沉管隧道建設中管段對接的水下高精度測控系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種沉管隧道建設中管段對接的水下高精度測控系統。
【背景技術】
[0002]由于沉管隧道有很多工作是在水下進行的，因此與陸地隧道相比，沉管隧道對測量工作提出了更高的要求。對修建沉管隧道來說，如何對沉管沉放進行測量控制是一個世界性的難題。發達國家對沉管隧道經過了多年的研宄和技術積累，對這些難題己經有了比較成熟的解決方案。
[0003]由于我國對沉管隧道測量技術的研宄起步比較晚，目前國內研宄掌握的技術、經驗和可供參考的資料相對較少，對跨海沉管隧道涉及的測量控制方法與技術更是幾乎沒有系統深入的研宄。可以說，我國對沉管隧道進行測量控制的方法還處在初級階段。而隨著我國經濟的高速發展，在江、河、湖、海中修建高速公路、城市道路、地鐵或高速鐵路的水下沉管隧道必然越來越多。僅從目前來看，我國對沉管隧道的需求己經特別的大，面對如此急切與大量的需求，無論是從沉管隧道測量控制技術總結方面，還是沉管隧道測量控制技術儲備和提高方面，我國都必須加大對建造海底隧道涉及的各方面測量技術進行系統深入的研宄，發展出具有我國自主知識產權的海底隧道測量控制技術，盡快最大限度地滿足需求。
[0004]截止目前，管段對接中首選測量方法是全站儀和GPS測量方法，該方法代表了目前國內外主流沉放監測技術水平，由于目前GPS和全站儀測量技術已發展成熟，因此系統的穩定性較強，一般不會出現測量錯誤、測量中斷等大的故障。該方法的局限性主要有幾個方面:(1)控制點測量精度低，不適合長、大結構的管節測量。原因在于，測量方法未考慮管節、測量塔的變形對結果的影響，而在管段結構較大的情況下，變形引起的誤差不可忽略；
(2)適用于內河測量，在這種情況下，全站儀設站難度較小，且觀測距離短，精度高。而外海測量中，站點設置困難，觀測距離長，精度低；(3)適合于短距離隧道測量監控，不適合類似港珠澳沉管隧道等長距離隧道的對接測量。因為在沉放對接監控中，不僅需要準確測量待沉放管節的空間坐標，而且需要測量上節已沉放管節的空間坐標(注:注漿托起或重力沉降，空間位置發生了改變)，而已沉放管節的測量只能通過全站儀管內接力測量(注:管節之間只有鋼封門是通視的)的方式，在長距離隧道中，精度難以保障；(4)測量方法完全依賴測量塔，在沉放工藝改變，不設置測量塔的情況下即無法實施。
[0005]另外，從已有沉管隧道測量資料來看，該方法還有一個比較大的缺陷，就是測量結果的驗證和校核問題(從已有查閱資料中未發現類似研宄)。這里的驗證和校核并不是針對測量點，而是針對接頭對接控制點。
[0006]在管節沉放對接中，潛水測量是主要輔助方法，即由潛水員對兩塊塊體之間的間隙進行估算從而對沉放結果進行測量。這種傳統的測量方法在首塊塊體沉放的時候會比較費時費力，因為當水下沒有任何標志的時候，無法利用潛水員定位而只能依賴設置在首塊管體上的長桿來定位，由于深處水流無法準確測定，同時長桿的剛度無法得到保證，因此這種方法所得到的首塊塊體的定位精度無法得到保證，質量比較低，并且水下未知的環境，對潛水員的生命也存在威脅。
[0007]以上這些方法還有一個嚴重的缺陷，只能用于淺水測量，在這種條件下，GPS和全站儀可以通過測量控制塔傳遞測量，潛水員也可以較長時間地進行水下工作。但在深水沉管隧道建設中，潛水作業受到很大的限制，而且安全也是一個大問題，GPS等測量方法也因為沒有控制塔傳遞而無法測量。
[0008]國外發達國家的沉管隧道建設已經有近80多年的歷史，相關的測量技術相對完善和先進。這里對于GPS等常規測量方法不再贅述，只討論具有一定先進性的非常規測量和監測方法。
