古船整体打捞中端板纵梁的变形.pdf

收稿日期:修回日期:录用日期:基金项目:上海市科技创新行动计划社会发展科技攻关项目(D Z )作者简介:周东荣(),教授级高级工程师,主要从事打捞及海洋工程研究;E m a i l:z d r c o e s c n 文章编号:()S D O I:/j c n k i j s j t u S 古船整体打捞中端板纵梁的变形周东荣,朱小东,魏良孟,蒋哲庄欠伟,袁一翔,张弛,袁玮皓(交通运输部上海打捞局,上海 ,上海隧道工程有限公司,上海 )摘要:针对古沉船整体打捞工程,利用分布式光纤传感技术替代常规的变形监测手段,在“端板纵梁”框架整体下放过程中对纵梁和端板进行变形监测监测结果表明:“端板纵梁”下放全过程中,端板的变形控制在 mm内,变形量可以忽略;受定位桩与“端板纵梁”间摩擦力的影响,纵梁最大变形量为 mm;对定位桩打磨切割可有效减小纵梁变形量,纵梁最终变形量约为 mm关键词:沉船;光纤监测;整体打捞;变形监测中图分类号:TU 文献标志码:AD e f o r m a t i o no f L o n g i t u d i n a lB e a mo fE n dP l a t e f o rI n t e g r a lS a l v a g eo fA n c i e n tS h i p sZHO UD o n g r o n g,ZHUX i a o d o n g,WE IL i a n g m e n g,J I ANGZ h eZHU ANGQ i a n w e i,Y U ANY i x i a n g,ZHANGC h i,Y U AN W e i h a o(S h a n g h a iS a l v a g eo f t h eM i n i s t r yo fT r a n s p o r t,S h a n g h a i ,C h i n a;S h a n g h a iT u n n e lE n g i n e e r i n gC o,L t d,S h a n g h a i ,C h i n a)A b s t r a c t:F o rt h ei n t e g r a ls a l v a g ep r o j e c to fa n c i e n ts u n k e ns h i p s,t h ed i s t r i b u t e do p t i c a lf i b e rs e n s i n gt e c h n o l o g y i su s e d i n s t e a do f c o n v e n t i o n a ld e f o r m a t i o nm o n i t o r i n gm e t h o d st om o n i t o r t h ed e f o r m a t i o no ft h el o n g i t u d i n a lb e a ma n de n dp l a t ed u r i n gt h eo v e r a l ll o w e r i n gp r o c e s so ft h e“e n dp l a t el o n g i t u d i n a lb e a m”f r a m e T h em o n i t o r i n gr e s u l t ss h o wt h a td u r i n gt h ee n t i r ep r o c e s so fl o w e r i n gt h e“e n dp l a t el o n g i t u d i n a lb e a m”,t h ed e f o r m a t i o no ft h ee n dp l a t ei sc o n t r o l l e dw i t h i n mm,a n dt h ed e f o r m a t i o na m o u n t c a nb e i g n o r e d D u et ot h ef r i c t i o nb e t w e e nt h ep o s i t i o n i n gp i l ea n dt h e“e n dp l a t el o n g i t u d i n a lb e a m”,t h em a x i m u md e f o r m a t i o no f t h e l o n g i t u d i n a l b e a mi s mm G r i n d i n ga n dc u t t i n g t h ep o s i t i o n i n gp i l ec a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h ed e f o r m a t i o no ft h el o n g i t u d i n a lb e a m,a n dt h ef i n a ld e f o r m a t i o no ft h el o n g i t u d i n a lb e a mi sa b o u t mmK e yw o r d s:w r e c k;o p t i c a l f i b e rm o n i t o r i n g;i n t e g r a l s a l v a g e;d e f o r m a t i o nm o n i t o r i n g在水下打捞领域,沉船打捞相较于沉船爆破和沉船分割而言,具有无可比拟的优越性 ,但国内外关于此项技术研究尚未完备,沉船整体打捞仍是一项复杂、高水平的技术工艺水下沉船打捞由于是在海上作业,不仅人工、机械作业难度上涨,并且常规的测量手段也受到极大第 卷 增刊 年 月上 海 交 通 大 学 学 报J OUR NA LO FS HAN GHA I J I AOT ON GUN I V E R S I T YV o