一种水下定点抛石高程测量与控制方法与流程

1.本发明属于水下抛石施工技术领域，具体涉及一种水下定点抛石高程测量与控制方法。


背景技术：

2.水下定点抛石施工时，需要实时对抛石施工高程进行测量，检测是否在设计允许的偏差范围内，以避免因石块出现抛高超高现象而导致返工。目前，抛石施工高程测量大多采用高度计测量方法，是将高度计竖直依附安装于抛石管的一侧或两侧，通过测量抛石管侧壁正下方的石堆高程，反映实时抛石施工高程。然而，此种测量方法的可靠性及准确性，与抛石管的口径和石块的粒径大小密切相关；通常，抛石管口径越大、石块的粒径越大，石堆整个顶面的高度差异会越明显，且石堆通常呈现中心处较高、边缘处较低的趋势。而上述常规的抛石施工高程测量方法，只能做到实时测量抛石管侧壁边缘正下方的石堆高程，却不能实时测量抛石管中心正下方的石堆高程，因而容易导致石堆中心处出现石块抛高超高现象，发生返工。而若通过反复移动抛石管以将高度计移动至石堆中心正上方进行高程测量，则会严重制约现场抛石施工效率。


技术实现要素：

3.针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供一种水下定点抛石高程测量与控制方法，旨在解决常规抛石施工高程测量方法容易导致石堆中心处出现石块抛高超高现象的问题，提高抛石施工效率。
4.本发明提供一种水下定点抛石高程测量与控制方法，包括如下步骤：高度计布设：在抛填船的测控系统内进行分阶段定点抛石作业的设置，将各阶段依次记作第1阶段、第2阶段、
…
、第n阶段，设各阶段抛石完成后的石堆高程分别为预设施工高程、、
…
、，其中，为预设的总施工高程；抛填船的测控系统内还预设有基准面高程；在抛石管底口外侧沿周向间隔布设多个高度计，高度计的数量与定点抛石作业的阶段数量相一致；每一高度计的轴线均与抛石管的轴线共面，但每一高度计均相对于抛石管倾斜设置且其测量方向均朝向抛石管对应的下方区域，每一高度计相对于抛石管的倾斜角度各不相同，按倾斜角度由小到大的顺序将多个高度计分别标记为、、
…
、；抛石准备：抛填船就位，移动抛石管至待抛石区域，下放抛石管使其底面高程达到抛填船测控系统内预设的基准面高程；定点抛石作业：启动分阶段定点抛石作业，抛填船的测控系统通过高度计、、
…
、一一对应实时监测第1阶段、第2阶段、
…
、第n阶段抛石后的石堆中心高程是否达到预设施工高程、、
…
、；若否，则继续本阶段的抛石；若是，则本阶段抛石完成，开始下一阶段的抛石，直至达到预设的总施工高程，定点抛石作业完成。
5.上述技术方案，通过相对于抛石管呈不同倾斜角度的多个高度计的布设，突破了
当前行业内将高度计竖直安装于抛石管外侧而只能测量抛石管侧壁边缘正下方的石堆高程的惯常测量方法，实现了对抛石管对应的下方区域内的石堆高程的多维度测量；在此基础上，结合分阶段定点抛石作业的应用，实现了对石堆中心高程的分阶段实时测控，确保水下定点抛石施工高程满足设计要求，解决了常规抛石施工高程测量方法容易导致石堆中心处出现石块抛高超高现象的问题，避免了返工，提高了抛石施工效率。
6.在其中一些实施例中，在高度计布设的步骤中，还包括标定每一高度计、、
…
、与抛石管之间的空间相对位置关系；空间相对位置关系进一步包括：每一高度计、、
…
、与抛石管底面之间的高差，将其分别记作、、
…
、；每一高度计、、
…
、距抛石管轴线的垂向距离，将其分别记作、、
…
、；每一高度计、、
…
、相对于抛石管的倾斜角度，将其分别记作、、
…
、；其中，第i个高度计相对于抛石管的倾斜角度根据公式（1）进行推算和设置；（1）；公式（1）中，i =1、2、
…
、n；为第i个高度计距抛石管轴线的垂向距离；为第i个高度计与抛石管底面之间的高差；为定点抛石作业的第i阶段对应的预设施工高程。
