CN113866803B - 沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法。该沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，包括管节姿态初始标定、倾斜仪设备安装、测量塔姿态标定和测量塔定位倾斜误差修正等步骤。本发明在管节首尾两端的测量塔塔顶与管顶部位各加装一倾斜仪，并与管内倾斜仪联合确定测量塔与管节的姿态及相互关系，在管节沉放过程中实现对测量塔姿态变化的实时监控，实现对测量塔定位倾斜误差的实时自动提示和人机交互式实时修正，提高测量塔的定位精度和可靠性，保障沉管安装精度。

Description

沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法

技术领域

本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法。

背景技术

近年来，随着社会的发展，跨海通道大型沉管隧道不断涌现，沉管隧道建设规模越来越大，沉管体量也越来越大，安装精度要求也越来越高。沉管安装测量塔法是将GNSS测量与水下测量定位技术相结合的现代测量方法，主要由GNSS测量、倾斜仪改正、数据处理***等组成，具有高精度、高可靠性、操作简单易行等特点，在港珠澳大桥、深中通道、大连湾隧道、南昌红谷隧道建设中广泛使用。

但沉管管节沉放对接过程中，在管内水箱荷载不断增加和周围水压共同作用下，管节不可避免地发生整体或局部变形，导致测量塔与管节相对几何位置发生微变，从而影响测量塔的定位精度。测量塔的定位精度一旦受到影响，会导致施工质量下降，甚至导致沉管安装失败，将会带来工程费用增加和工期延长，成为工程的重大风险点。

发明内容

针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，用以提高测量塔的定位精度、降低沉管对接测控风险、保障沉管安装精度。

本发明提供一种沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，包括以下步骤：

管节姿态初始标定：在干坞区，在管节内部安装管内倾斜仪，读取管节的倾斜初值；

倾斜仪设备安装：将管节移至深坞区，在管节顶面的首尾两端各安装一个测量塔，在两个测量塔塔顶分别安装一台塔顶倾斜仪，在对应两个测量塔塔底的管节顶面分别安装一台管顶倾斜仪；

测量塔姿态标定：对管节的姿态进行二次标定，同时对测量塔的姿态进行初始化；

测量塔定位倾斜误差修正：管节沉放期间，测量塔的测控***实时监测测量塔的姿态数据；若监测数据超限，则测控***自动提示是否修正；若监测数据正常，则继续管节的沉放，测控***继续监测测量塔的姿态数据。

本技术方案在管节首尾两端的测量塔塔顶与管顶部位各加装一倾斜仪，并与管内倾斜仪联合确定测量塔与管节的姿态及相互关系，在管节沉放过程中实现对测量塔姿态变化的实时监控，实现对测量塔定位倾斜误差的实时自动提示和人机交互式实时修正，提高测量塔的定位精度和可靠性，保障沉管安装精度。

在其中一些实施例中，在测量塔姿态标定的步骤中，对管节的姿态进行二次标定时，首先读取管内倾斜仪的倾斜数据，然后结合管节的倾斜初值，计算管节当前实际倾斜变化。该技术方案实现对管节姿态的二次标定，揭示管节的姿态变化。

在其中一些实施例中，在读取管内倾斜仪的倾斜数据时，为防止管内倾斜仪的数据零漂，还包括以下步骤：

设备安装：在管节顶面的中心位置架设一台水准仪，在管节顶面的四个角部各布设一个特征点；

数据修正：通过水准仪测量四个特征点的相对高程，结合四个特征点之间的距离，计算出管节的实际倾斜值；同步采集管内倾斜仪的倾斜数据，根据管节的实际倾斜值对管内倾斜仪的倾斜数据进行修正；

数据验证：再次使用水准仪测量四个特征点的相对高程，以再次计算管节的实际倾斜值，验证管内倾斜仪修正后的倾斜数据。

本技术方案通过水准仪的设置，防止管节长时间置放导致倾斜仪出现数据零漂的情况，进而确保管内倾斜仪的数据测量准确可靠。

在其中一些实施例中，在测量塔姿态标定的步骤中，在对测量塔的姿态进行初始化时，建立塔顶倾斜仪、管顶倾斜仪与管内倾斜仪之间的倾斜关系初值。该技术方案通过塔顶倾斜仪、管顶倾斜仪与管内倾斜仪之间初始关系的建立，实现了对测量塔的初始姿态标定。

在其中一些实施例中，在测量塔定位倾斜误差修正的步骤中，测控***实时监测塔顶倾斜仪、管顶倾斜仪与管内倾斜仪之间的倾斜关系变化。该技术方案实现了对测量塔姿态变化的实时监控。

