CN211228512U - 一种桥梁底部施工用抛石船 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥梁底部施工用抛石船，包括船体，还包括：溜筒，所述溜筒设置于船体侧部，所述溜筒用于桩基的填抛；进料斗，所述进料斗设置于溜筒上部，用于溜筒进料；物料输送机构，所述物料输送机构固定于船体上，填抛时，所述物料输送机构用于将物料输送至溜筒，并实现物料的持续送料。本实用新型与现有技术相比，通过小车进行物料运输相比，其可以实现物料的连续性运输，同时，对于水上作业或水下作业，需要依赖船体作为基础的施工，物料输送机构能够确保运输中的平稳，物料波动小，安全性高。

Description

一种桥梁底部施工用抛石船

技术领域

本实用新型属于桥梁建设中装机抛填技术领域，具体涉及一种桥梁底部施工用抛石船。

背景技术

东海大桥水下钢管桩基础是作为承受桥梁承台及上部结构所有荷载的构件，桩基的存在会使此区域原来的波浪、水流等水动力条件发生改变，打破原本已经建立的泥沙输运平衡，从而使水底桩的周围发生冲刷。冲刷是导致水下钢管桩基础位置淘空，桩基承载力不足，发生沉降甚至松动的主要原因之一，淘空沉降将进一步导致承台及上部结构开裂、松动，影响结构安全。防冲刷保护一般有两种途径：一是减少床面的水流作用力，即通过改变桥基础形状或在迎流面建造辅助建筑物来控引局部水流；二是增大河床对水流的阻力，即通过护底工程加固基础周围的海床或抛石等手段来增加对海床材料移动的阻力。对于已建成的大东海大桥，桩基防护无需回填至大桥建成时标高，只需桩基冲刷区域采用袋装碎石抛填至一定标高，上部采用袋装干混料抛填硬化加固，能够满足结构使用安全，桩基上下游侧采用软体排护底或者主动式勾连体进行防护。

目前，跨海大桥桥墩防冲刷的工程桩基防护的案例及经验较少、工程实践也较为缺乏，且受桥下净空高度及桥墩跨度影响影响，传统的水下抛石方法及抛石设备并不适用于桩基内部袋装碎石抛填作业。其主要原因是抛石设备的进料以及物料运输难以实现。

有鉴于此，有必要提供一种桥梁底部施工用抛石船，通过合适的运输机构，实现远距离的平稳传输。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种桥梁底部施工用抛石船，通过在船体设置物料运输机构，实现了物料在船体的运输，以及较大船体内物料的内部运输。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种桥梁底部施工用抛石船，包括船体，还包括：

溜筒，所述溜筒设置于船体侧部，所述溜筒用于桩基的填抛；

进料斗，所述进料斗设置于溜筒上部，用于溜筒进料；

物料输送机构，所述物料输送机构固定于船体上，填抛时，所述物料输送机构用于将物料输送至溜筒，并实现物料的持续送料。

本技术方案中，与现有技术相比，通过小车进行物料运输相比，其可以实现物料的连续性运输，同时，对于水上作业或水下作业，需要依赖船体作为基础的施工，物料输送机构能够确保运输中的平稳，物料波动小，安全性高。

本技术方案中，采用运输机构将物料输入溜筒，使得物料传递中，能够在船体上进行长距离的物料输送；同时，物料输送机构可以通过多个不同方向的输送带等进行布设，进而可以调整物料的输送方向，比如从船中间左侧的生活区，将物料运输至船端部右侧的施工区，则可以直接通过三段运输带进行布设。本技术方案中，整个结构简单，无需多余设备，同时结合已有的电气化控制等，能够实现方便、自动的控制。

相对于现有技术，本技术方案中，采用皮带运输喂料，实际使用中，袋装碎石及袋装干混料的喂料技术是影响抛填工效的重要因素，采用的船用固定式带式运输机进行物料输送，供料连续，最大单日工效超过1000方，工效较高，经实际验证，利用皮带机输送料物是一种适合的喂料技术。

作为本实用新型的进一步改进，还包括设置于船体侧部且沿船体行走的行走平车，所述行走平车与所述溜筒连接。

本技术方案中，通过增加行走平车，进而可以调节溜筒在船体侧部的位置，实现不同施工段的抛填；同时行走平车设置于船体侧部，与溜筒距离近，方便连接。

作为本实用新型的进一步改进，还包括旋转平台，所述旋转平台设置于行走平车上部且与所述行走平车轴连接，所述旋转平台用于实现溜筒的伸缩、上下变幅及左右角度的调整。

相对于现有技术，通过在行走平车上设置转台，同时两者轴连接，使得旋转平台可以带动行走平车转动，实现其旋转；铰接设置的斜向溜筒，通过转动旋转平台，实现了不同位置的抛填。