7.上述技术方案，实现了各高度计于抛石管上的精确设置，确保每一高度计能准确测量到抛石管中心正下方的石堆高程已达到该高度计所对应抛石阶段的预设施工高程。
8.在其中一些实施例中，在定点抛石作业的步骤中，抛填船的测控系统实时读取高度计、、
…
、测得的各高度计与石堆之间的距离，并与各阶段抛石完成后的高度计的预期值进行比较，以判断各阶段抛石后的石堆中心高程是否达到预设施工高程、、
…
、；第i个高度计的预期值根据公式（2）进行推算；（2）。
9.上述技术方案，通过对各高度计测量值和预期值的直观比较，实现了对抛石作业各阶段石堆中心高程是否达到预设施工高程的直观判断。
10.在其中一些实施例中，在抛石准备的步骤中，下放抛石管使其底面高程达到抛填船测控系统内预设的基准面高程后，通过高度计得到水下原泥面高程，并结合定点抛石作业各阶段的预设施工高程、、
…
、，估算各阶段的待抛石理论方量；水下原泥面高程根据公式（3）进行推算；（3）；公式（3）中，为高度计测得的高度计与水下原泥面之间的距离；为高度计相对于抛石管的倾斜角度；为高度计与抛石管底面之间的高差。
11.上述技术方案，通过对抛石作业各阶段待抛石理论方量的估算，能够较为精确地指导每次抛石的方量，节约抛石成本。
12.在其中一些实施例中，抛填船上设有gnss定位系统，gnss定位系统包括第一gnss和第二gnss，用于对抛填船进行精确定位，并测量抛石管的平面位置和底面高程。
13.在其中一些实施例中，抛石管的外壁上安装有倾斜仪，实时监测抛石管的倾斜度，以实时修正抛石管的底面高程。
14.基于上述技术方案，本发明实施例中的水下定点抛石高程测量与控制方法，通过相对于抛石管呈不同倾斜角度的多个高度计的布设和分阶段定点抛石作业的应用，实现了对石堆中心高程的分阶段实时测控，提高了抛石作业的准确性和可靠性，确保水下定点抛石施工高程满足设计要求，解决了常规抛石施工高程测量方法容易导致石堆中心处出现石块抛高超高现象的问题，避免了返工，提高了抛石施工效率。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明的水下定点抛石高程测量与控制方法的原理图。
16.图中：10、抛石管；11、倾斜仪；//、高度计。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.如图1所示，本发明提供了一种水下定点抛石高程测量与控制方法，用于抛填船在水下定点抛石作业过程中对抛石施工高程的测量与控制，包括如下步骤：s1、高度计布设：在抛填船的测控系统内进行分阶段定点抛石作业的设置，将抛石作业各阶段依次记作第1阶段、第2阶段、
…
、第n阶段；设各阶段抛石完成后的石堆高程分别为预设施工高程、、
…
、，其中，为预设的总施工高程；可以理解的是，从第1阶段到第n阶段的预设施工高程是逐渐增加的，其增幅可以相等也可以不等；抛填船的测控系统内还预设有基准
面高程，用于指导抛石管10的下放，限定水下定点抛石作业时抛石管10的高程；在抛石管10底口外侧沿周向间隔布设多个高度计，可在抛石管10底口外侧设置筋板等结构，用于将高度计安装于其上；可以理解的是，高度计的位置通常高于抛石管10底面，即高度计并不超出抛石管10底面，以避免刮碰损伤；两两高度计之间的间隔角度可以相等也可以不等；高度计的数量与定点抛石作业的阶段数量相一致；每一高度计的轴线均与抛石管10的轴线共面但不平行，每一高度计均相对于抛石管10倾斜设置且其测量方向均朝向抛石管10对应的下方区域；在抛石作业过程中，高度计用来测量高度计本身与抛石管10对应的下方区域内的石堆之间的距离；每一高度计相对于抛石管10的倾斜角度各不相同，按倾斜角度由小到大的顺序将多个高度计分别标记为、、