在其中一些实施例中，在测量塔定位倾斜误差修正的步骤中，若监测数据超限，测控***自动发出是否修正的提示，而且自动计算并显示出修正值，操作者根据监测数据综合研判是否对测量塔进行倾斜误差修正。该技术方案实现了对测量塔定位倾斜误差的实时自动提示和人机交互式实时修正。

在其中一些实施例中，塔顶倾斜仪、管顶倾斜仪和管内倾斜仪均安装在倾斜仪保护盒内，倾斜仪保护盒固设于减震支架上，减震支架通过焊接的方式与测量塔或管节连接；倾斜仪保护盒和减震支架均为不锈钢材料。该本技术方案通过倾斜仪保护盒和减震支架的设置，实现了对倾斜仪的保护和安装，避免因热胀冷缩和强烈震动对倾斜仪的精度造成影响。

在其中一些实施例中，沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法用于管节的沉放演练时，测量塔姿态标定的步骤和测量塔定位倾斜误差修正的步骤在深坞区进行。该技术方案揭示了管节沉放过程中测量塔的倾斜变化及发展趋势，验证了管节在深坞区沉放演练期间的测量塔定位倾斜误差修正的可行性和效果。

在其中一些实施例中，沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法用于管节的沉放作业时，测量塔姿态标定的步骤和测量塔定位倾斜误差修正的步骤在隧址现场进行。该技术方案实现了管节在隧址现场沉放作业期间的测量塔定位倾斜误差修正，确保管节在隧址现场沉放作业时的对接精度。

基于上述技术方案，本发明的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，在管节沉放过程中实现对测量塔姿态变化的实时监控，实现对测量塔定位倾斜误差的实时自动提示和人机交互式实时修正，提高测量塔的定位精度和可靠性，降低沉管对接测控风险，保障沉管安装精度，为沉管实现免精调创造有利条件，降低工程成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本发明的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法的技术路线图；

图2为本发明的倾斜仪安装位置示意图；

图3为本发明的倾斜仪姿态校正点布设位置图；

图4为本发明的倾斜仪保护盒和减震支架的结构示意图。

图中：

1、管节；2、测量塔；3、管内倾斜仪；4、塔顶倾斜仪；5、管顶倾斜仪；6、水准仪；7、倾斜仪保护盒；8、减震支架。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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2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。

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。

如图1、图2所示，本发明的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，包括管节1姿态初始标定、倾斜仪设备安装、测量塔2姿态标定和测量塔2定位倾斜误差修正等步骤。其中，

管节1姿态初始标定的步骤在干坞区进行，在管节1内部安装管内倾斜仪3，读取管节1的倾斜初值；本步骤的目的在于标定管节1的初始姿态。

倾斜仪设备安装的步骤，需先将管节1移至深坞区，在管节1顶面的首尾两端各安装一个测量塔2，在两个测量塔2塔顶分别安装一台塔顶倾斜仪4，在对应两个测量塔2塔底的管节1顶面分别安装一台管顶倾斜仪5；本步骤的目的在于将本实施例所需的各项设备安装并定位于管节1上。

测量塔2姿态标定的步骤，是对管节1的姿态进行二次标定，同时对测量塔2的姿态进行初始化；本步骤的目的在于确定测量塔2与管节1的姿态及相互关系。

测量塔2定位倾斜误差修正：管节1沉放期间，测量塔2的测控***实时监测测量塔2的姿态数据；若监测数据超限，则测控***自动提示是否修正；若监测数据正常，则继续管节1的沉放，测控***继续监测测量塔2的姿态数据。

上述示意性实施例，在管节1首尾两端的测量塔2塔顶与管顶部位各加装一倾斜仪，并与管内倾斜仪3联合确定测量塔2与管节1的姿态及相互关系，在管节1沉放过程中通过测控***实现对测量塔2姿态变化的实时监控，实现对测量塔2定位倾斜误差的实时自动提示和人机交互式实时修正，提高测量塔2的定位精度和可靠性，保障沉管安装精度。

在一些实施例中，在测量塔2姿态标定的步骤中，对管节1的姿态进行二次标定时，首先读取管内倾斜仪3的倾斜数据，然后结合管节1的倾斜初值，计算管节1当前实际倾斜变化。该示意性实施例，实现对管节1姿态的二次标定，揭示管节1的姿态变化。

如图3所示，在一些实施例中，在读取管内倾斜仪3的倾斜数据时，为防止管内倾斜仪3的数据零漂，还包括设备安装、数据修正和数据验证等步骤。其中，

设备安装的步骤，需在管节1顶面的中心位置架设一台水准仪6，在管节1顶面的四个角部各布设一个特征点，分别标记为P1、P2、P3、P4，如图3所示；需注意使水准仪6可以与P1、P2、P3、P4四个特征点通视。

