CN113390348A - 沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法，包括管节移动端模型、管节固定端模型、试验水池、移动机构以及控制端，所述管节固定端模型安装在试验水池的内部并位于水面以下，所述移动机构安装在试验水池的上方，管节移动端模型连接所述移动机构并能够在移动机构的驱使下调节与管节固定端模型在水平方向和竖直方向的距离；所述管节移动端模型上设置有发射机构，所述管节固定端模型上设置有测量机构，所述控制端分别与发射机构、测量机构、移动机构信号连接，本发明通过远距离水声导引***以及近距离位移监测***，模拟监测管节对接过程实时姿态信息，实现了对沉管管节沉放对接高精度、多尺度的全过程实时监测模拟。
Description
技术领域
本发明涉及沉管隧道施工技术领域，具体地，涉及一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法。
背景技术
在大型的水下隧道工程中，沉管法隧道由于工期最短、隧道延长最短、地质条件制约小，几乎不受地质条件限制等优点在国内越来越广泛地得到应用。管节沉放对接是沉管隧道施工关键工序之一。
目前，管节沉放对接过程所用到的主要测量方法有：高精度光学测量法、测量塔定位法、水下声呐测量定位法、水下拉线定位法等，单一的光学或声学测量方法在水下监测过程中普遍存在偏差大、效率低等问题。研发高精度水下沉放对接监测技术对于改善复杂水下环境中施工安全风险、提高沉管隧道等水下工程的施工效率具有重要的意义。
专利文献CN108385728A公开了一种沉管隧道顶推式最终接头及其对接施工方法，该顶推式最终接头包括设置于待安装管段的连接承口，连接承口内套接有顶进管节；还包括顶推件，连接承口内设有可容纳顶推件的空腔，空腔内预埋有注浆管；进一步包括止水组件，止水组件包括三道止水带，第一道止水带设置于顶进管节被推出端的端面，第二道止水带和第三道止水带均设置于顶进管节外周；第二道止水带可随顶进管节的推出而伸长，第二道止水带的一端固接于顶进管节，另一端固接于连接承口，第三道止水带套接于顶进管节与连接承口之间，但该对接的结构具有特殊性，对沉管隧道水下智能对接不具有普适性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置及其方法。
根据本发明提供的一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置，包括管节移动端模型、管节固定端模型、试验水池、移动机构以及控制端；
所述管节固定端模型安装在试验水池的内部并位于水面以下，所述移动机构安装在试验水池的上方，管节移动端模型连接所述移动机构并能够在移动机构的驱使下调节与管节固定端模型在水平方向和竖直方向的距离；
所述管节移动端模型上设置有发射机构，所述管节固定端模型上设置有测量机构，所述控制端分别与发射机构、测量机构、移动机构信号连接。
优选地，所述管节移动端模型上设置有测量杆，测量杆用于测量管节移动端模型顶部离试验水池水面的距离；
所述测量杆的底部安装在管节移动端模型上，所述测量杆的顶部为自由端并延伸到水面的上方。
优选地，所述测量机构包括摄像水箱、五元十字阵、测距声呐、声波反射板以及移动端支撑架，所述摄像水箱、五元十字阵、测距声呐、声波反射板均安装在移动端支撑架上；
所述发射机构包括激光发射器、发射声呐以及固定端支撑架，所述激光发射器、发射声呐均安装在固定端支撑架上；
当管节移动端模型运动到与管节固定端模型水平方向正对位置时：
所述五元十字阵与发射声呐相对应并构成远距离水声导引***，五元十字阵位于发射声呐和声波反射板之间；所述激光发射器与摄像水箱相对应，所述激光发射器与摄像水箱、测距声呐共同构成近距离位移监测***；其中：
远距离水声导引***用于检测管节移动端模型沉放过程中的实时姿态，近距离位移监测***用于监测管节移动端模型在模拟管节对接过程中的实时姿态。
优选地，所述摄像水箱、五元十字阵、测距声呐、激光发射器、发射声呐均与外部电源和控制端电连接。