本技术方案中，具体的，溜筒上部与行走平车上部旋转平台铰接，通过钢丝绳牵引料斗口的滑轮，实现溜筒上下变幅的功能，进而可以满足多种施工要求；同时结合溜筒的伸缩以及角度，可以调整溜筒对于不同高度以及不同位置的抛填要求。为平衡行走平车，在行走平车远离溜筒的另一侧增加配重，保证行走平车的稳定性。

本技术方案中，溜筒伸缩、上下变幅及左右角度的调整，具体通过在溜筒各个方向以及旋转平台上设置滑轮，进而滑轮活动进行实现。

作为本实用新型的进一步改进，还包括动力系统，所述动力系统通过发电机提供电源，液压泵以及油缸提供动力，进而实现对旋转平台转动以及溜筒动作的控制。

本技术方案中，为了提高自动化控制，设置发电机、液压泵以及油缸等，方便了施工中的控制以及操作。

本技术方案中，通过液压泵实现转台以及溜筒的动作控制，方便实际使用中的控制，进而提高填抛精准度，对于天气不可控或者需要避免对桥墩、墩台基础、桩基造成损坏的施工环境，比较适合。

作为本实用新型的进一步改进，还包括PLC控制器，所述PLC控制器分别与液压泵以及油缸的控制阀连接。

PLC控制器是比较成熟的控制系统，可以根据实际需求等，进行调整，进而更加适合于施工操作。

作为本实用新型的进一步改进，所述物料输送机构包括受料斗以及传输带，所述受料斗与传输带之间设有安全间距，所述安全间距为0.6-1m。

所述受料斗的高度为0.7-1m。通过设置间距，避免袋装碎石突然掉落，对于传输带的损伤。如果距离小于0.6m，则袋装碎石容易挤压，进而导致受料斗处的堵塞；如果距离大于1m，则碎石掉落，长期使用，容易砸伤传输带。

作为本实用新型的进一步改进，所述传输带包括至少两个相接的皮带机，两个所述皮带机中，靠近溜筒进料斗的皮带机设置于所述行走平车上。

至少包括三个连续连接的皮带机，三个所述皮带机中靠近驳船单元的皮带机为水平皮带机，靠近溜筒上方的皮带机设置于所述行走平车上。

设置多个皮带机，能够便于调整整个施工，比如将两个皮带机一个横向设置，一个竖向设置，则可以实现远距离不同位置的施工，同时，将靠近溜筒的皮带机设置在行走平车上，使得其能够随行走平车的运动而运动，实现溜筒附近皮带机的位置调整。

作为本实用新型的进一步改进，所述溜筒包括若干组伸缩筒，若干组所述伸缩筒依次连接，且相邻的伸缩筒之间设置有阻转管以及导向轮。

本技术方案中，通过伸缩筒，便于调整溜筒的长度，同时增加单波速测深仪，可以实时监测抛填形成标高。

通过所述阻转管以及导向轮，一方面，避免了用于实现相邻伸缩筒之间的互相转动，导致的溜筒不稳定；另一方面，导向轮通过实现定位。

作为本实用新型的进一步改进，所述溜筒上还设有接料斗以及直溜筒，所述接料斗通过法兰盘与直溜筒连接，所述直溜筒的出料口设置于溜筒的接料口上方。

本技术方案中，通过增加法兰盘以及直溜筒，使得物料输送机构能够将物料通过接料斗以及直溜筒缓冲后进入溜筒，减少了物料对于溜筒的冲击，减少了对溜筒的磨损。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本发明提供一种用于桩基抛填的抛石船的结构示意图；

图2为本发明提供的物料输送机构的结构示意图；

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、船体；2、溜筒；3、进料斗；4、物料输送机构；5、旋转平台；6、行走平车。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例1

参照附图1所示，本实施例中一种桥梁底部施工用抛石船，包括船体1，还包括：

溜筒2，所述溜筒2设置于船体1侧部，所述溜筒2用于桩基的填抛；

进料斗3，所述进料斗3设置于溜筒2上部，用于溜筒2进料；

物料输送机构4，所述物料输送机构4固定于船体1上，填抛时，所述物料输送机构4用于将物料输送至溜筒2，并实现物料的持续送料。

本技术方案中，与现有技术中，通过小车进行物料运输相比，其可以实现物料的连续性运输，同时，对于水上作业或水下作业，需要依赖船体作为基础的施工，物料输送机构能够确保运输中的平稳，物料波动小，安全性高。

本技术方案中，采用运输机构将物料输入溜筒，使得物料传递中，能够在船体上进行长距离的物料输送；同时，物料输送机构可以通过多个不同方向的输送带等进行布设，进而可以调整物料的输送方向，比如从船中间左侧的生活区，将物料运输至船端部右侧的施工区，则可以直接通过三段运输带进行布设。

本技术方案中，整个结构简单，无需多余设备，同时结合已有的电气化控制等，能够实现方便、自动的控制。

相对于现有技术，本技术方案中，采用皮带运输喂料，实际使用中，袋装碎石及袋装干混料的喂料技术是影响抛填工效的重要因素，采用的船用固定式带式运输机进行物料输送，供料连续，最大单日工效超过1000方，工效较高，经实际验证，利用皮带机输送料物是一种适合的喂料技术。

