CN103926168B - 海水密度实时监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海水密度实时监测系统及监测方法，尤其涉及一种用于在管节初步拉合作业中实时监测两管节间海水密度变化的系统及监测方法；该系统包括监测器和与之连接的中央处理器；所述监测器设置在管节端封门上，所述中央处理器设置在安装船上。本发明采用监测器的设计；可在拉合作业过程中进行实时的止水密闭性测定，通过监测端封门上各高度位置间的压力差值，配以中央处理器换算出两管节间海水平均密度值，并以此对止水密闭性进行测定，使得管节拉合更加充分，有效保证了拉合后的两管节间接合腔的止水密闭性；同时，省去了人工测量的步骤，有保证了操作人员的人身安全；加快了施工进度，节省了施工成本，提高了工作效率。

Description

海水密度实时监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及一种海水密度实时监测系统及监测方法，尤其涉及一种用于在管节初步拉合作业中实时监测两管节间海水密度变化的系统及监测方法；该监测系统可根据海水密度变化测定两管节间的止水密闭性从而指导管节拉合作业。

背景技术

在目前海底隧道工程中管节水下对接作业是很重要一环，也是整个海底隧道工程的难点所在；由于受水下环境影响，水下作业具有很多不确定性，其施工难度也相当大，尤其是需要工作人员潜水作业完成对接；因此，因对接失误导致的施工进度慢，水下作业时间长不仅大大增加了施工成本而且也会对工作人员的人身安全产生威胁；对于施工方来说如何在最短时间内快速、精确的完成管节对接作业，是急待解决的问题；具体地说，在现有的管节水下对接作业中，利用拉合装置对两管节进行拉合作业是常规手段，但是如何将两管节对接的更加紧密，也就是如何保证两管节间GINA止水带充分压缩，是拉合作业中的难点；在进行GINA止水带压缩过程中，由于受到管节间接合腔内水压影响，两管节越靠近，GINA止水带压缩的阻力就会越大；当腔内水压等于拉合力时，GINA止水带就无法继续压缩，导致压缩不充分，严重影响接合腔的止水密闭性；这就需要操作人员在拉合作业过程中不断监测止水密闭性，以作为控制接合腔内排水的依据，逐步实现GINA止水带充分压缩直至完成拉合作业；但是，该种检测方法费时费力，不能做到实时监测，且由于管节处于水下，这会使操作人员人身安全存在隐患；

因此，针对上述问题急需提供一种新的海水密度实时监测系统及监测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种海水密度实时监测系统及监测方法，该监测系统及监测方法通过监测器和中央处理器实现在管节初步拉合作业中实时监测两管节间止水密闭性并以此指导管节拉合作业的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种海水密度实时监测系统，该系统包括监测器和与之连接的中央处理器；所述监测器设置在管节端封门上，所述中央处理器设置在安装船上。

所述管节端封门上至少设置三个监测器。所述监测器与已安管节尾端的端封门上预先标定的监测点位对应设置。

所述监测器分别设置在端封门的上部、中部和下部。

所述中央处理器包括监测信号接收端和数据处理器，所述监测信号接收端与所述监测器连接，所述数据处理器与所述监测信号接收端连接。

一种应用上述其中之一所述监测系统实现的监测方法，该监测方法包括以下步骤：

S1、监测器实时获取端封门上各监测点位的感压信号；

S2、监测器将监测获取的各感压信号上传给中央处理器；

S3、中央处理器计算出水密度平均值；

S4、操作人员根据水密度平均值测定止水密闭性。

所述步骤S2中还包括如下步骤：

S21、监测器将感压信号上传给监测信号接收端；

S22、监测信号接收端将各感压信号分别编辑成压力值；

S23、监测信号接收端将各压力值发送至数据处理器。

所述步骤S3中还包括数据处理器将各压力值汇总并通过公式计算出水密度平均值的步骤。

所述步骤S4还包括以下步骤：

S41、数据处理器根据多次监测所得的多个水密度平均值建立密度实时变化曲线坐标；

S42、数据处理器将密度实时变化曲线坐标编辑成密度实时变化曲线图并通过图像显示器加以显示；

S43、操作人员根据密度实时变化曲线图测定管节接合腔在拉合作业中止水密闭性。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