优选地，所述测量机构包括4个摄像水箱、2个五元十字阵、1个测距声呐以及2个声波反射板；
所述测距声呐安装在移动端支撑架的上部并布置在中轴线上，2个摄像水箱依次安装在测距声呐的一侧，另2个摄像水箱依次安装在测距声呐的另一侧且4个摄像水箱相对于中轴线呈对称布置；
2个五元十字阵安装在移动端支撑架的下部且相对于中轴线呈对称布置，五元十字阵的后方布置声波反射板且声波反射板尺寸覆盖五元十字阵。
优选地，所述发射机构包括4个激光发射器以及2个发射声呐；
当管节移动端模型运动到与管节固定端模型水平方向正对位置时，4个激光发射器的位置分别与4个摄像水箱的位置一一对应；
2个发射声呐的位置分别与2个五元十字阵的位置一一对应。
优选地，所述移动端支撑架、固定端支撑架均采用铝型材制作。
优选地，所述移动机构采用桁车配合轨道的结构；或者采用吊顶式葫芦驱动结构。
优选地，所述控制端采用计算机，所述管节固定端模型通过拉索安装在试验水池的内部。
根据本发明提供的一种沉管隧道水下智能对接监测试验方法，包括如下步骤：
S1:基于沉管隧道管节端面实际尺寸，制作移动端支撑架作为管节移动端模型的承载架，制作固定端支撑架作为管节固定端模型的承载架；
S2:在移动端支撑架上布置4个摄像水箱、2个五元十字阵、1个测距声呐以及2个声波反射板，在固定端支撑架上布置4个激光发射器以及2个发射声呐，其中，五元十字阵与发射声呐一一对应并构成远距离水声导引***，远距离水声导引***用于检测管节移动端模型沉放过程中的实时姿态，摄像水箱、测距声呐分别与激光发射器对应并共同构成近距离位移监测***，用于监测管节移动端模型在模拟管节对接过程中的实时姿态；
S3：所述管节固定端模型被固定在试验水池的池壁上且顶端设置在水下M1深度，在管节移动端模型的顶面两端分别安装测量杆，用于读取管节移动端模型的入水深度，管节移动端模型通过连接件安装在试验水池上面的移动机构上，所述管节移动端模型与管节固定端模型的位置沿水平方向设置距离为M2，利用移动机构平移控制管节移动端模型靠拢所述管节固定端模型，通过对连接件施力控制管节移动端模型升降模拟管节沉放过程；
S4:控制管节移动端模型缓慢下沉至管节移动端模型的顶端与水面齐平，此处为管节移动端模型的初始位置，通过控制端记录五元十字阵的测量数据，通过移动机构驱使管节移动端模型靠近管节固定端模型运动直至控制端接收不到测量数据，记录此时管节移动端模型的位置；
S5:将所述管节移动端模型调整至初始位置，控制管节移动端模型1缓慢下沉至管节移动端模型的顶端距离水面M3，3M3≤M1，记录控制端中接收到的五元十字阵和测距声呐测量数据，并控制管节移动端模型1朝向管节固定端模型移动距离L，记录五元十字阵和测距声呐测量数据；控制管节移动端模型再下沉M3，并控制管节移动端模型再朝向管节固定端模型移动距离L，再次记录五元十字阵和测距声呐测量数据，验证五元十字阵和测距声呐测量精度；
S6:在S5的基础上，控制管节移动端模型缓慢下沉M4，此时激光发射器所发射的垂直激光束打不到摄像水箱上，控制端接收不到来自摄像水箱的测量数据，通过移动机构驱使管节移动端模型靠近管节固定端模型运动直至控制端接收不到五元十字阵的测量数据，验证五元十字阵的近距离检测效果；
S7:在S6的基础上继续下沉管节移动端模型直至控制端接收到摄像水箱的测量数据且不能够接收到五元十字阵的测量数据，记录测量数据，移动管节移动端模型远离管节固定端模型运动直至控制端接收不到摄像水箱的测量数据且能够接收到五元十字阵的测量数据，记录测量数据；