具体地，所述物料传输机构为传输带，所述物料传输带包括至少三个不同向设置的皮带机。相对于现有技术，本技术方案中，采用皮带运输喂料，实际使用中，袋装碎石及袋装干混料的喂料技术是影响抛填工效的重要因素，采用的船用固定式带式运输机进行物料输送，供料连续，最大单日工效超过1000方，工效较高，经实际验证，利用皮带机输送料物是一种适合的喂料技术。

实施例2

本实施例中，主要介绍溜筒的结构以及调整。

参照附图1所示，还包括设置于船体1侧部且沿船体1行走的行走平车6，所述行走平车6与所述溜筒2连接。通过增加行走平车，进而可以调节溜筒2在船体1侧部的位置，实现不同施工段的抛填；同时行走平车6设置于船体1侧部，与溜筒2距离近，方便连接。本实施例中，溜筒2为斜向溜筒。

进一步地，为了控制溜筒2，还包括旋转平台5，所述旋转平台5设置于行走平车6上部且与所述行走平车6轴连接，所述旋转平台5用于实现溜筒2的伸缩、上下变幅及左右角度的调整。

相对于现有技术，通过在行走平车6上设置旋转平台5，进而铰接斜向的溜筒2，通过转动平台5以及行走平车6，实现了不同位置的抛填。转动平台5轴连接在行走平车6上，进而其可以带动行走平车6进行旋转。

本技术方案中，具体的，溜筒上部与行走平车上部旋转平台铰接，通过钢丝绳牵引料斗口的滑轮，实现溜筒上下变幅的功能。为平衡行走平车，在行走平车远离溜筒的另一侧增加配重，保证行走平车的稳定性。

本技术方案中，溜筒伸缩、上下变幅及左右角度的调整，具体通过在溜筒各个方向以及旋转平台上设置滑轮，进而滑轮活动进行实现。

具体地，溜筒由3节组成，溜筒具备伸缩、上下变幅及左右角度调节功能。溜筒头部侧面装有单波速测深仪，可以实时监测抛填形成标高。

溜筒由3节组成，溜筒具备伸缩、上下变幅及左右角度调节功能。进而可以满足多种施工要求；同时结合溜筒的伸缩以及角度，可以调整溜筒对于不同高度以及不同位置的抛填要求。溜筒外套筒长度为9.80m，溜筒外套管外径1.66m，中套管1.36m，内套管1.06m。三节溜筒共计约1857kg。溜筒尾部外套桶内侧设置6个导向滑轮，距离滑轮1m位置处设置溜筒外套管限位座；溜筒头部设置6个内套管导向滑轮，并距离滑轮1.5m处设置溜筒外套管限位座。内外套管均需设置100x100x8mm方型阻转管，中套筒阻转管11165mm，内套筒中套筒阻转管11320mm。

溜筒在下放主要依靠溜筒自重，当溜筒自重超过溜筒间摩擦力时，溜筒开始下放，故在下放过程中，溜筒需要保证有一定的角度；溜筒回缩需要钢丝绳通过提升定滑轮牵引，当牵引力大于溜筒自重外加相互间摩擦力后，溜筒开始回缩。

直溜筒上部法兰盘通过与溜筒进料斗装置法兰盘相连接，溜筒上铰支座也是通过法兰盘与溜筒进料斗装置连接，料斗侧面安装有变幅定滑轮。

牵引的钢丝绳通过变幅定滑轮，旋转支点在溜筒料斗的铰接插销处，而溜筒重心相对支点较远，故变幅定滑轮处要承受更大的力矩，使得钢丝绳承受很大的拉力。

溜筒自重18571kg，根据伸出长度、角度，验算收缩拉力P：

根据实际操作中的抛石溜筒各种工况的拉力曲线图，在溜筒全部收缩的状态下，钢丝绳拉力曲线曲率最小，尤其在45°以后，拉力曲线趋向于水平；溜筒伸长一节的情况下，拉力陡增，曲率较大，在45°时，拉力约为135t拉力，远高于单节溜筒71t拉力；三节溜筒状态拉力相对更大，在角度超过21°时，拉力约为113t拉力。为了保证溜筒使用安全，严禁伸长一节溜筒状态下变幅回收溜筒；在伸长两节溜筒的情况下，溜筒使用倾斜度不允许超过21°。

进一步地，还包括动力系统，所述动力系统通过发电机提供电源，液压泵以及油缸提供动力，进而实现对旋转平台转动以及溜筒动作的控制。

本技术方案中，为了提高自动化控制，设置发电机、液压泵以及油缸等，方便了施工中的控制以及操作。

本技术方案中，通过液压泵实现转台以及溜筒的动作控制，方便实际使用中的控制，进而提高填抛精准度，对于天气不可控或者需要避免对桥墩、墩台基础、桩基造成损坏的施工环境，比较适合。

