一种大型多舱混凝土桶式基础整体回收方法及系统与流程

本发明涉及水运工程结构回收，具体为一种大型多舱混凝土桶式基础整体回收方法及系统。

背景技术：

1、大型多舱混凝土桶式基础在海洋工程中作为支撑结构使用，服役期满后需进行整体回收起拔作业；桶式基础由于底部深入海床泥面，起拔阶段底部面临泥面负压吸附力；现有回收作业依靠水面起重设备直接提拉桶式基础，强行克服负压吸附力导致设备拉力荷载超出起吊设计限值，过大的机械应力集中引发混凝土结构破损。

2、为克服负压吸附力，现有作业方案向桶式基础内部注入压缩气体提供气浮辅助力；桶式基础脱离海床并向上提升阶段，桶式基础所处外部环境水深不断减小，外部静水压力同步下降；现有作业方案未建立舱内气相绝对压力与外部静水压力之间的动态协同调节机制，恒定不变的舱内气压与持续减小的外部环境水压产生内外压差；压差超限直接导致舱内气体冲破底部泥土边界向外击穿泄漏，舱内气压突降造成桶式基础受力失衡倾覆。

3、此外，多舱结构的各个独立隔舱在注气与回收阶段承受不同水平的流体载荷，相邻隔舱之间的流体绝对压差在混凝土隔舱壁上产生等效拉应力，拉应力超出混凝土允许抗拉极限直接引发舱壁结构开裂；现有技术缺乏将环境水深变化、各个独立隔舱内部气液流体状态以及外部设备提拉速度整合协同的控制逻辑，无法消除内外压差失衡以及多舱室非对称受力现象，制约桶式基础整体回收作业的安全实施。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种大型多舱混凝土桶式基础整体回收方法及系统，解决了现有桶式基础回收作业中缺乏舱内气压、环境水压与提拉载荷之间的闭环控制关系，导致气体击穿泄漏、结构受损及起吊设备过载的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明第一方面提供一种大型多舱混凝土桶式基础整体回收方法，方法包括以下步骤：

3、流体调节模块向桶式基础的各个独立隔舱注水，逻辑控制模块执行调平操作，使桶式基础底部形成物理液封层；

4、状态感知模块采集状态数据，逻辑控制模块判定物理液封层厚度达标后，控制流体调节模块向各个独立隔舱注入压缩气体，并在剩余入泥深度达到临界深度阈值时切断进气回路；

5、协同执行模块对桶式基础施加竖向提拉力，逻辑控制模块将实时提拉力作为约束，根据外部覆水深度计算目标气相绝对压力，并将提拉速度作为前馈控制变量；流体调节模块释放气体，使实际气相绝对压力跟随目标气相绝对压力；

6、桶式基础满足自由气浮条件后，流体调节模块中止气体交换，各个独立隔舱封闭气相与物理液封层维持气水边界；

7、半潜驳船下潜，协同执行模块将桶式基础平移至半潜驳船上方，对位后半潜驳船排出压载水承托桶式基础。

8、本发明第一方面所提供技术方案的创新在于建立水体静压、气相绝对压力与机械提拉力之间的闭环控制关系；在注水阶段于基础底部建立物理液封层，阻断注气时的气体逸出路径；在起拔阶段，将起重设备的提拉速度作为前馈控制变量介入流体调节，使舱内气压的泄放速率与基础上升导致的环境水压下降速率相匹配；闭环控制关系通过气压辅助起拔降低机械设备载荷，控制内外压差处于安全范围，并缓解基础脱离泥面时的瞬态失稳现象。

9、进一步地，逻辑控制模块执行调平操作的步骤包括：状态感知模块采集桶式基础的姿态偏角，逻辑控制模块将姿态偏角与倾角安全阈值进行比较；当姿态偏角超出倾角安全阈值时，逻辑控制模块向流体调节模块发送调平控制指令；流体调节模块减小空间高程相对较高的第一隔舱进水比例控制阀的流通面积，同时增大空间高程相对较低的第二隔舱进水比例控制阀的流通面积。

10、进一步地，逻辑控制模块执行调平操作的步骤还包括：状态感知模块采集相邻两个隔舱的液相绝对压力，逻辑控制模块计算瞬时绝对压差，并根据压力差分布计算等效虚拟拉应力；当等效虚拟拉应力达到混凝土允许抗拉应力时，逻辑控制模块暂停非对称调平指令并启动舱间压差闭环控制，减小压力较高隔舱对应进水比例控制阀的开度，同时增大压力较低隔舱对应进水比例控制阀的开度。

11、进一步地，逻辑控制模块判定物理液封层厚度达标后，控制流体调节模块向各个独立隔舱注入压缩气体的步骤包括：状态感知模块采集的气水界面高程、泥水界面高程和瞬时注水流量作为状态数据，逻辑控制模块计算物理液封层厚度；当物理液封层厚度连续达到目标物理液封层厚度阈值并保持预设确认时间时，逻辑控制模块生成进气解锁指令，控制流体调节模块开启主气路阀门注入压缩气体。