数据修正的步骤，通过水准仪6测量P1、P2、P3、P4四个特征点的相对高程，结合四个特征点之间的距离，计算出管节1的实际倾斜值；同步采集管内倾斜仪3的倾斜数据，根据管节1的实际倾斜值对管内倾斜仪3的倾斜数据进行修正。

数据验证的步骤，再次使用水准仪6测量四个特征点的相对高程，以再次计算管节1的实际倾斜值，验证管内倾斜仪3修正后的倾斜数据。

需要说明的是，在水准测量期间，使用对讲机与驾驶室人员做好测量时间上的沟通，需同步采集管内倾斜仪3的数据，以确保水准仪6能够准确对管内倾斜仪3进行数据修正和数据验证。

上述示意性实施例，通过水准仪6的设置，防止管节1长时间置放导致倾斜仪出现数据零漂的情况，进而确保管内倾斜仪3的数据测量准确可靠。

在一些实施例中，在测量塔2姿态标定的步骤中，在对测量塔2的姿态进行初始化时，建立塔顶倾斜仪4、管顶倾斜仪5与管内倾斜仪3之间的倾斜关系初值。该示意性实施例，通过塔顶倾斜仪4、管顶倾斜仪5与管内倾斜仪3之间初始关系的建立，实现了对测量塔2的初始姿态标定。

在一些实施例中，在测量塔2定位倾斜误差修正的步骤中，测控***实时监测塔顶倾斜仪4、管顶倾斜仪5与管内倾斜仪3之间的倾斜关系变化。该示意性实施例，实现了对测量塔2姿态变化的实时监控。

在一些实施例中，在测量塔2定位倾斜误差修正的步骤中，若监测数据超限，测控***自动发出是否修正的提示，而且自动计算并显示出修正值，操作者根据监测数据综合研判是否对测量塔2进行倾斜误差修正。该示意性实施例，实现了对测量塔2定位倾斜误差的实时自动提示和人机交互式实时修正。

如图4所示，在一些实施例中，塔顶倾斜仪4、管顶倾斜仪5和管内倾斜仪3均安装在倾斜仪保护盒7内，倾斜仪保护盒7固设于减震支架8上，减震支架8通过焊接的方式与测量塔2或管节1连接。倾斜仪保护盒7和减震支架8均为不锈钢材料。该示意性实施例，通过倾斜仪保护盒7和减震支架8的设置，实现了对倾斜仪的保护和安装，避免因热胀冷缩和强烈震动对倾斜仪的精度造成影响。

在一些实施例中，沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法用于管节1的沉放演练时，测量塔2姿态标定的步骤和测量塔2定位倾斜误差修正的步骤在深坞区进行。该示意性实施例，揭示了管节1沉放过程中测量塔2的倾斜变化及发展趋势，验证了管节1在深坞区沉放演练期间的测量塔2定位倾斜误差修正的可行性和效果，为管节1在隧址现场进行正式沉放作业提供试验验证和指导。

在一些实施例中，沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法用于管节1的沉放作业时，测量塔2姿态标定的步骤和测量塔2定位倾斜误差修正的步骤在隧址现场进行。该示意性实施例，实现了管节1在隧址现场沉放作业期间的测量塔2定位倾斜误差修正，确保管节1在隧址现场沉放作业时的对接精度，降低沉管对接测控风险，保障沉管安装精度。

下面结合图1-图4，具体说明本发明的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法的步骤：

a.在干坞区，在管节1内部安装管内倾斜仪3，读取管节1的倾斜初值，完成管节1姿态的初始标定；需要说明的是，管内倾斜仪3置放于倾斜仪保护盒7内，倾斜仪保护盒7固设于减震支架8上，减震支架8焊接到管节1上；

b.将管节1移至深坞区，在管节1顶面的首尾两端各安装一个测量塔2，在两个测量塔2塔顶分别安装一台塔顶倾斜仪4，在对应两个测量塔2塔底的管节1顶面分别安装一台管顶倾斜仪5；需要说明的是，塔顶倾斜仪4和管顶倾斜仪5均置放于各自的倾斜仪保护盒7内，倾斜仪保护盒7固设于减震支架8上，减震支架8焊接到测量塔2上或管节1上；

c.在管节1顶面的中心位置架设一台水准仪6，在管节1顶面的四个角部各布设一个特征点，分别标记为P1、P2、P3、P4，使水准仪6可与P1、P2、P3、P4四个特征点通视；