…
、；s2、抛石准备：抛填船通过锚泊系统实现初步就位，再通过抛填船上的gnss定位系统使其进行精确定位；运料船向抛填船靠泊并绑定连接，以向抛填船运送石块；移动抛石管10至待抛石区域，然后下放抛石管10使其底面高程达到抛填船测控系统内预设的基准面高程；s3、定点抛石作业：启动分阶段定点抛石作业，首先进行第1阶段抛石，抓斗机抓取一定量的石块倒入抛石管10内，等石块全部落入水中后，抛填船的测控系统通过高度计检测石堆中心高程是否达到预设施工高程；若否，则继续第1阶段的抛石；若是，则第1阶段抛石完成，开始第2阶段的抛石；抓斗机抓取一定量的石块倒入抛石管10内，等石块全部落入水中后，抛填船的测控系统通过高度计检测石堆中心高程是否达到预设施工高程；若否，则继续第2阶段的抛石；若是，则第2阶段抛石完成，开始第3阶段的抛石
…
以此循序进行各阶段抛石作业；也就是说，抛填船的测控系统通过高度计、、
…
、一一对应实时监测第1阶段、第2阶段、
…
、第n阶段抛石后的石堆中心高程是否达到预设施工高程、、
…
、；若否，则继续本阶段的抛石；若是，则本阶段抛石完成，开始下一阶段的抛石，直至达到预设的总施工高程，定点抛石作业完成；可以理解的是，当前位置处的定点抛石作业完成后，将抛石管10移动至下一抛石位置，按照前述步骤继续下一定点抛石作业。
22.上述示意性实施例，通过相对于抛石管10呈不同倾斜角度的多个高度计、、
…
、的布设，突破了当前行业内将高度计竖直安装于抛石管10外侧而只能测量抛石管10侧壁边缘正下方的石堆高程的惯常测量方法，实现了对抛石管10对应的下方区域内的石堆高程的多维度测量；在此基础上，结合分阶段定点抛石作业的应用，实现了对石堆中心高程的分阶段实时测控，确保水下定点抛石施工高程满足设计要求，解决了常规抛石施工高程测量方法容易导致石堆中心处出现石块抛高超高现象的问题，避免了返工，提高了抛石施工效率。
23.在一些实施例中，在高度计布设的步骤中，还包括标定每一高度计、、
…
、与抛石管10之间的空间相对位置关系。空间相对位置关系进一步包括：每一高度计、、
…
、与抛石管10底面之间的高差，将其分别记作、、
…
、；每一高度计、、
…
、距抛石管10轴线的垂向距离，将其分别记作、、
…
、；每一高度计、、
…
、相对于抛
石管10的倾斜角度，将其分别记作、、
…
、；其中，第i个高度计相对于抛石管10的倾斜角度根据公式（1）进行推算和设置；（1）；公式（1）中，i =1、2、
…
、n；为第i个高度计距抛石管10轴线的垂向距离；为第i个高度计与抛石管10底面之间的高差；为定点抛石作业的第i阶段对应的预设施工高程；为抛填船测控系统内预设的基准面高程。由公式（1）可知，在第i个高度计于抛石管10上安装位置不变（即和为定值）的情况下，第i个高度计相对于抛石管10的倾斜角度与基准面高程和抛石作业第i阶段对应的预设施工高程之差有关。
24.上述示意性实施例，实现了各高度计于抛石管10上的精确设置，确保每一高度计能准确测量到抛石管10中心正下方的石堆高程已达到该高度计所对应抛石阶段的预设施工高程。
25.在一些实施例中，在定点抛石作业的步骤中，抛填船的测控系统实时读取高度计、、
…
、测得的各高度计与石堆之间的距离，并与各阶段抛石完成后的高度计的预期值进行比较，以判断各阶段抛石后的石堆中心高程是否达到预设施工高程、、
…
、；第i个高度计的预期值根据公式（2）进行推算；（2）；公式（2）中，i =1、2、
…
、n；为第i个高度计距抛石管10轴线的垂向距离；为第i个高度计与抛石管10底面之间的高差；为定点抛石作业的第i阶段对应的预设施工高程；为抛填船测控系统内预设的基准面高程。由公式（2）可知，在第i个高度计于抛石管10上安装位置不变（即和为定值）的情况下，第i个高度计的预期值与基准面高程和抛石作业第i阶段对应的预设施工高程之差有关。