S8:在S7的基础上继续下沉管节移动端模型至与管节固定端模型同一水平高度，移动管节移动端模型靠近管节固定端模型运动，记录控制端接收到的测量数据，验证摄像水箱的测量精度。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明基于沉管隧道管节端面实际尺寸，建立管节沉放对接移动端模型和管节固定端模型，模拟待沉放管节和已沉放管节，管节移动端管节模型上布设安装2个五元十字阵、2块声波反射板，1个测距声呐和4个摄像水箱，管节固定端管节模型上布置2个发射声呐和4激光发射器，管节移动端模型上的双五元十字阵与管节固定端模型上的双发射声呐一一对应，构成远距离水声导引***，监测移动端模型在模拟管节沉放过程中的实时姿态；管节移动端模型上的摄像水箱与管节固定端模型上的激光发射器一一对应，结合测距声呐，构成近距离位移监测***，监测移动端模型在模拟管节对接过程中的实时姿态，验证了检测精度，具体检测精度高、效率高的优势。
2、本发明中模型上的发射声呐-五元十字阵组成远距离水声导引***，模拟监测管节沉放过程三维姿态信息；测距声呐、激光发射器-摄像水箱组成近距离位移监测***，模拟监测管节对接过程实时姿态信息，实现了对沉管管节沉放对接高精度、多尺度的全过程实时监测模拟。
3、本发明结构巧妙，实用性强。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是发射声呐-五元十字阵和测距声呐试验示意图；
图2是激光-摄像水箱试验示意图。
图3是管节移动端模型安装示意图；
图4是管节固定端模型安装示意图；
图5是管节移动端模型的结构示意图；
图6是管节固定端模型的结构示意图；
图7是试验方法实施例流程图。
图中示出：
管节移动端模型1 试验水池9
摄像水箱2 测量杆10
五元十字阵3 桁车11
测距声呐4 拉索12
声波反射板5 声波13
管节固定端模型6 激光束14
激光发射器7 移动端支撑架15
发射声呐8 固定端支撑架16
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本发明提供了一种沉管隧道水下智能对接监测试验装，如图1所示，包括管节移动端模型1、管节固定端模型6、试验水池9、移动机构以及控制端，所述移动机构采用桁车11配合轨道的结构；或者采用吊顶式葫芦驱动结构，能够实现水平移动和竖直移动，所述控制端优选采用计算机。
所述管节固定端模型6安装在试验水池9的内部并位于水面以下，所述管节固定端模型6优选通过拉索12安装在试验水池9的内部。所述移动机构安装在试验水池9的上方，管节移动端模型1连接所述移动机构并能够在移动机构的驱使下调节与管节固定端模型6在水平方向和竖直方向的距离，所述管节移动端模型1上设置有发射机构，所述管节固定端模型6上设置有测量机构，所述控制端分别与发射机构、测量机构、移动机构信号连接，用于测量数据的传输和记录。
进一步地，所述管节移动端模型1上设置有测量杆10，测量杆10用于测量管节移动端模型1顶部离试验水池9水面的距离，与控制端采集的数据进行对比以验证数据的正确性，其中，所述测量杆10的底部安装在管节移动端模型1上，所述测量杆10的顶部为自由端并延伸到水面的上方。
具体地，如图5所示，所述测量机构包括摄像水箱2、五元十字阵3、测距声呐4、声波反射板5以及移动端支撑架15，所述摄像水箱2、五元十字阵3、测距声呐4、声波反射板5均安装在移动端支撑架15上，所述发射机构包括激光发射器7、发射声呐8以及固定端支撑架16，所述激光发射器7、发射声呐8均安装在固定端支撑架16上；当管节移动端模型1运动到与管节固定端模型6水平方向正对位置时：所述五元十字阵3与发射声呐8相对应并构成远距离水声导引***，五元十字阵3位于发射声呐8和声波反射板5之间；所述激光发射器7与摄像水箱2相对应，所述激光发射器7与摄像水箱2、测距声呐4共同构成近距离位移监测***；其中：远距离水声导引***用于检测管节移动端模型1沉放过程中的实时姿态，近距离位移监测***用于监测管节移动端模型1在模拟管节对接过程中的实时姿态。
进一步地，所述测量机构包括4个摄像水箱2、2个五元十字阵3、1个测距声呐4以及2个声波反射板5，所述测距声呐4安装在移动端支撑架15的上部并布置在中轴线上，2个摄像水箱2依次安装在测距声呐4的一侧，另2个摄像水箱2依次安装在测距声呐4的另一侧且4个摄像水箱2相对于中轴线呈对称布置；2个五元十字阵3安装在移动端支撑架15的下部且相对于中轴线呈对称布置，五元十字阵3的后方布置声波反射板5且声波反射板5尺寸覆盖五元十字阵3。
