤加速度和速度随时间变化曲线，并由加速度曲线特征确定凿岩锤入岩初始时刻t0和初始速度v0，最终通过对加速度的时间二次时间积分获得凿岩锤贯入深度。利用该方法测得的凿岩贯入深度可为凿岩工艺参数快速确定提供基础资料，有效提升水下凿岩效率及智能化水平。
Description
技术领域
本发明涉及凿岩设备技术领域，具体涉及一种水下凿岩贯入深度测定方法及凿岩锤。
背景技术
港口改扩建、航道疏浚以及沉管隧道基槽开挖等建设常涉及水下破岩清礁施工。水下机械凿岩技术，即采用抓斗式挖泥船配凿岩锤或凿岩棒破碎硬质层后再用抓斗船清除，具有设备改造简便且经济、可快速投入施工、进退场灵活、安全性高等优点，在破岩清礁工程中广泛应用，尤其是在周边建(构)筑物及海洋环境保护重要性水域。水下机械凿岩技术高效应用的关键是针对场地基岩特性选取合适的凿岩工艺参数，包括锤型、落距、单点凿击次数和凿击点距分布等。目前，水下机械凿岩工艺参数确定方法包括主观经验法和现场工艺试验法。主观经验法选取的工艺参数主要基于以往工程经验以及工程师主观判断，其往往与实际要求相差较大，常造成多次返工；现场工艺试验法，先基于以往经验预设几种凿岩工艺参数组合，然后选取场地代表区域进行凿岩试验，最后由抓斗船实测清礁量评判凿岩工艺参数合理性。现场工艺试验需要对凿岩深度进行测定以评估凿岩工艺参数合理性，传统方法是根据凿岩清礁后由多波束测深仪等扫海设备测定，但是这种方法耗时费力。
发明内容
本发明的目的在于提出一种水下凿岩贯入深度测定方法及凿岩锤，该方法通过监测凿岩锤加速度变化过程获得凿岩锤贯入深度，利用该方法测得的凿岩贯入深度可为凿岩工艺参数快速确定提供基础资料，有效提升水下凿岩效率及智能化水平。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种水下凿岩贯入深度测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在凿岩锤顶部两侧对称位置安装加速度传感器监测装置；
S2：监测水下凿岩过程中凿岩锤从脱钩、入水及入岩过程加速度变化，绘制凿岩锤加速度随时间变化曲线；
S3：实测凿岩锤加速度曲线进行降噪光滑处理，以凿岩锤加速度显著持续增大起始时刻作为凿岩锤入岩初始时间t0；
S4：对凿岩锤入岩前加速度曲线进行一次时间积分得到凿岩锤速度曲线，确定凿岩锤入岩初始速度V0；
S5：以凿岩锤入岩初始时间对应位移为零点，对凿岩锤加速度曲线进行二次时间积分获得凿岩锤入岩深度随时间变化曲线，入岩深度最大值即为凿岩贯入深度D。
进一步的，所述加速度传感器监测装置包括有低量程单向抗冲击加速度传感器、高量程单向冲击型加速度传感器。
进一步的，所述低量程单向抗冲击加速度传感器量程为100～1000m/s2，0.01～0.1m/s2，测量频率为100Hz～10kHz，抗冲击能力不低于100000m/s2，主要监测凿岩锤入岩前加速度变化，用于计算凿岩锤入岩初始速度。
进一步的，所述高量程单向冲击型加速度传感器量程为10000～100000m/s2，测量精度0.1～1.0m/s2，测量频率为10kHz～1MHz，抗冲击能力不低于100000m/s2，主要监测凿岩锤入岩后加速度变化，用于确定入岩初始时间和计算贯入深度。
一种凿岩锤，包括有凿岩锤、对称安装设置凿岩锤顶部两侧的加速度监测装置，所述加速度监测装置包括有一个低量程单向抗冲击加速度传感器、一个高量程单向冲击型加速度传感器、以及将两个传感器安装凿岩锤顶部两侧的安装防护盒。
进一步的，所述安装防护盒包括有与凿岩锤顶部两侧固定安装的安装底座、固定在安装底座上的安装基座、以及设置在安装基座上的防护壳，所述安装基座的两侧竖直一体成型有安装板，所述防护壳安装在两个安装板之间，加速度传感器安装在所述防护壳内。
