一种钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的系统及方法与流程

本发明涉及桥梁深水基础施工领域，具体涉及一种钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的系统及方法。

背景技术：

1、根据拟建设桥梁所在地的水文地质、环境条件，桥梁深水基础施工可分为先围堰后桩基、沉箱基础等方式。随着我国经济的不断发展，桥梁深水基础施工朝着水深更深，流速更大发展，具有较大结构刚性、施工方便并能承受较大水压的双壁钢围堰得到了广泛应用。

2、双壁钢围堰的堰壁钢壳是由有加劲肋的内外壁板和若干层水平桁架所组成，水平桁架的间距根据围堰灌水下沉和围堰内抽水各阶段的水头压力计算，为1.0～1.4m不等。双壁钢围堰一般用以配合深水中的大直径钻孔群桩基础施工，双壁钢围堰法修筑基础即为浮式(着床型与非着床型)沉井加钻孔基础，钢沉井只起施工围堰的作用，不参与主体结构受力、其基底不采取大面积清理基底淤泥方式，而是钻孔嵌入岩石。围堰内无支撑体系，工作面开阔，吸泥下沉、清基钻孔、灌注水下混凝土均很方便。钢围堰在施工中仅仅起临时围堰作用，工程完成到一定阶段后进行水下切割拆除回收，可以进行重复利用，下部不能切除部分可以对钻孔桩基础起到保护作用，可以防止因河床变迁引起的基础冲刷和对风化岩的破坏。

3、但在实际施工中，峡谷库区钢围堰由于受到风流、水流等因素的影响，将会对钢围堰产生一个侧向力，导致钢围堰容易发生滑移，并且钢围堰定位钢丝绳在高速水流冲击下，存在摇摆、受力不均的情况。

4、因此，对于深水基础施工过程中的钢围堰下放，如何提高钢围堰下放过程的稳定性，保证钢围堰精准下放，是目前钢围堰精准定位施工亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述情况的不足，本发明提供了一种钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的系统及方法，通过卷扬机控制拉揽下放钢围堰，并及时调整拉揽的的出绳速度以对钢围堰进行纠偏，提高下放过程的稳定性和效率，同时具备预警功能，从而有效避免钢围堰在下放过程中倾斜出现的安全问题。

2、为了实现上述目的，本发明具体技术方案如下：

3、一种钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的系统，其特征在于，包括位于待下放钢围堰的河道两侧分别安装的多组混凝土锚定块，每组混凝土锚定块安装有终端控制模块、两个卷扬机和每个所述卷扬机前方对应的导向轮，钢围堰顶端四角均设置有用于监测钢围堰倾斜角度的钢围堰倾角传感器，且钢围堰顶端和底端四角处均焊接有固定孔，所述卷扬机包括第一卷扬机和第二卷扬机，所述第一卷扬机通过拉揽穿过所述导向轮与钢围堰顶端的固定孔连接，所述第二卷扬机通过拉揽穿过所述导向轮并于钢围堰底端的固定孔连接，所述拉揽与卷扬机传动连接，所述导向轮处安装有用于监测连接在第一卷扬机和第二卷扬机的拉揽的缆绳出绳夹角的缆绳倾角传感器；终端控制模块用于根据所述缆绳倾角传感器得到的缆绳出绳夹角和所述钢围堰倾角传感器得到的钢围堰四角处的倾斜角度，对卷扬机拉揽的出绳速度进行控制，实现对钢围堰的下放过程进行纠偏控制和预警。

4、上述的钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的系统中，作为优选方案，所述缆绳倾角传感器包括水平红外线倾角传感器、斜向红外线倾角传感器和夹角监测器；水平红外线倾角传感器用于沿水平方向发射红外线，斜向红外线倾角传感器用于沿缆绳出绳方向发射红外线，夹角监测器用于监测该两条红外线之间的夹角并进行输出。

5、上述的钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的系统中，作为优选方案，所述拉揽包括端部固定连接在钢围堰顶端固定孔的第一缆绳和端部固定连接在钢围堰底端固定孔的第二缆绳。

6、上述的钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的系统中，作为优选方案，所述终端控制模块包括信号接收器和集中处理器；

7、所述信号接收器用于采集所述缆绳倾角传感器得到的缆绳出绳夹角和所述钢围堰倾角传感器得到的钢围堰四角处的倾斜角度，并将所述缆绳出绳夹角和钢围堰四角处的倾斜角度传输至集中处理器；

8、所述集中处理器用于依据所述信号接收器中所述钢围堰倾角传感器得到的钢围堰四角处的倾斜角度，判断所述钢围堰四角处的倾斜角度是否超过预设偏移阈值，并在判定超过预设偏移阈值时，将所述信号接收器采集的所述缆绳倾角传感器得到的缆绳出绳夹角进行分析处理后，得到分析处理结果并向卷扬机发送出绳、收绳以及停止的指令，控制卷扬机拉揽的出绳速度，并发出预警。