作为本实用新型的进一步改进，还包括PLC控制器，所述PLC控制器分别与液压泵以及油缸的控制阀连接。

PLC控制器是比较成熟的控制系统，可以根据实际需求等，进行调整，进而更加适合于施工操作。

本实施例中，斜向溜筒动力部分由一台200KW康明斯柴油发电机、四台液压泵、各类液压油缸、液压机箱、液压油管和阀组等组成。柴油发电机为液压发电机、监控和操控系统提供电源，直接驱动液压油泵为各类液压执行元件提供动力，实现斜向溜筒完成各个指定动作。

本实施例中还介绍了行走平车的移动控制，具体为：

位于船体侧部的行走平车上部结构旋转是依靠下部重型液压油缸推动，液压油缸一次顶程有限，且行走平车上部结构要完成旋转动作，油缸需进行三次顶进，才能将行走平车上部结构旋转90度。

还包括行走平车底座移动：

行走平车底座四角为四个滚轮，分布在两条轨道上，轨道间距3.50m，长度为27.60m。行走平车底座由液压马达带动，牵引四个滚轮在轨道上缓慢行走。

溜筒的进一步控制如下：

具体地，溜筒控制时，溜筒变幅，下放及回收均采用卷扬机配合钢丝绳制动，行走平车上部设置两组卷扬机，分别用来变幅溜筒角度及控制溜筒伸缩长度。

通过钢丝绳牵引溜筒上部料斗装置上的定滑轮，在卷扬机的牵引力作用下，溜筒围绕铰支座旋转，完成变幅动作；通过钢丝绳牵引溜筒外套桶的滑轮，控制溜筒下放及回收，完成伸缩动作，在操控的过程中如果变幅角度较小，不能进行溜筒下放，此时溜筒外套桶滚动摩擦力较自重要大，无法下放，提升钢丝绳无法受力，过程中易造成钢丝绳乱绳或者脱槽。

溜筒下放主要是利用外套桶在重力作用下完成下滑动作的，需先将行走平车上部结构旋转出去，溜筒开始变幅下放，控制溜筒下放的卷扬机开始下放钢丝绳，外套筒在摩擦力减小，在重力作用下缓慢下放；溜筒内部设置导向轮，溜筒回收时，钢丝绳要克服滚动摩擦力，将溜筒外套桶回收至初始位置。

液压油缸一侧采用销接方式，每当顶进一个顶程后，施工人员取出中间的插销，液压油缸回缩至初始位置，施工人员将油缸端部推至第二个后背支座，在对准销孔后，将插销插入，油缸再重复顶进动作。通过三次换插，便可将行走平车上部结构旋转到与轨道垂直位置处，且行走平车上部结构可以在油缸推动下完成两侧20°的转角，方便溜筒进行插桩动作。

本实施例中，上述的控制均是通过控制液压油泵以及管路实现的，具体地，是通过编码器将马达转速传送到PLC控制模块，将其与对应的流量输入信号进行比较，从而得到一个偏差，将偏差通过数模转换成模块进入液压泵的流量控制器，流量控制器将这种偏差信号转换成比例电磁铁模拟输入电流，推动比例流量阀的阀芯来控制油泵的流量，从而对液压马达压力进行控制。

实施例3

本实施例中，主要介绍物料输送机构。

参照附图2所示，所述物料输送机构包括受料斗以及传输带，所述受料斗与传输带之间设有安全间距，所述安全间距为0.6-1m。

所述受料斗的高度为0.7-1m。通过设置间距，避免袋装碎石突然掉落，对于传输带的损伤。如果距离小于0.6m，则袋装碎石容易挤压，进而导致受料斗处的堵塞；如果距离大于1m，则碎石掉落，长期使用，容易砸伤传输带。

受料斗采用钢材料，且钢料斗为四面喇叭形状，靠右舷侧立面开口，四角采用槽钢加固，并加斜撑增加稳定性，中间设置缓冲挡板，并在挡板上敷设柔性橡胶垫片，改变自由落体的方向，减缓袋装碎石及干混料的冲击力。完成后的受料斗有效输送高度0.97m。

进一步地，所述传输带至少包括三个连续连接的皮带机，三个所述皮带机中靠近驳船单元的皮带机为水平皮带机，靠近溜筒上方的皮带机设置于所述行走平车上。

设置多个皮带机，能够便于调整整个施工，同时，将靠近溜筒的皮带机设置在行走平车上，使得其能够随行走平车的运动而运动，实现溜筒附近皮带机的位置调整。

将受料斗设置于最开始的皮带机的前端，且开始的皮带机为水平固定式皮带机，长度较短，可将物料运送至后续的皮带机上。中间的皮带机为主皮带机，可以将袋装碎石或者袋装干混料输送至最后一个皮带机，为防止皮带松弛下垂，在皮带机端部设有张紧鼓轮，沿机架上设有上下托辊避免皮带下垂。最后的皮带机设置在行走平车上，行走平车可以在机架两侧的轨道上行走，在施工时，行走平车的移动同斜向溜筒的行走平车移动同步；3#皮带机长度相对较短，且前部有一定的扰度，目的是让皮带机前端同斜向溜筒上部料斗位置一致，卸料落差相对较低。