具体地，所述摄像水箱2、五元十字阵3、测距声呐4、激光发射器7、发射声呐8均与外部电源和控制端电连接，既用于供电，又进行测量数据的传输。
具体地，如图6所示，所述发射机构包括4个激光发射器7以及2个发射声呐8，当管节移动端模型1运动到与管节固定端模型6水平方向正对位置时，4个激光发射器7的位置分别与4个摄像水箱2的位置一一对应，2个发射声呐8的位置分别与2个五元十字阵3的位置一一对应。
在实际应用中，考虑到重量、锈蚀以及成本，所述移动端支撑架15、固定端支撑架16均优选采用铝型材制作。
本发明中管节移动端模型1通过测量杆10固定在试验水池9的桁车11上，五元十字阵3、测距声呐4和摄像水箱2通过电缆与计算机连接。双五元十字阵沿模型中轴线对称布置，位于模型下方，五元十字阵3后方布置声波反射板5，声波反射板5尺寸覆盖五元十字阵3，即声波反射板5尺寸于五元十字阵3，优选方向板或圆形板结构。4个摄像水箱4沿管节移动端模型1中轴线对称布置，位于管节移动端模型1上方和中间。测距声呐4布置在中轴线上方，管节固定端模型6固定在试验水池9壁上，发射声呐8和激光发射器7分别发射声波信号和激光，管节固定端模型6淹没于水面，与管节移动端模型1在同一水池轴线上，保持对中，发射声呐8与激光发射器7沿管节固定端模型6中轴线对称布置，本发明结构设计巧妙，精度高。
本发明还提供了一种沉管隧道水下智能对接监测试验方法，包括如下步骤：
S1:基于沉管隧道管节端面实际尺寸，制作移动端支撑架15作为管节移动端模型1的承载架，制作固定端支撑架16作为管节固定端模型6的承载架；
S2:在移动端支撑架15上布置4个摄像水箱2、2个五元十字阵3、1个测距声呐4以及2个声波反射板5，在固定端支撑架16上布置4个激光发射器7以及2个发射声呐8，其中，五元十字阵3与发射声呐8一一对应并构成远距离水声导引***，远距离水声导引***用于检测管节移动端模型1沉放过程中的实时姿态，摄像水箱2、测距声呐4分别与激光发射器7对应并共同构成近距离位移监测***，用于监测管节移动端模型1在模拟管节对接过程中的实时姿态；
S3：所述管节固定端模型6被固定在试验水池9的池壁上且顶端设置在水下M1深度，在管节移动端模型1的顶面两端分别安装测量杆10，用于读取管节移动端模型1的入水深度，管节移动端模型1通过连接件安装在试验水池9上面的移动机构上，所述管节移动端模型1与管节固定端模型6的位置沿水平方向设置距离为M2，利用移动机构平移控制管节移动端模型1靠拢所述管节固定端模型6，通过对连接件施力控制管节移动端模型1升降模拟管节沉放过程；
S4:控制管节移动端模型1缓慢下沉至管节移动端模型1的顶端与水面齐平，此处为管节移动端模型1的初始位置，通过控制端记录五元十字阵3的测量数据，通过移动机构驱使管节移动端模型1靠近管节固定端模型6运动直至控制端接收不到测量数据，五元十字阵3超出了发射声呐4的声波13范围，记录此时管节移动端模型1的位置，测试发射声呐4仰角大小和五元十字阵3的功能；
S5:将所述管节移动端模型1调整至初始位置，控制管节移动端模型1缓慢下沉至管节移动端模型1的顶端距离水面M3，3M3≤M1，记录控制端中接收到的五元十字阵3和测距声呐4测量数据，并控制管节移动端模型1朝向管节固定端模型6移动距离L，记录五元十字阵3和测距声呐4测量数据；控制管节移动端模型1再下沉M3，并控制管节移动端模型1再朝向管节固定端模型6移动距离L，再次记录五元十字阵3和测距声呐4测量数据，验证五元十字阵3和测距声呐4测量精度；
S6:在S5的基础上，控制管节移动端模型1缓慢下沉M4，此时激光发射器7所发射的垂直激光束14打不到摄像水箱2上，控制端接收不到来自摄像水箱2的测量数据，通过移动机构驱使管节移动端模型1靠近管节固定端模型6运动直至控制端接收不到五元十字阵3的测量数据，验证五元十字阵3的近距离检测效果；