9、响应的，本发明还提供了一种钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的方法，包括以下步骤：

10、s1、集中处理器控制第一卷扬机通过第一缆绳下放钢围堰，信号接收器采集通过钢围堰倾角传感器和缆绳倾角传感器，对钢围堰四角处的位置信息和缆绳出绳夹角进行实时采集，得到当前时刻钢围堰四角处的倾斜角度和缆绳出绳夹角；

11、s2、将采集到的当前时刻的实时数据经信号接收器传输至集中处理器，集中处理器根据所述当前时刻钢围堰四角处的倾斜角度判断钢围堰是否发生倾斜，若钢围堰四角处的倾斜角度为零，则执行步骤s3；若钢围堰四角处的倾斜角度不为零，则执行步骤s4；

12、s3、按照预设的数据采集时间间隔，将下一数据采集时刻作为当前时刻，返回步骤s1；

13、s4、集中处理器根据信号接收器采集的所述缆绳倾角传感器得到的缆绳出绳夹角，控制第一卷扬机与第二卷扬机，调整第一缆绳与第二缆绳的出绳速度，进行预警及纠偏；

14、s5、继续对钢围堰执行下放施工，并重复上述步骤s1～s4，直至完成钢围堰下放。

15、上述的钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的方法中，作为优选方案，步骤s4中，所述预警及纠偏包括以下步骤：

16、s401、集中处理器判断当前时刻所述钢围堰四角处的倾斜角度是否超过预设偏移阈值，当小于或等于预设偏移阈值时，则执行步骤s402；当大于预设偏移阈值时，则执行步骤s403；

17、s402、集中处理器根据当前时刻的缆绳倾角传感器得到的缆绳出绳夹角，并控制相应第一卷扬机的第一缆绳出绳速度，在下一数据采集时刻到来前，调整钢围堰顶部标高差，使得钢围堰四角处的倾斜角度为零，当前时刻的纠偏环节结束；

18、s403、集中处理器发出预警，停止第一卷扬机的第一缆绳出绳，并根据当前时刻的缆绳倾角传感器得到的缆绳出绳夹角，通过控制相应第二卷扬机的第二缆绳出绳速度，拉动钢围堰底部，在下一数据采集时刻到来前，调整钢围堰顶部标高差，使得钢围堰四角处的倾斜角度为零，当前时刻的预警纠偏环节结束。

19、上述的钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的方法中，作为优选方案，步骤s402中，所述钢围堰顶部标高差通过如下方程式计算完成：

20、在当前时刻为第j个数据采集时刻时，钢围堰其中两个顶角的竖向位移分别为aj、bj，其中钢围堰一个顶角的竖向位移为aj＝stjcosαj，钢围堰另一个顶角的竖向位移为bj＝stjcosβj，则所述钢围堰顶部标高差为：

21、δx＝stjcosαj-stjcosβj；

22、式中，δx为钢围堰顶部标高差，αj、βj分别为在第j个数据采集时刻对应卷扬机的缆绳出绳夹角，tj为第j个数据采集时刻，s为混凝土锚定块到钢围堰的垂直距离。

23、上述的钢围堰下放过程中倾斜预警纠偏的方法中，作为优选方案，步骤s4中，根据所述钢围堰顶部标高差，所述调整第一缆绳与第二缆绳的出绳速度，进行预警及纠偏通过如下方程式计算完成：

24、所述竖向位移为aj的顶角对应的卷扬机的拉揽的出绳速度为：

25、

26、所述竖向位移为bj的顶角对应的卷扬机的拉揽的出绳速度为：

27、

28、式中，i为钢围堰的其中一个顶角，i＝1，2，3，4，i’为除上一顶角的另一顶角，j为钢围堰下放过程的第j个数据采集时刻，l(i，j-1)为第i个顶角第j-1个数据采集时刻的拉揽长度，l(i’，j-1)为除上一顶角的另一个顶角在j-1个数据采集时刻的拉揽长度，αj-1、βj-1分别为在第j-1个数据采集时刻对应卷扬机的缆绳出绳夹角，t为预设的数据采集时间间隔。

29、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

30、本发明在钢围堰下放过程中，通过将施工时的风流、水流等因素对钢围堰定位施工的影响，综合转换为拉揽长度以及拉揽出绳速度的影响，根据缆绳倾角传感器精确测量得到拉揽出绳夹角以及钢围堰倾角传感器对钢围堰四角处的倾斜角度的监测结果，分析处理后与预设偏移阈值比较，进而控制卷扬机调整拉揽出绳速度，完成纠偏。