1、本发明采用监测器的设计；可在拉合作业过程中进行实时的止水密闭性测定，通过监测端封门上各高度位置间的压力差值，配以中央处理器换算出两管节间海水平均密度值，并以此对止水密闭性进行测定，使得管节拉合更加充分，有效保证了拉合后的两管节间接合腔的止水密闭性；同时，省去了人工测量的步骤，有保证了操作人员的人身安全；加快了施工进度，节省了施工成本，提高了工作效率。

2、本发明采用中央处理器的设计；不仅可控制监测系统自动完成监测任务，而且还可将多次监测的水密度平均值以密度实时变化曲线图的形式展现出来，方便操作人员更直观的进行止水密闭性测定，并以此指导拉合作业的顺利完成。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明监测系统的结构示意图（局部剖视图）；

图2是本发明监测系统中各装置的连接框图；

图3是本发明监测方法的步骤框图。

具体实施方式

参见图1、图2所示，本发明的海水密度实时监测系统，该系统包括用于实时监测管节间海水密度变化的监测器1和与之连接的中央处理器。本实施例中所述监测器设置在已安管节2的端封门3上，当然，根据实际施工需要，监测器也可以设置在待安管节4的端封门5上；所述中央处理器设置在安装船上。本发明采用监测器的设计；可在拉合作业过程中进行实时的止水密闭性测定，通过监测端封门上各高度位置间的压力差值，配以中央处理器换算出两管节间海水平均密度值，并以此对止水密闭性进行测定，使得管节拉合更加充分，有效保证了拉合后的两管节间接合腔的止水密闭性；同时，省去了人工测量的步骤，有保证了操作人员的人身安全；加快了施工进度，节省了施工成本，提高了工作效率。

本实施例中所述管节端封门上设置三个监测器；所述监测器与已安管节尾端的端封门上预先标定的监测点位对应设置。本实施例中所述监测器分别设置在端封门的上部、中部和下部；本实施例中所述监测器是一个水压传感器，所述水压传感器通过安装架6与端封门固定，所述监测器的探测头伸出端封门，用于分别监测端封门外端面上部、中部和下部各监测点位的海水压力。

所述中央处理器包括用于接收感压信号的监测信号接收端和用于计算和图像处理的数据处理器，所述监测信号接收端与所述监测器连接，所述数据处理器与所述监测信号接收端连接。

所述中央处理器还包括用于显示密度实时变化曲线图的图像显示器和用于随时存储和调用各监测点位压力值、水密度平均值和密度实时变化曲线图的数据存储器；所述图像显示器和数据存储器分别与所述数据处理器连接；所述中央处理器还包括与数据处理器连接的拉合装置控制端；该拉合装置控制端可用于发送拉合装置控制指令，以控制拉合装置进行管节拉合作业。本发明采用中央处理器的设计；不仅可控制监测系统自动完成监测任务，而且还可将多次监测的水密度平均值以密度实时变化曲线图的形式展现出来，方便操作人员更直观的进行止水密闭性测定，并以此指导拉合作业的顺利完成。

本实施例中所述预先标定的监测点位是指预先标定在端封门上不同高度的水压监测位，本发明中的监测系统通过采集这些水压监测位的压力值，计算出相邻两水压监测位间的压差值，再将该压力差值代入如下公式即可得到高度相邻两水压监测位间的水密度平均值；如预先标定三个以上监测点位，采集三个水压监测位的压力值，则会计算出高度相邻两监测器间水密度平均值；如要取得两管节间水密度平均值，则只需将高度相邻两监测器间水密度平均值相加除以2即可。

△P=ρ×g×△h

其中，△P为高度相邻两水压监测位间的压差值；g重力加速度；△h为高度相邻两水压监测位间的高度差；ρ为高度相邻两水压监测位间的水密度平均值。

本实施例中通过监测器在管节拉合作业中不断实时监测水密度平均值，操作人员可根据不同监测时间的水密度平均值变化对管节拉合作业中两管节间接合腔的止水密闭性进行测定，从而实现对管节拉合作业的控制，直至两管节拉合对接完毕。