S7:在S6的基础上继续下沉管节移动端模型1直至控制端接收到摄像水箱2的测量数据且不能够接收到五元十字阵3的测量数据，记录测量数据，移动管节移动端模型1远离管节固定端模型6运动直至控制端接收不到摄像水箱2的测量数据且能够接收到五元十字阵3的测量数据，记录测量数据，验证摄像水箱2远距离测量效果；
S8:在S7的基础上继续下沉管节移动端模型1至与管节固定端模型6同一水平高度，移动管节移动端模型1靠近管节固定端模型6运动，记录控制端接收到的测量数据，验证摄像水箱2的近距离测量精度。
实施例2：
本实施例为实施例1的优选例。
本实施例提供了一种沉管隧道水下智能对接监测试验方法，包括如下步骤：
S1:基于沉管隧道管节端面实际尺寸，制作移动端支撑架15作为管节移动端模型1的承载架，移动端支撑架15采用宽×长为3m×6m的尺寸方案，采用30mm×60mm、30mm×30mm两种规格的铝型材制作，固定端支撑架16作为管节固定端模型6的承载架，固定端支撑架16采用宽×长为2.5m×6m的模型尺寸方案，模型支架采用30mm×60mm、30mm×30mm两种规格铝型材；
S2:在移动端支撑架15上布置4个摄像水箱2、2个五元十字阵3、1个测距声呐4以及2个声波反射板5，在固定端支撑架16上布置4个激光发射器7以及2个发射声呐8，激光发射器7、发射声呐8通过电缆供电，摄像水箱2、五元十字阵3、测距声呐4通过电缆与计算机连接，用于供电和数据传输。其中，五元十字阵3与发射声呐8一一对应并构成远距离水声导引***，远距离水声导引***用于检测管节移动端模型1沉放过程中的实时姿态，摄像水箱2、测距声呐4分别与激光发射器7对应并共同构成近距离位移监测***，用于监测管节移动端模型1在模拟管节对接过程中的实时姿态；
S3：如图3、图4所示，所述管节固定端模型6被固定在试验水池9的池壁上且顶端设置在水下M1深度，在管节移动端模型1的顶面两端分别安装测量杆10用于读取管节移动端模型1的入水深度，管节移动端模型1通过连接件安装在试验水池9上面的移动机构上，连接件优选采用滑轮，移动机构采用桁车11，桁车11电动控制升降，管节固定端模型6通过拉索12吊放紧贴在试验水池9池壁上，管节固定端模型6顶面距水面3m，所述管节移动端模型1与管节固定端模型6的位置沿水平方向设置距离为M2，M2为8米，利用移动机构平移控制管节移动端模型1靠拢所述管节固定端模型6，通过对连接件施力控制管节移动端模型1升降模拟管节沉放过程；
S4:如图1所示，控制管节移动端模型1缓慢下沉至管节移动端模型1的顶端与水面齐平，此处为管节移动端模型1的初始位置，给五元十字阵3和发射声呐8通电，通过控制端记录五元十字阵3的测量数据，通过桁车12驱使管节移动端模型1靠近管节固定端模型6运动直至控制端接收不到五元十字阵3的测量数据，记录此时管节移动端模型1的位置；
S5:将所述管节移动端模型1调整至初始位置，控制管节移动端模型1缓慢下沉至管节移动端模型1的顶端距离水面M3，M3为1米，3M3≤M1，记录控制端中接收到的五元十字阵3和测距声呐4测量数据，移动桁车11控制管节移动端模型1朝向管节固定端模型6移动距离L，L取2米，记录五元十字阵3和测距声呐4测量数据；在此基础上，控制管节移动端模型1再下沉1米，并控制管节移动端模型1再朝向管节固定端模型6移动距离2米，再次记录五元十字阵3和测距声呐4测量数据，验证五元十字阵3和测距声呐4测量精度；
S6:如图2所示，在S5的基础上，控制管节移动端模型1缓慢下沉M4，M4取0.62米，此时管节移动端模型1与管节固定端模型6竖直方向相差0.38米，激光发射器7所发射的垂直激光束14打不到摄像水箱2上，控制端接收不到来自摄像水箱2的测量数据，移动桁车11，驱使管节移动端模型1靠近管节固定端模型6运动直至控制端接收不到五元十字阵3的测量数据，记录测量数据，验证五元十字阵3的近距离检测效果；
S7:在S6的基础上继续下沉管节移动端模型10.2米，此时时激光束14可以打到摄像水箱2上，控制端接收到摄像水箱2的测量数据且接收不到五元十字阵3的测量数据，记录测量数据；移动管节移动端模型1远离管节固定端模型6运动直至控制端接收不到摄像水箱2的测量数据且能够接收到五元十字阵3的测量数据，记录测量数据；