本实施例中的带式运输机是一种靠摩擦驱动以连续方式输送物料的机械装置。应用它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。其特点运输能力大，能耗较低，结构简单，维护相对方便。

本实施例中，带式运输机喂料施工如下：

(1)运输船靠泊平板船，将装有袋装碎石或者袋装干混料的网包送至平板船，装载完毕后平板船顶流靠泊施工船；

(2)斜向溜筒下放至水中，施工船连同平板船通过锚缆系统浇筑大桥下部，并根据定位监控软件，进点至需抛填位置；

(3)当准备就绪后，船载正铲推土机将网包挂勾在前端挂链上，转至收料斗处，在收料斗脱扣，将袋装碎石或者袋装干混料送至收料斗内，通过平板船上的两段皮带机，将物料送至施工船舶上的收料斗内；

(4)第一个皮带机将上部受料斗内的袋装碎石或者袋装干混料送至主皮带，主皮带再将物料送至行走平车上部的最后皮带机，完成整个喂料操作；

(5)当斜向溜筒行走平车移动时，操控最后皮带机小车同步移动，保证3#皮带机端部对准溜筒上部料斗；

(6)当受料斗堵塞，或者出现其他故障时，先将平板船上皮带机停止，再关停施工船上皮带机。

(7)斜向溜筒抛石船皮带机主要是由至少三个皮带机组成，操控系统采用PLC远程遥控模式；平板船上皮带机也是有A、B两段皮带机组成，考虑到具体操控的及时性，皮带机部分未被整合进总控制室，均由现场操作人员直接手持遥控器进行操作。

带式运输机具有方便安装、耗能少以及运输能力强的优点，相对运行过程中出现的故障处理手段成熟。

在带式运输机方案实施后，在冲刷坑区域抛填施工饱和度较高的情况下，平均每小时可以输送30包袋装碎石或者袋装干混料，按照有效天14个小时计算，除去机械幅度差，可以保证单日工效1000方量，工效较葫芦门式起重机喂料方式明显提高，较好地解决了喂料速度慢，效率较低的难题。

皮带机喂料方式虽然工效高，但是由于受东海大桥桩基间距影响，施工船舶外停靠平板运输船造成可作业断面减少，且平板运输船上的皮带机前端必须与施工船舶的受料斗位置一致，灵活性较低。

平板运输船受驾驶室高度影响，无法全部进入桥下进行作业，为满足抛填作业，施工船舶必须在大桥边上横流驻船，增加了施工难度，且需要候潮作业，减少了施工可作业时间。

本实施例中，为了便于实时监测，还在溜筒侧部增加了单波速测深仪。

作为本实用新型的进一步改进，还包括定位机构，所述定位机构包括设置于设置于船体两侧的GPS天线、安装在抛石船以及斜向溜筒上的第一倾斜仪以及第二倾斜仪以及设置于行走平车上的激光测距仪，所述的GPS天线、第一倾斜仪以及第二倾斜仪以及激光测距仪均与船体控制室的主机相连。

通过定位机构，其通过GPS天线，进行坐标系转换，进而整合了平车行走、旋转、溜筒变幅、伸缩等多项重要施工变量，实现了行走平车及斜向溜筒在软件中的精确显示，溜筒头部测深仪可以实时监测抛填效果，做到信息化反馈施工，提升了监控效率。

实施例4

本实施例中，溜筒抛石船主要由行走平车、溜筒设备、带式运输机喂料系统、驳船原有结构单元等构成。行走平车下部结构设置在驳船左侧行走轨道上，斜向溜筒通过钢构件及滑轮组与行走平车上部结构相连接，共同组成斜向溜筒设备。使用中，袋装碎石等通过吊装等设备运输至运输喂料机构，通过调整行走平车以及转台，使得运输喂料机构的底部与溜筒的进料处相对，进而实现碎石的运输，然后通过控制溜筒的运动方向，实现其对于基座的抛填。

本实施例中，旋转平台底座坐落在平走小车上，小车四角分别布置4个滚轮，滚轮安放在行车轨道上，正常工作状态下，可通过卷扬机牵引使得小车在轨道上行走。旋转平台通过支持轮座衔接底座结构，使得在牵引力的作用下平台能够完成旋转动作。

实施例5

本实施例中，重点介绍关于整个抛填船的定位监控，其主要是通过数据采集、数据通讯以及软件等实现。

具体地，包括设置于设置于船体两侧的GPS天线安装在抛石船以及斜向溜筒上的第一倾斜仪以及第二倾斜仪以及设置于行走平车上的激光测距仪，所述的GPS天线、第一倾斜仪以及第二倾斜仪以及激光测距仪均与船体控制室的主机相连。