本实施例中所述管节拉合作业分为两阶段：1、将待安管节拉向已安管节尾端直至GINA止水带鼻尖7初步接触。2、将GINA止水带鼻尖充分压缩，直至待安管节与已安管节充分接合，形成接合腔8。其中，在进行第二阶段时，利用本发明的监测系统通过设在已安管节尾端端封门上的监测器监测接合腔内水压，并计算腔内水密度平均值；当在拉合作业中接合腔内水密度平均值超过止水密闭性要求时，会导致腔内水密度平均值增大，此时停止拉合，将接合腔内的水少量、受控的排出，待腔内水密度平均值降低到符合拉合要求时，则继续对待安管节进行拉合；重复进行上述拉合、排水的过程，直至腔内水密度平均不再明显变化为止，此时拉合作业完成。

参见图3所示，本发明的海水密度实时监测方法，该监测方法包括以下步骤：

监测器实时获取端封门上各监测点位的感压信号的步骤；

监测器将每一次监测获取的各感压信号上传给中央处理器：监测器将感压信号上传给监测信号接收端；监测信号接收端将各感压信号分别编辑成压力值；监测信号接收端将各压力值发送至数据处理器。

中央处理器计算出水密度平均值：数据处理器将各压力值汇总并通过公式分别计算出各高度相邻两监测器间水密度平均值；数据处理器根据高度相邻两监测器间水密度平均值计算出两管节间水密度平均值。

操作人员根据拉合作业中多次监测获取的两管节间水密度平均值测定止水密闭性：数据处理器根据多次监测所得的多个两管节间水密度平均值建立密度实时变化曲线坐标；数据处理器将密度实时变化曲线坐标编辑成密度实时变化曲线图并通过图像显示器加以显示；操作人员根据密度实时变化曲线图测定管节接合腔在拉合作业中的止水密闭性；操作人员将根据测定所编辑的管节拉合指令输入到数据处理器；数据处理器将管节拉合指令发送至拉合装置控制端；拉合装置控制端根据管节拉合指令通过操控拉合装置实现对管节拉合作业的整体控制。

Claims (7)

1.一种海水密度实时监测系统，其特征在于：该系统包括监测器和与之连接的中央处理器；所述监测器设置在管节端封门上，所述中央处理器设置在安装船上；

所述管节端封门上至少设置三个监测器，所述监测器与已安管节尾端的端封门上预先标定的监测点位对应设置。

2.根据权利要求1所述海水密度实时监测系统，其特征在于：所述监测器分别设置在端封门的上部、中部和下部。

3.根据权利要求2所述海水密度实时监测系统，其特征在于：所述中央处理器包括监测信号接收端和数据处理器，所述监测信号接收端与所述监测器连接，所述数据处理器与所述监测信号接收端连接。

4.一种应用权利要求1-3其中之一所述的海水密度实时监测系统实现的监测方法，其特征在于：该监测方法包括以下步骤：

S1、监测器实时获取端封门上各监测点位的感压信号；

S2、监测器将监测获取的各感压信号上传给中央处理器；

S3、中央处理器计算出水密度平均值；

S4、操作人员根据水密度平均值测定止水密闭性。

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于：所述步骤S2中还包括如下步骤：

S21、监测器将感压信号上传给中央处理器的监测信号接收端；

S22、中央处理器的监测信号接收端将各感压信号分别编辑成压力值；

S23、中央处理器的监测信号接收端将各压力值发送至中央处理器的数据处理器。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：所述步骤S3中还包括中央处理器的数据处理器将各压力值汇总并通过公式计算出水密度平均值。

7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：所述步骤S4还包括以下步骤：

S41、中央处理器的数据处理器根据多次监测所得的多个水密度平均值建立密度实时变化曲线坐标；

S42、中央处理器的数据处理器将密度实时变化曲线坐标编辑成密度实时变化曲线图并通过图像显示器加以显示；

S43、操作人员根据密度实时变化曲线图测定管节接合腔在拉合作业中止水密闭性。