[0009]目前國外沉管隧道建設中能夠代表最高測量技術水平的是水下聲吶法。該方法是一種相對定位測量方法，其測量的是待沉管節與已沉管節對接端的相對位置，當管節距離較近時，該方法具有較高的定位精度。目前，該方法的在我國的推廣應用有一定的難度，主要原因有:(I)由于國外技術壟斷，使用成本極高，通常在數幾百萬元人民幣以上；(2)該方法在國內尚未經過實際應用，其可行性和實際使用效果有待進一步研宄。
[0010]綜上所述，目前已有的測量方法均有一定缺陷和不足，不能滿足我國沉管隧道建設進一步發展的需要，在測量方法的適應性和分析結果的即時性、準確性等方面均需大幅度提高。從國家基礎建設規劃來看，隨著技術、資金儲備的成熟，大規模、長距離、大深度的沉管隧道建設高潮即將到來。在這種背景下，管節沉放對接中存在的測量難題必須盡快予以解決。從目前來看，從傳統測量方法的角度出發進行進一步改進很難達到工程要求，而國外技術引進成本又過高，且本土化改造也是一個復雜的過程，必須研宄一種新的設備及相應的標準化操作流程，這種方法應該具有以下特點或功能:(I)測量方法適應強，能夠適應沉管隧道施工的一般條件。(2)具有較高的安全性、可靠性，測量過程中無不可控危險因素；測量過程穩定，不受周邊環境的影響而中斷或出錯，具有全天候工作能力。(3)實施過程復雜程度低，具有較強的可操作性。(4)測量精度高，可滿足工程要求；測量精度穩定性高，不受水深、水流等環境因素的影響而降低。(5)測量效率高，基本與沉放對接過程可以保持同步進行。(6)測量結果的即時性好，能夠及時為工程決策提供所需依據。
【實用新型內容】
[0011]本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種沉管隧道建設中管段對接的水下高精度測控系統。
[0012]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:一種沉管隧道建設中管段對接的水下高精度測控系統，具有多組接收/發射超聲波傳感器、工業PC控制平臺、串口 /無線網絡通訊系統、指揮室PC控制和顯示平臺，多組接收/發射超聲波傳感器通過同軸電纜與工業PC控制平臺連接，工業PC控制平臺與指揮室PC控制和顯示平臺通過串口 /無線網絡通訊系統連接。
[0013]優選的是:接收/發射超聲波傳感器組數為三組，每組接收/發射超聲波傳感器中，發射超聲波傳感器與接收超聲波傳感器的對應關系為I對4，I對3，2對4或者2對3，接收超聲波傳感器通過支架安裝在沉管的管尾，發射超聲波傳感器通過支架安裝在待沉管的管頭。
[0014]優選的是:工業PC控制平臺與指揮室PC控制和顯示平臺通過無線電傳輸系統或者3G/4G傳輸系統連接。
[0015]與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果:
[0016](I)測量精度隨著管頭距離的縮小不斷提高，最終精度可達到1mm以內，完全能夠滿足沉管隧道建設中對管段沉放對接的測量精度要求；
[0017](2)整個測量過程全部在水下進行，因此測量精度基本不受潮位、水深的影響；
[0018](3)測量過程不需要通過測量塔傳遞，因此結果不受管段變形和測量控制塔變形的影響，精度和可靠性得到了大幅度提高；
[0019](4)適應性強，不僅可滿足內河淺水的測量，同樣適用于外海深水測量，而且無需借助測量塔等傳遞物(傳統GPS等通過對測量塔進行定位，然后換算到管段空間坐標)。
[0020](5)將測量學、計算機、圖形圖像學的最新發展成果運用到管節沉放對接監控中，達到了施工過程中關鍵目標的及時掌控，為控制和決策提供最直接的依據。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例中沉管隧道建設中管段對接的水下高精度測控系統示意圖。
[0022]圖2為實施例中沉管隧道建設中管段對接的水下高精度測控方法實施過程示意圖。
[0023]圖3a為第一種支架的結構圖。<