l S u p O c t 增刊周东荣,等:古船整体打捞中端板纵梁的变形 的影响传统的变形监测手段在面对海上作业的环境存在效率不高、抗干扰能力弱、系统化程度较低等问题,而分布式光纤传感技术具有灵敏度高、可连续监测、测量便捷、适应性强等优势 ,可以克服传统监测方式的弊端本文依托于“长江口二号”沉船打捞工程,利用分布式光纤传感技术在“端板纵梁”框架整体下放过程中对纵梁和端板进行变形监测,以便实时获取纵梁和端板的变形情况,保证端板纵梁组合体的安全到位,为后续管节施工提供精度保障工程背景 古船概况 年月,上海市文物保护研究中心在长江口横沙岛附近发现“长江口二号”古沉船,经过多年的探摸和调查,确定“长江口二号”沉船是目前国内发现体量最大、保存最为完整的古代木船(见图)“长江口二号”古沉船的整体打捞工作于 图“长江口二号”探测图F i g E x p l o r a t i o no f“Y a n g t z eR i v e rE s t u a r yI I”年正式开展,采用国际首创的曲线顶管底幕法进行整体打捞 工法概况曲线顶管底幕工法融合了曲线顶管、管幕法等技术核心,如图所示主要步骤包含:在沉船四角打入定位桩;下沉纵梁和端板;完成首根弧形梁的顶进;依次顶进 根弧形梁管节图曲线顶管底幕法主要步骤F i g C u r v e dp i p e j a c k i n gm e t h o d监测装置监测采用光纤对端板和纵梁进行监测,O S I S光纤监测设备(见图)是一种基于光频域反射技术(O F D R)分布式光纤传感技术的监测设备,可对物体因温度、受力等原因产生应变进行高精度的监测,空间分辨率达mm,极易进行大规模传感器阵列的布设设备同时还配备有光纤熔接机、尾端反射消除器等配套设备,如图所示图O S I S光纤监测设备F i g O S I So p t i c a l f i b e rm o n i t o r i n ge q u i p m e n t 上海交通大学学报第 卷图配套设备F i g S u p p o r t i n ge q u i p m e n t光纤的主要测量原理是基于瑞利散射频移,由于光纤制造工艺中因折射率分布不均而存在特定瑞利散射频谱分布,当光纤某位置受温度或应变影响导致出现瑞利散射频移,而频移量与温度和应变呈线性关系,所以光纤可以精准地测量并计算产生的应变,同时还可以通过专用算法测量位移、形变,主要参数如表所示表光纤设备主要参数T a b M a i np a r a m e t e r so fo p t i c a l f i b e rd e v i c e参数取值测量范围/m 最高分辨率/mm应变测量范围 应变测量精度 温度测量范围/温度测量精度/光纤布置端板和纵梁在下放过程中会穿越青灰泥层和铁板砂层,其中铁板砂层质地较硬单根纵梁长度为 m,端板高度为m,因此为保证下放过程中对于“端板纵梁”框架整体变形的监测,在端板和纵梁上布置光纤进行监测 端板光纤布置试验中 mm紧包光缆采用U型布设方式在有“长江口二号古船整体迁移”字样的端板上共布设个U型(有字侧),端板外侧个,内侧个,如图(a)所示在无字样的端板上同样布设个U型(无字侧),如图(b)所示图端板光纤布置方式F i g L a y o u to fo p t i c a l f i b e ro f e n dp l a t e 纵梁光纤布置纵梁作为连接端板的构件,共有根,由于其跨度较长,在下放过程中极易产生变形,故作为本次监测的重点每根纵梁布置根光纤,布置位置见图 增刊周东荣,等:古船整体打捞中端板纵梁的变形 图纵梁光纤布置方式F i g L a y o u to fo p t i c a l f i b e ro f l o n g i t u d i n a lb e a m光纤监测结果分析“端板纵梁”整体框架下放时间共计天,由于时间跨度较长,测量数据较多,所以只选取关键节点数据进行分析 端板监测结果分析端板整体的变形较为稳定,在下放全过程中,变形基本上控制在 mm内,变形量可以忽略(见表)表端板变形监测数据T a b D e f o r m a t i o nm o n i t o r i n gd a t ao f e n dp l a t e工况无字侧变形量/mm有字侧变形量/mm入泥m 入泥m 入泥m 入泥m 入泥m 入泥m 入泥m 下放到位 纵梁监测结果分析“端板纵梁”下放时,以测量位置来看,其下放状态与图(a)的状态位置一致,因此在分析过程中,将近船端的梁定义为左侧梁,远船端的梁定义为右侧梁 入泥m顶梁出现明显的变形(变形量为 mm),各纵梁变形数据如图所示其中,左侧纵梁的变形趋势相同,为向下弯曲,但是数值差异较大,其中左侧外梁变形峰值约 mm,左侧内梁峰值约mm右侧纵梁变形趋势与左侧纵梁变形趋势不同,但是右侧内梁和右侧外梁变形趋势与数值均较为接近,为非对称向上弯曲,峰值约mm造成此现象的原因可能是下放过程中,因吊机难以保证框架水平而产生了倾斜,导致两侧纵梁受力不均,也有可能是水下地形不均匀所致图入泥m光纤数据F i g D a t ao f mo p t i c a l f i b e r i nm u d 入泥m各纵梁变形均明显增大,趋势较之前没有明显变化左侧外梁峰值约为 mm左侧内梁和右侧外梁峰值约为mm右侧内梁峰值约为mm(见图)入泥m受潮水和机械外力的影响,右侧外梁的光纤遭到损坏,无法继续进行监测纵梁变形峰值已经达到 mm(见图),通过潜水探摸初步可确定这是因为定位桩与“端板纵梁”间的摩擦力过大导致的后续通过对定位桩打磨切割,成功使得变形回弹至 mm(见图)上海交通大学学报第 卷图入泥m光纤数据F i g D a t ao f mo p t i c a l f i b e r i nm u d图入泥m未打磨前光纤数据F i g D a t ao f mo p t i c a l f i b e rb e f o r ep o l i s h i n g图 入泥m打磨后光纤数据F i g D a t ao fo p t