d.通过水准仪6测量P1、P2、P3、P4四个特征点的相对高程，结合四个特征点之间的距离，计算出管节1的实际倾斜值；同步采集管内倾斜仪3的倾斜数据，根据管节1的实际倾斜值对管内倾斜仪3的倾斜数据进行修正；再次使用水准仪6测量四个特征点的相对高程，以再次计算管节1的实际倾斜值，验证管内倾斜仪3修正后的倾斜数据；确定修正后的管内倾斜仪3的倾斜数据后，结合管节1的倾斜初值，计算管节1当前实际倾斜变化，完成对管节1姿态的二次标定；同时建立塔顶倾斜仪4、管顶倾斜仪5与管内倾斜仪3之间的初始关系，实现对测量塔2的初始姿态标定；

e.管节1开始沉放，在此期间，测量塔2的测控***实时监测测量塔2的姿态数据，也即塔顶倾斜仪4、管顶倾斜仪5与管内倾斜仪3之间的倾斜关系变化；若监测数据超限，测控***自动发出是否修正的提示，而且自动计算并显示出修正值，操作者根据监测数据综合研判是否对测量塔2进行倾斜误差修正；若监测数据正常，则继续管节1的沉放，测控***继续监测测量塔2的姿态数据。

可以理解的是，在完成步骤a-c后，管节1先按照步骤d-e在深坞区沉放演练，然后转移到隧址现场，在隧址现场再重复步骤d-e，直至完成管节1的沉放对接作业。

通过对本发明的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正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、本发明的倾斜仪保护盒7和减震支架8的设置，实现了对倾斜仪的保护和安装，避免因热胀冷缩和强烈震动对倾斜仪的精度造成影响；

2、本发明的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，在管节1沉放过程中实现对测量塔2姿态变化的实时监控，实现对测量塔2定位倾斜误差的实时自动提示和人机交互式实时修正，提高测量塔2的定位精度和可靠性，降低沉管对接测控风险，保障沉管安装精度；

3、本发明的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，为沉管实现免精调创造有利条件，降低工程成本。

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。

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。

Claims (5)

1.沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

管节姿态初始标定：在干坞区，在管节内部安装管内倾斜仪，读取所述管节的倾斜初值；

倾斜仪设备安装：将所述管节移至深坞区，在所述管节顶面的首尾两端各安装一个测量塔，在两个所述测量塔塔顶分别安装一台塔顶倾斜仪，在对应两个所述测量塔塔底的所述管节顶面分别安装一台管顶倾斜仪；

测量塔姿态标定：对所述管节的姿态进行二次标定，首先读取所述管内倾斜仪的倾斜数据，然后结合所述管节的所述倾斜初值，计算所述管节当前实际倾斜变化；同时对所述测量塔的姿态进行初始化，建立所述塔顶倾斜仪、所述管顶倾斜仪与所述管内倾斜仪之间的倾斜关系初值；

测量塔定位倾斜误差修正：所述管节沉放期间，所述测量塔的测控***实时监测所述测量塔的姿态数据，实时监测所述塔顶倾斜仪、所述管顶倾斜仪与所述管内倾斜仪之间的倾斜关系变化；若监测数据超限，则所述测控***自动提示是否修正，而且自动计算并显示出修正值，操作者根据所述监测数据综合研判是否对所述测量塔进行倾斜误差修正；若监测数据正常，则继续所述管节的沉放，所述测控***继续监测所述测量塔的姿态数据。

2.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，其特征在于，在读取所述管内倾斜仪的倾斜数据时，为防止所述管内倾斜仪的数据零漂，还包括以下步骤：

设备安装：在所述管节顶面的中心位置架设一台水准仪，在所述管节顶面的四个角部各布设一个特征点；

数据修正：通过所述水准仪测量四个所述特征点的相对高程，结合四个所述特征点之间的距离，计算出所述管节的实际倾斜值；同步采集所述管内倾斜仪的倾斜数据，根据所述管节的实际倾斜值对所述管内倾斜仪的倾斜数据进行修正；

数据验证：再次使用所述水准仪测量四个所述特征点的相对高程，以再次计算所述管节的实际倾斜值，验证所述管内倾斜仪修正后的倾斜数据。

3.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，其特征在于，所述塔顶倾斜仪、所述管顶倾斜仪和所述管内倾斜仪均安装在倾斜仪保护盒内，所述倾斜仪保护盒固设于减震支架上，所述减震支架通过焊接的方式与所述测量塔或所述管节连接；所述倾斜仪保护盒和所述减震支架均为不锈钢材料。

4.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，其特征在于，所述沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法用于所述管节的沉放演练时，所述测量塔姿态标定的步骤和所述测量塔定位倾斜误差修正的步骤在所述深坞区进行。

5.根据权利要求1所述的沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法，其特征在于，所述沉管安装测量塔定位倾斜误差修正方法用于所述管节的沉放作业时，所述测量塔姿态标定的步骤和所述测量塔定位倾斜误差修正的步骤在隧址现场进行。

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