GPS安装位置只是安装的GPS天线。通过专用GPS电缆连接到驾驶室内的GPS主机。GPS主机连接到串口服务器。GPS主机与控制室计算机之间采用有线连接，应用GPS接收卫星和地面参考站的差分信号，监测抛石船的平面位置和高程，平面位置精确度达到2cm、高程精度达到3cm。

船体倾斜仪安装在抛石船上，可以精确反映抛石船的实时姿态，定位软件使用该数据对GPS和船体特征点，特别是溜筒上的点的相对关系进行修正。倾斜仪的轴向和船体坐标系轴向对齐，才能精确量测到整个定位系统在XY方向上的角度变化量。船体坐标系如下图所示。标定的时候需在船上做好轴向标记，安装倾斜仪的时候对齐轴线。

溜筒倾斜仪安装在溜筒上表面，通过倾斜度表现为溜筒倾斜度。

激光测距仪设置在轨道延长线上，安装在船操作室操作台下面柜子里，主要测量行走平车移动变化量，激光测距仪实时准确地测量激光发射点距离，计算台车中心的实时位置。

本实施例中，定位机构运行中，还具有坐标转换的原理，具体如下：

首先，坐标系的建立

(1)GPS坐标系统

GPS坐标系统(即WGS84坐标系统)，是原点在地心的空间三维直角坐标系。WGS84坐标系统中的点位一般采用直角坐标(XG，YG，ZG)或大地坐标(BG，LG，HG)表示，其中B、L、H分别为大地纬度、经度和大地高程。WGS84坐标系的参考椭球其长半径为6378137米，扁率为1/298.257223563。

在本工程斜向溜筒水下三维精确定位系统中，由GPS实时测量得到的未经转换的GPS天线的位置是以WGS84坐标系统的坐标表示的。

(2)地方坐标系统

与WGS84坐标系统的定义相同，但原点和坐标轴的方向与WGS84系统不同。地方坐标系统中的点位一般采用直角坐标(XD，YD，ZD)或大地坐标(BD，LD，HD)表示，其中B、L、H分别为大地纬度、经度和大地高程。

《斜向溜筒水下精确定位安装系统》的地方坐标系统，一般采用我国54国家坐标系统，即北京54系统。北京54系统与WGS84坐标系统之间在一定区域具有固定的关系，可通过严密的数学公式建立两者之间的关系，并可作相互转换。北京54坐标系的参考椭球其长半径为6378245米，扁率为1/298.3。

(3)工程坐标系统

工程坐标系统一般采用二维平面直角坐标系统，工程坐标系统中的点位坐标以(XP，YP)表示。工程坐标系统的原点可根据工程的需要设定。《斜向溜筒水下精确定位安装系统》中的工程坐标系统大多数是直接由地方坐标系统的大地坐标投影得到，少数情况下，如工程坐标系为独立的坐标系统，则需要进行平面坐标的转换。一般情况下，设计部门会给出工程坐标系统与地方坐标系统之间的固定联系，可通过严密的数学公式建立两者之间的相互转换关系。

工程坐标系统的高程系统由设计指定，可以是当地理论水准面，也可以是独立的高程基准面。设高程值为HP，则工程坐标系统中的点位还可以采用二维直角坐标加高程(XP，YP，HP)来表示。但HP一般不参与坐标转换，而直接由观测结果换算。

(4)实时船体坐标系统

实时船体坐标系统是建立在船体上二维平面直角坐标系统，实时船体坐标系统中的点位采用二维直角坐标(XC，YC)表示。实时船体坐标系统的X轴，定义为船体的中轴线或者船舷左侧，方向由船尾指向船头，理想情况下，桩的中心点是处于X轴线上的；坐标原点为X轴与两GPS天线连线在坐标系平面上的的交点C0；Y轴与船平面平行；实时船体坐标系平面的高程，定义在船体的甲板面。

实时船体坐标系统是建立在运动的船体之上的“瞬间”坐标系统，与其他几种坐标系统不同，实时船体坐标系平面的位置会随船体位置的变化而变化。决定实时船体坐标系统位置和方向的因素包括船体位置、扭角、船体高度、船体的纵向俯仰及横向摇摆等。所有这些变化因素均可由安装在船上的两台GPS仪器及双轴倾斜仪的观测值来推求。

实时船体坐标系统是表达与船体固联的有关点位之间的相互关系的中间坐标系统。固定安装在船体上的GPS天线、倾斜仪，在实时船体坐标系中的坐标可在一定条件下采用普通的测量手段通过事先测定，并可根据船体的倾斜和摇摆量等方便地计算出点位的坐标改正，再将这些点表示在船体坐标系统中，参与后续的坐标转换过程。