i c a l f i b e ra f t e rg r i n d i n gmi n t om u d 下放到位光纤持续受到潮水和机械外力的影响,右侧光纤完全损坏,最终依据左侧光纤数值分析,当“端板纵梁”下放到位时,纵梁的变形控制在 mm以内(见图)图 下放到位后光纤数据F i g D a t ao fo p t i c a l f i b e ra f t e rp l a c e m e n t 结论()“端板纵梁”下放全过程中,端板的变形控制在 mm内,变形量可以忽略()受定位桩与“端板纵梁”间摩擦力的影响,纵梁最大变形量为 mm()对定位桩打磨切割可有效减小纵梁变形量,纵梁最终变形量约为 mm参考文献:聂亮冰南 海号 打捞 工 程 方 案 选 优 与 实 施 控 制D广州:华南理工大学,N I EL i a n g b i n g S c h e m es e l e c t i o na n d i m p l e m e n t a t i o nc o n t r o l o fN a n h a iN o s a l v a g ep r o j e c tD G u a n g z h o u:S o u t hC h i n aU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,弓永军,张增猛打捞工程M大连:大连海事大学出版社,G ONGY o n g j u n,Z HAN GZ e n g m e n g S a l v a g eo p e r a t i o nMD a l i a n:D a l i a n M a r i t i m eU n i v e r s i t yP r e s s,姚宗,王伟平,蒋岩,等液压吊力缓冲系统在“世越号”打捞工程中的作用评估J大连海事大学学报,():YA OZ o n g,WAN G W e i p i n g,J I ANG Y a n,e ta lF u n c t i o n a l e v a l u a t i o no fh y d r a u l i ct e n s i o nb u f f e rs y s t e mi nS EWO Ls a l v a g ep r o j e c tJ J o u r n a lo fD a l i a nM a r i t i m eU n i v e r s i t y,():刘靖用于沉船打捞的液压提升装置同步控制研究D哈尔滨:哈尔滨工程大学,L I UJ i n g S t u d yo ns y n c h r o n o u sc o n t r o lo fh y d r a u l i cl i f t i n gd e v i c e f o r s h i p w r e c ks a l v a g eD H a r b i n:H a r b i nE n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y,吉晓朋,张志创,李克,等分布式光纤监测技术在基坑监测中的应用J中原工学院学报,():J IX i a o p e n g,Z HANGZ h i c h u a n g,L IK e,e t a lA p p l i c a t i o no fd i s t r i b u t e do p t i c a l f i b e rm o n i t o r i n gt e c h n o l o g yi nf o u n d a t i o np i tm o n i t o r i n gJJ o u r n a lo fZ h o n g y u a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,():张中流,何宁,何斌,等基于分布式光纤传感技术的结构受力测量新方法J仪器仪表学报,():Z HAN GZ h o n g l i u,HE N i n g,HEB i n,e ta lN e wm e t h o dt om e a s u r e s t r u c t u r e s t r e s sb a s e do nd i s t r i b u t e do p t i c a lf i b e rt e c h n o l o g yJC h i n e s eJ o u r n a lo fS c i e n t i f i c I n s t r u m e n t,():马斌斌软土基坑桩锚组合结构现场试验研究及数增刊周东荣,等:古船整体打捞中端板纵梁的变形 值模拟分析D南京:南京理工大学,MAB i n b i n F i e l d t e s t s t u d ya n dn u m e r i c a l s i m u l a t i o na n a l y s i so fp i l e a n c h o r c o m p o s i t es t r u c t u r e i ns o f t s o i lf o u n d a t i o np i tD N a n j i n g:N a n j i n g U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,刘永莉分布式光纤传感技术在边坡工程监测中的应用研究D杭州:浙江大学,L I U Y o n g l i R e s e a r c ho na p p l i c a t i o no fd i s t r i b u t e do p t i c a l f i b e rs e n s i n gt e c h n o l o g yi ns l o p ee n g i n e e r i n gm o n i t o r i n gDH a n g z h o u:Z h e j i a n g U n i v e r s i t y,