进一步的，所述防护壳的一侧设置有用于安装加速度传感器的传感器安装底座，另一侧设置有用于封堵防护壳开口的防护塞，所述防护塞中间预留有线孔。
进一步的，所述防护壳的长度方向轴线与凿岩锤轴线平行。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明公开了一种水下凿岩贯入侧定方法及凿岩锤，该方法通过安装在凿岩锤顶部的加速度监测装置对凿岩锤从脱钩到入岩全过程加速度变化进行监测，获得凿岩锤加速度和速度随时间变化曲线，并由加速度曲线特征确定凿岩锤入岩初始时刻t0和初始速度v0，最终通过对加速度的时间二次时间积分获得凿岩锤贯入深度。利用该方法测得的凿岩贯入深度可为凿岩工艺参数快速确定提供基础资料，有效提升水下凿岩效率及智能化水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构视图；
图2为本发明安装防护盒结构示意图；
图3为本发明低量程传感器测得凿岩锤加速度时间变化曲线图；
图4为本发明低量程传感器测得凿岩锤加速度去噪光滑处理后曲线图；
图5为本发明低量程传感器测得凿岩锤速度曲线图；
图6为本发明高量程传感器测得加速度时间变化曲线图；
图7为本发明凿岩锤入岩后加速度降噪处理后曲线图；
图8为本发明凿岩锤贯入深度曲线图。
图中：1.凿岩锤、2.加速度监测装置、3.安装防护盒、31.安装底座、32.安装基座、33.防护壳、34.传感器安装底座、35.防护塞、36.线孔。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-8所示，一种水下凿岩贯入深度测定方法，包括以下步骤：
S1：在凿岩锤1顶部两侧对称位置安装加速度传感器监测装置2；
S2：监测水下凿岩过程中凿岩锤1从脱钩、入水及入岩过程加速度变化，绘制凿岩锤1加速度随时间变化曲线；
S3：实测凿岩锤1加速度曲线采用移动平均方法进行降噪光滑处理，以凿岩锤1加速度显著持续增大起始时刻作为凿岩锤1入岩初始时间t0；
S4：对凿岩锤1入岩前加速度曲线进行一次时间积分得到凿岩锤1速度曲线，确定凿岩锤1入岩初始速度V0；
S5：以凿岩锤1入岩初始时间对应位移为零点，对凿岩锤1加速度曲线进行二次时间积分获得凿岩锤1入岩深度随时间变化曲线，入岩深度最大值即为凿岩贯入深度D。
具体的，如图所示，所述加速度传感器监测装置2包括有低量程单向抗冲击加速度传感器、高量程单向冲击型加速度传感器。
具体的，如图所示，所述低量程单向抗冲击加速度传感器量程为100m/s2，0.1m/s2，测量频率为100Hz，抗冲击能力100000m/s2，主要监测凿岩锤入岩前加速度变化，用于计算凿岩锤入岩初始速度。
具体的，如图所示，所述高量程单向冲击型加速度传感器量程为10000m/s2，测量精度0.1m/s2，测量频率为10kHz，抗冲击能力100000m/s2，主要监测凿岩锤入岩后加速度变化，用于确定入岩初始时间和计算贯入深度。
一种凿岩锤，包括有凿岩锤1、对称安装设置凿岩锤1顶部两侧的加速度监测装置2，所述加速度监测装置2包括有一个低量程单向抗冲击加速度传感器、一个高量程单向冲击型加速度传感器、以及将两个传感器安装凿岩锤1顶部两侧的安装防护盒3。
具体的，如图所示，所述安装防护盒3包括有与凿岩锤1顶部两侧固定安装的安装底座31、固定在安装底座31上的安装基座32、以及设置在安装基座32上的防护壳33，所述安装基座32的两侧竖直一体成型有安装板，所述防护壳33安装在两个安装板之间，加速度传感器安装在所述防护壳33内。
具体的，如图所示，所述防护壳33的一侧设置有用于安装加速度传感器的传感器安装底座34，另一侧设置有用于封堵防护壳33开口的防护塞35，所述防护塞35中间预留有线孔36。
具体的，如图所示，所述防护壳33的长度方向轴线与凿岩锤轴线平行。