(5)标准船体坐标系统

标准船体坐标系统是实时船体坐标系统的一个特例。即当船体中轴线的高度与设计桩顶标高相同，同时船体处于水平状态时的实时船体坐标系统。因此，标准船体坐标系统也是二维平面直角坐标系统，系统中的点位采用二维直角坐标(XB，YB)表示。标准船体坐标系统与实时船体坐标系统之间的坐标轴方向相同，标准船体坐标系统的原点处于实时船体坐标系统原点的垂直线上。两坐标系统之间的关系取决于船体的俯仰、侧摆和高程。

其次，坐标系统间的相互转换

由于桩体设计位置、GPS实时测量结果、实时测定的桩体位置都是在不同的坐标系统中表达的，因此必须要建立上述各坐标系统之间的相互转换关系。

坐标系统之间的转换关系是一组反映两个坐标系统的坐标分量之间换算关系的数学公式。大多数的坐标转换关系可以由转换矩阵来表示。

(1)GPS坐标系统转换为地方坐标系统的转换关系(TRGD)

GPS坐标系统至地方坐标系统的转换，也即通常的WGS84系至北京54系的转换，简写为TRGD转换。TRGD的转换关系可按布尔莎公式进行：

其中转换矩阵:

在TRGD的坐标转换关系式中，共有3个平移参数(ΔXD，ΔYD，ΔZD)、3个旋转参数(ωX，ωY，ωZ)、1个尺度参数ρ，共7个参数，作为“系统”进行TRGD的转换的参数依据。本工程中：

平移参数ΔXD＝131.908，ΔYD＝204.809，ΔZD＝87.726，

旋转参数ωX＝-1.959986，ωY＝4.955782，ωZ＝-2.147541

尺度参数ρ＝-6.05ppm

(2)实时船体坐标系统转换为标准船体坐标系统的转换关系(简写为TRCB))

根据定义，这两个坐标系统之间的关系取决于船体的俯仰、侧摆和船体的高程。

两坐标系统的X轴夹角为n，并取船体俯倾时为正。两坐标系统Y轴的夹角为m，取船体右侧低倾时为正，图中的侧倾角为负。n与m由双轴倾斜仪实时观测值来获取。

实时船体坐标系统中的一点PC(XC，YC)沿垂线方向投影到标准船体坐标系统的PB(XB，YB)上。两坐标系统中的坐标转换关系可表示为：

其中：

(3)标准船体坐标系统转换为工程坐标系统的转换关系(简写为TRBP)

标准船体坐标系统与工程坐标系统都是平面直角坐标系统，将(XB，YB)转换为(XP，YP)的计算公式与TRDP-C转换公式类似：

其中：

4.2.3行走平车溜筒坐标转换

行走平车需要通过四个坐标系进行转换，得出斜向溜筒最前端圆心的坐标，转换过程：

(1)两个GPS接收器相对于船型固定，GPS(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)通过加上激光测距仪DS可以得到行走平车旋转轴线实时坐标(X3，Y3，Z3)；

(2)溜筒旋转轴心围绕行走平车旋转轴心旋转，其旋转角度为:

α＝拉线仪变化长度L₁/旋转半径R

行走平车旋转轴线实时坐标(X3，Y3，Z3)通过加上旋转角度α，得出溜筒旋转铰接点中心坐标(X4，Y4，Z4)；

(3)溜筒前端圆心、溜筒上部圆心及旋转铰接点在同一个平面上，在计算过程中，溜筒倾角由倾斜仪2直接获得角度β，结合溜筒旋转铰接点中心坐标(X4，Y4，Z4)可以计算出溜筒上部圆心坐标(X5，Y5，Z5)

(4)上部圆心坐标(X5，Y5，Z5)加上溜筒伸长长度为L2以及角度β，最终获得溜筒前端圆心坐标(X6，Y6，Z6)。

其中船体坐标系设定为沿着台车外侧轨道朝向船头，Y轴垂直X轴向右。

行走平车坐标系设定为以台车停靠在靠近船头的限位处为初始状态

溜筒坐标系设定以溜筒垂直向下为初始状态，向上抬高为角度增大。

最后、系统参数设置

1、倾斜仪校准

理论上倾斜仪安装在船体甲板面时要求倾斜仪表面和甲板面平行，且调整甲板面为水平状态。但考虑到实际安装环境中甲板面调平操作的复杂性，本工程中定位监控系统采用倾斜仪初始改正值的方法进行校准。