S8:在S7的基础上继续下沉管节移动端模型10.18米至与管节固定端模型6同一水平高度，移动管节移动端模型1靠近管节固定端模型6运动，记录控制端接收到的测量数据，验证摄像水箱2的测量精度。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，包括管节移动端模型(1)、管节固定端模型(6)、试验水池(9)、移动机构以及控制端；
所述管节固定端模型(6)安装在试验水池(9)的内部并位于水面以下，所述移动机构安装在试验水池(9)的上方，管节移动端模型(1)连接所述移动机构并能够在移动机构的驱使下调节与管节固定端模型(6)在水平方向和竖直方向的距离；
所述管节移动端模型(1)上设置有发射机构，所述管节固定端模型(6)上设置有测量机构，所述控制端分别与发射机构、测量机构、移动机构信号连接。
2.根据权利要求1所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述管节移动端模型(1)上设置有测量杆(10)，测量杆(10)用于测量管节移动端模型(1)顶部离试验水池(9)水面的距离；
所述测量杆(10)的底部安装在管节移动端模型(1)上，所述测量杆(10)的顶部为自由端并延伸到水面的上方。
3.根据权利要求1所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述测量机构包括摄像水箱(2)、五元十字阵(3)、测距声呐(4)、声波反射板(5)以及移动端支撑架(15)，所述摄像水箱(2)、五元十字阵(3)、测距声呐(4)、声波反射板(5)均安装在移动端支撑架(15)上；
所述发射机构包括激光发射器(7)、发射声呐(8)以及固定端支撑架(16)，所述激光发射器(7)、发射声呐(8)均安装在固定端支撑架(16)上；
当管节移动端模型(1)运动到与管节固定端模型(6)水平方向正对位置时：
所述五元十字阵(3)与发射声呐(8)相对应并构成远距离水声导引***，五元十字阵(3)位于发射声呐(8)和声波反射板(5)之间；所述激光发射器(7)与摄像水箱(2)相对应，所述激光发射器(7)与摄像水箱(2)、测距声呐(4)共同构成近距离位移监测***；其中：
远距离水声导引***用于检测管节移动端模型(1)沉放过程中的实时姿态，近距离位移监测***用于监测管节移动端模型(1)在模拟管节对接过程中的实时姿态。
4.根据权利要求3所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述摄像水箱(2)、五元十字阵(3)、测距声呐(4)、激光发射器(7)、发射声呐(8)均与外部电源和控制端电连接。
5.根据权利要求3所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述测量机构包括4个摄像水箱(2)、2个五元十字阵(3)、1个测距声呐(4)以及2个声波反射板(5)；
所述测距声呐(4)安装在移动端支撑架(15)的上部并布置在中轴线上，2个摄像水箱(2)依次安装在测距声呐(4)的一侧，另2个摄像水箱(2)依次安装在测距声呐(4)的另一侧且4个摄像水箱(2)相对于中轴线呈对称布置；
2个五元十字阵(3)安装在移动端支撑架(15)的下部且相对于中轴线呈对称布置，五元十字阵(3)的后方布置声波反射板(5)且声波反射板(5)尺寸覆盖五元十字阵(3)。
6.根据权利要求5所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述发射机构包括4个激光发射器(7)以及2个发射声呐(8)；
当管节移动端模型(1)运动到与管节固定端模型(6)水平方向正对位置时，4个激光发射器(7)的位置分别与4个摄像水箱(2)的位置一一对应；
2个发射声呐(8)的位置分别与2个五元十字阵(3)的位置一一对应。