26.上述示意性实施例，通过对各高度计测量值和预期值的直观比较，实现了对抛石作业各阶段石堆中心高程是否达到预设施工高程的直观判断。
27.在一些实施例中，在抛石准备的步骤中，下放抛石管10使其底面高程达到抛填船测控系统内预设的基准面高程后，在抛石作业前，先通过高度计得到水下原泥面高程，并结合定点抛石作业各阶段的预设施工高程、、
…
、，估算抛石作业各阶段的待抛石理论方量；水下原泥面高程根据公式（3）进行推算；（3）；公式（3）中，为高度计测得的高度计与水下原泥面之间的距离；为高度计相对于抛石管10的倾斜角度；为高度计与抛石管10底面之间的高差；为抛填船测控系统内预设的基准面高程。
28.上述示意性实施例，通过对抛石作业各阶段待抛石理论方量的估算，能够较为精确地指导每次抛石的方量，节约抛石成本。
29.在一些实施例中，抛填船的船体上装设有gnss定位系统，gnss定位系统包括第一gnss和第二gnss，用于对抛填船进行精确定位，并测量抛石管10的平面位置和底面高程。
30.在一些实施例中，抛石管10的外壁上安装有倾斜仪11，该倾斜仪11实时监测抛石管10的倾斜度，以此实时修正抛石管10的底面高程；该修正方法为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。该示意性实施例，进一步确保对水下定点抛石施工高程的准确测量与控制。
31.参考图1，简要说明本发明的水下定点抛石高程测量与控制方法的主要流程步骤：1）在抛填船的测控系统内进行分阶段定点抛石作业的设置，设第1阶段、第2阶段、
…
、第n阶段抛石完成后的石堆高程分别为预设施工高程、、
…
、，其中，为预设的总施工高程；抛填船的测控系统内还预设有用于限定抛石管10下放位置的基准面高程；2）在抛石管10底口外侧沿周向间隔布设n个高度计；每一高度计均相对于抛石管10倾斜设置并使其测量方向均朝向抛石管10对应的下方区域，但倾斜角度各不相同，按倾斜角度由小到大的顺序将多个高度计分别标记为、、
…
、；3）抛填船就位并通过gnss定位系统精确定位，测量抛石管10的平面位置和底面高程，移动抛石管10至待抛石区域，下放抛石管10使其底面高程达到抛填船测控系统内预设的基准面高程；4）抛石作业前，通过高度计得到水下原泥面高程，结合定点抛石作业各阶段的预设施工高程、、
…
、，估算各阶段的待抛石理论方量；5）启动分阶段定点抛石作业，抛填船的测控系统通过高度计、、
…
、一一对应实时监测第1阶段、第2阶段、
…
、第n阶段抛石后的石堆中心高程是否达到预设施工高程、、
…
、；若否，则继续本阶段的抛石；若是，则本阶段抛石完成，开始下一阶段的抛石，直至达到预设的总施工高程，定点抛石作业完成。
32.通过对本发明的水下定点抛石高程测量与控制方法的多个实施例的说明，可以看到本发明至少具有以下一种或多种优点：1、通过相对于抛石管10呈不同倾斜角度的多个高度计的布设和分阶段定点抛石作业的应用，实现了对石堆中心高程的分阶段实时测控，提高了抛石作业的准确性和可靠性，确保水下定点抛石施工高程满足设计要求，解决了常规抛石施工高程测量方法容易导致石堆中心处出现石块抛高超高现象的问题，避免了返工，提高了抛石施工效率；2、通过对抛石作业各阶段待抛石理论方量的估算，能够较为精确地指导每次抛石的方量，节约抛石成本。
33.最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
34.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。