(1)测量船体四角坐标，以左前角为C1，右前角为C2，左后角为C3，右后角为C4，此时要求船体处于相对稳定状态。

(2)计算船体当前倾斜角度，计算方法如下：船头高于船尾则P值为正；船右舷高于船左舷R值为正。

(3)计算倾斜仪初始改正值

倾斜仪数据：船头高于船尾则P值为负；船右舷高于船左舷R值为负。

倾斜仪初始改正值P0＝-倾斜仪数据P1-船体实际倾斜值P2

倾斜仪初始改正值R0＝倾斜仪数据R1-船体实际倾斜值R2

这样，需要把标定的各个坐标安装船体倾斜角度进行平面和高程改正。

2、GPS的船体坐标设置

将以上GPS船体坐标和倾斜仪初始改正值输入软件。在设备参数设置中设置在设备GPS的安装常数X、Y和H列分别输入船体坐标及其他各类安装参数。

3、坐标转换参数

(1)在软件中完成坐标转换，通过设置七参数、投影参数和椭球参数，将GPS接收的84经纬度坐标转换为施工区域的工程坐标。

平移参数ΔXD＝131.908，ΔYD＝204.809，ΔZD＝87.726，

旋转参数ωX＝-1.959986，ωY＝4.955782，ωZ＝-2.147541

尺度参数ρ＝-6.05ppm

长半轴＝6378245.0，扁率倒数＝298.257223563

(2)地形数据导出

在完成桩基区域施工后，更换抛填区域重新设定区域时，抛填数据会后期覆盖，所以在完成区域施工时，应当及时保存抛填后的地形数据。在定位软件点击菜单【施工】-【施工数据检查】跳出数据窗口，地形数据中的坐标点坐标为地形网格尺寸坐标点，相对应的标高为抛填完成时单波速测深仪所测量的标高，可可导出数据，把数据按xyz或yxz导出到csv文件。

4、抛石区域范围线设置

根据设计图纸中给定的边界线，一个桩基冲刷坑对应一个桩基抛石区域范围线，范围线采用csv格式设置在软件根目录下的BG文件夹下。文件里的数据为一个闭合多段线的连续节点坐标。高程为抛填验收标高。

本实用新型的效果如下：

(1)斜向溜筒及其操控技术：溜筒具有斜向的功能，能够变幅角度，可以插入桩基群内部，深入冲刷坑内部进行袋装碎石及砼混合料的抛填；溜槽同时具备伸缩、旋转及横移功能，可根据不同水位及桩基间距大小调节溜槽位置及深入桩群内的长度，可提高深水条件下袋装碎石及砼混合料的抛填精度及抛填质量。

(2)溜筒精确定位技术：定位软件精确计算出溜筒最前端的平面位置和高程，结合单波速测深仪可以实时检测抛填标高。用三维型式显示出溜筒与桩基钢管桩之间的相对位置，并正确计算出溜筒边缘与钢管桩的最小距离，设置防撞预警，溜筒离桩基距离小于预设值，将会触发报警装置。

(3)袋装碎石及袋装干混料喂料技术：通过两种喂料技术的实现，选定采用带式运输机进行袋装碎石及袋装干混料输送，整体施工工效高，机械化程度高，作业时间长。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种桥梁底部施工用抛石船，包括船体，其特征在于，还包括：

溜筒，所述溜筒设置于船体侧部，所述溜筒用于桩基的填抛；

进料斗，所述进料斗设置于溜筒上部，用于溜筒进料；

物料输送机构，所述物料输送机构固定于船体上，填抛时，所述物料输送机构用于将物料输送至溜筒，并实现物料的持续送料。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁底部施工用抛石船，其特征在于，还包括设置于船体侧部且沿船体行走的行走平车，所述行走平车与所述溜筒连接。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁底部施工用抛石船，其特征在于，还包括旋转平台，所述旋转平台设置于行走平车上部且与所述行走平车轴连接，所述旋转平台用于实现溜筒的伸缩、上下变幅及左右角度的调整。

4.根据权利要求3所述的一种桥梁底部施工用抛石船，其特征在于，还包括动力系统，所述动力系统通过发电机提供电源，液压泵以及油缸提供动力，进而实现对旋转平台转动以及溜筒动作的控制。

5.根据权利要求4所述的一种桥梁底部施工用抛石船，其特征在于，还包括PLC控制器，所述PLC控制器分别与液压泵以及油缸的控制阀连接。

6.根据权利要求5所述的一种桥梁底部施工用抛石船，其特征在于，所述物料输送机构包括受料斗以及传输带，所述受料斗与传输带之间设有安全间距，所述安全间距为0.6-1m。

7.根据权利要求6所述的一种桥梁底部施工用抛石船，其特征在于，所述传输带包括至少两个相接的皮带机，两个所述皮带机中，靠近溜筒进料斗的皮带机设置于所述行走平车上。

8.根据权利要求1-7之一所述的一种桥梁底部施工用抛石船，其特征在于，所述溜筒包括若干组伸缩筒，若干组所述伸缩筒依次连接，且相邻的伸缩筒之间设置有阻转管以及导向轮。

9.根据权利要求8所述的一种桥梁底部施工用抛石船，其特征在于，所述溜筒上还设有接料斗以及直溜筒，所述接料斗通过法兰盘与直溜筒连接，所述直溜筒的出料口设置于溜筒的接料口上方。

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