12、进一步地，控制流体调节模块向各个独立隔舱注入压缩气体，并在达到临界深度阈值时切断进气回路的步骤包括：逻辑控制模块计算最大允许气相绝对压力，限制实际气相绝对压力不超过最大允许气相绝对压力；逻辑控制模块根据初始设计入泥深度与拔出位移之差得出剩余入泥深度；当剩余入泥深度达到临界深度阈值时，下发控制电平同步关闭所有进气比例阀。

13、进一步地，协同执行模块对桶式基础施加竖向提拉力，逻辑控制模块将实时提拉力作为约束的步骤包括：协同执行模块启动水面起重设备施加竖向提拉力，逻辑控制模块将实时提拉力与起吊安全载荷阈值比较；当实时提拉力达到起吊安全载荷阈值时，控制起重设备降低竖向提拉速度或暂停竖向提拉；当实时提拉力恢复至起吊安全载荷阈值以下并达到预设恢复时间后，恢复竖向提拉。

14、进一步地，根据外部覆水深度计算目标气相绝对压力，并将提拉速度作为前馈控制变量；流体调节模块释放气体，使实际气相绝对压力跟随目标气相绝对压力的步骤包括：逻辑控制模块根据外部覆水深度计算气水界面的外部等效覆水深度，并计算维持物理液封层稳定的目标气相绝对压力；逻辑控制模块根据提拉速度确定外部等效覆水深度的变化速率，确定电动排气泄压阀的目标开度，并根据实际气相绝对压力与目标气相绝对压力的偏差修正目标开度；流体调节模块按照修正后的目标开度调节电动排气泄压阀释放气体。

15、进一步地，判定桶式基础满足自由气浮条件的步骤包括：桶式基础的顶板完成出水后，逻辑控制模块根据流体静力平衡关系计算稳态气浮吃水深度；当稳态气浮吃水深度不大于设计允许吃水深度、预测干舷高度不小于最小安全干舷高度，且姿态偏角满足自由气浮姿态条件时，判定满足自由气浮条件，并逐步卸除竖向提拉力。

16、进一步地，协同执行模块将桶式基础平移至半潜驳船上方，对位后半潜驳船排出压载水承托桶式基础的步骤包括：逻辑控制模块计算桶式基础与半潜驳船的主甲板之间的水平位置偏差；协同执行模块施加水平横向牵引力，当水平位置偏差连续保持在对位允许误差范围内达到预设确认时间时，生成对位成功电平信号；向压载水调节系统发送排水指令，半潜驳船排出压载水使主甲板随船体上浮并承担竖向载荷。

17、本发明第二方面提供一种大型多舱混凝土桶式基础整体回收系统，系统包括：

18、状态感知模块，采集桶式基础的姿态偏角、介质高程、气相绝对压力、液相绝对压力及实时提拉力作为状态数据；

19、逻辑控制模块，与状态感知模块连接，接收状态数据并判定闭环控制条件后输出执行指令；

20、流体调节模块，与逻辑控制模块连接，接收执行指令并调节各个独立隔舱的注水量及压缩气体的注入与释放，控制实际气相绝对压力及物理液封层；

21、协同执行模块，与逻辑控制模块连接，施加竖向提拉力与水平横向牵引力；

22、逻辑控制模块根据状态数据向流体调节模块及协同执行模块发送控制指令，形成水体静压、气相绝对压力与机械提拉力之间的闭环控制关系；闭环控制关系将环境水深、舱内气液流体压力与外部起重机械载荷统一集成至控制逻辑中，实现各个执行模块间的联动协调。

23、本发明提供了一种大型多舱混凝土桶式基础整体回收方法及系统。具备以下有益效果：

24、1、本发明通过向桶式基础各个独立隔舱注水形成物理液封层，结合剩余入泥深度判定切断进气回路；物理液封层利用底层水体建立物理隔离边界，阻断注气脱拔阶段气体由底部击穿逸出的路径，维持舱内气压稳定，避免气浮辅助力突降引发安全事故。

25、2、本发明通过将竖向提拉速度作为前馈控制变量，并根据外部覆水深度计算目标气相绝对压力以调节气体释放；前馈控制变量促使舱内气体泄放速率与基础上升造成的外部静水压力下降速率相匹配，限制内外压差处于混凝土结构安全阈值内，同时协同提拉力约束条件，降低起重设备超负荷运行风险。

26、3、本发明通过监测相邻隔舱的液相绝对压力计算瞬时绝对压差与等效虚拟拉应力，在应力达到混凝土允许抗拉应力时启动压差闭环控制交替调节阀门；压差闭环控制能够平衡相邻隔舱之间的流体载荷，消除多舱结构内部的非对称受力现象，防止舱壁因受力不均开裂，保障桶式基础的结构完整性。