具体的，本发明的低量程单向抗冲击加速度传感器测定过程数据表格如下：
具体的，本发明的高量程单向抗冲击加速度传感器测定过程数据表格如下：
本发明公开了一种水下凿岩贯入侧定方法及凿岩锤，该方法通过安装在凿岩锤顶部的加速度监测装置对凿岩锤从脱钩到入岩全过程加速度变化进行监测，获得凿岩锤加速度和速度随时间变化曲线，并由加速度曲线特征确定凿岩锤入岩初始时刻t0和初始速度v0，最终通过对加速度的时间二次积分获得凿岩锤贯入深度。利用该方法测得的凿岩贯入深度可为凿岩工艺参数快速确定提供基础资料，有效提升水下凿岩效率及智能化水平。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种水下凿岩贯入深度测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在凿岩锤(1)顶部两侧对称位置安装加速度传感器监测装置(2)；
S2：监测水下凿岩过程中凿岩锤(1)从脱钩、入水及入岩过程加速度变化，绘制凿岩锤(1)加速度随时间变化曲线；
S3：实测凿岩锤(1)加速度曲线进行降噪光滑处理，以凿岩锤(1)加速度显著持续增大起始时刻作为凿岩锤(1)入岩初始时间t0；
S4：对凿岩锤(1)入岩前加速度曲线进行一次时间积分得到凿岩锤(1)速度曲线，确定凿岩锤(1)入岩初始速度V0；
S5：以凿岩锤(1)入岩初始时间对应位移为零点，对凿岩锤(1)加速度曲线进行二次时间积分获得凿岩锤(1)入岩深度随时间变化曲线，入岩深度最大值即为凿岩贯入深度D。
2.根据权利要求1所述的一种水下凿岩贯入深度测定方法，其特征在于，所述加速度传感器监测装置(2)包括有低量程单向抗冲击加速度传感器、高量程单向冲击型加速度传感器。
3.根据权利要求2所述的一种水下凿岩贯入深度测定方法，其特征在于，所述低量程单向抗冲击加速度传感器量程为100～1000m/s2，测量精度为0.01～0.1m/s2，测量频率为100Hz～10kHz，抗冲击能力不低于100000m/s2，主要监测凿岩锤入岩前加速度变化，用于计算凿岩锤入岩初始速度。
4.根据权利要求2所述的一种水下凿岩贯入深度测定方法，其特征在于，所述高量程单向冲击型加速度传感器量程为10000～100000m/s2，测量精度0.1～1.0m/s2，测量频率为10kHz～1MHz，抗冲击能力不低于100000m/s2，主要监测凿岩锤入岩后加速度变化，用于确定入岩初始时间和计算贯入深度。
5.一种凿岩锤，其特征在于，包括有凿岩锤(1)、对称安装设置凿岩锤(1)顶部两侧的加速度监测装置(2)，所述加速度监测装置(2)包括有一个低量程单向抗冲击加速度传感器、一个高量程单向冲击型加速度传感器、以及将两个传感器安装凿岩锤(1)顶部两侧的安装防护盒(3)。
6.根据权利要求5所述的一种凿岩锤，其特征在于，所述安装防护盒(3)包括有与凿岩锤(1)顶部两侧固定安装的安装底座(31)、固定在安装底座(31)上的安装基座(32)、以及设置在安装基座(32)上的防护壳(33)，所述安装基座(32)的两侧竖直一体成型有安装板，所述防护壳(33)安装在两个安装板之间，加速度传感器安装在所述防护壳(33)内。
7.根据权利要求6所述的一种凿岩锤，其特征在于，所述防护壳(33)的一侧设置有用于安装加速度传感器的传感器安装底座(34)，另一侧设置有用于封堵防护壳(33)开口的防护塞(35)，所述防护塞(35)中间预留有线孔(36)。
8.根据权利要求7所述的一种凿岩锤，其特征在于，所述防护壳(33)的长度方向轴线与凿岩锤轴线平行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230307 |
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