7.根据权利要求3所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述移动端支撑架(15)、固定端支撑架(16)均采用铝型材制作。
8.根据权利要求1所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述移动机构采用桁车(11)配合轨道的结构；或者采用吊顶式葫芦驱动结构。
9.根据权利要求1所述的沉管隧道水下智能对接监测试验装置，其特征在于，所述控制端采用计算机，所述管节固定端模型(6)通过拉索(12)安装在试验水池(9)的内部。
10.一种沉管隧道水下智能对接监测试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:基于沉管隧道管节端面实际尺寸，制作移动端支撑架(15)作为管节移动端模型(1)的承载架，制作固定端支撑架(16)作为管节固定端模型(6)的承载架；
S2:在移动端支撑架(15)上布置4个摄像水箱(2)、2个五元十字阵(3)、1个测距声呐(4)以及2个声波反射板(5)，在固定端支撑架(16)上布置4个激光发射器(7)以及2个发射声呐(8)，其中，五元十字阵(3)与发射声呐(8)一一对应并构成远距离水声导引***，远距离水声导引***用于检测管节移动端模型(1)沉放过程中的实时姿态，摄像水箱(2)、测距声呐(4)分别与激光发射器(7)对应并共同构成近距离位移监测***，用于监测管节移动端模型(1)在模拟管节对接过程中的实时姿态；
S3：所述管节固定端模型(6)被固定在试验水池(9)的池壁上且顶端设置在水下M1深度，在管节移动端模型(1)的顶面两端分别安装测量杆(10)，用于读取管节移动端模型(1)的入水深度，管节移动端模型(1)通过连接件安装在试验水池(9)上面的移动机构上，所述管节移动端模型(1)与管节固定端模型(6)的位置沿水平方向设置距离为M2，利用移动机构平移控制管节移动端模型(1)靠拢所述管节固定端模型(6)，通过对连接件施力控制管节移动端模型(1)升降模拟管节沉放过程；
S4:控制管节移动端模型(1)缓慢下沉至管节移动端模型(1)的顶端与水面齐平，此处为管节移动端模型(1)的初始位置，通过控制端记录五元十字阵(3)的测量数据，通过移动机构驱使管节移动端模型(1)靠近管节固定端模型(6)运动直至控制端接收不到测量数据，记录此时管节移动端模型(1)的位置；
S5:将所述管节移动端模型(1)调整至初始位置，控制管节移动端模型(1)缓慢下沉至管节移动端模型(1)的顶端距离水面M3，3M3≤M1，记录控制端中接收到的五元十字阵(3)和测距声呐(4)测量数据，并控制管节移动端模型(1)朝向管节固定端模型(6)移动距离L，记录五元十字阵(3)和测距声呐(4)测量数据；控制管节移动端模型(1)再下沉M3，并控制管节移动端模型(1)再朝向管节固定端模型(6)移动距离L，再次记录五元十字阵(3)和测距声呐(4)测量数据，验证五元十字阵(3)和测距声呐(4)测量精度；
S6:在S5的基础上，控制管节移动端模型(1)缓慢下沉M4，此时激光发射器(7)所发射的垂直激光束(14)打不到摄像水箱(2)上，控制端接收不到来自摄像水箱(2)的测量数据，通过移动机构驱使管节移动端模型(1)靠近管节固定端模型(6)运动直至控制端接收不到五元十字阵(3)的测量数据，验证五元十字阵(3)的近距离检测效果；
S7:在S6的基础上继续下沉管节移动端模型(1)直至控制端接收到摄像水箱(2)的测量数据且不能够接收到五元十字阵(3)的测量数据，记录测量数据，移动管节移动端模型(1)远离管节固定端模型(6)运动直至控制端接收不到摄像水箱(2)的测量数据且能够接收到五元十字阵(3)的测量数据，记录测量数据；
S8:在S7的基础上继续下沉管节移动端模型(1)至与管节固定端模型(6)同一水平高度，移动管节移动端模型(1)靠近管节固定端模型(6)运动，记录控制端接收到的测量数据，验证摄像水箱(2)的测量精度。
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