摘要：本文主要介紹針對南昌紅谷隧道工程江中段沉管浮運、沉放安裝監(jiān)測技術方法，采用RTK定位與姿態(tài)儀監(jiān)測技術相結合，實現(xiàn)實時監(jiān)測沉管的三維姿態(tài)信息。開發(fā)沉管浮運施工監(jiān)測系統(tǒng)軟件，指導沉管浮運及水下對接。

關鍵詞：南昌紅谷隧道；沉管浮運；沉管沉放水下對接；RTK；拉力儀；姿態(tài)儀；沉管浮運施工監(jiān)測系統(tǒng)軟件

1、引言

南昌紅谷隧道主線長2650米，工程總投資42.2億元。管段浮運航道總長度為8510米，穿過生米大橋、朝陽大橋、南昌大橋三座大橋。江中沉管長為1305米，共分12節(jié)，管節(jié)外寬30米，外高8.3米，管節(jié)長度分為115米與90米兩種。115米長管節(jié)重約2.5萬噸，90米長管節(jié)重約2萬噸，沉管管底最低標高為-7.726米。為了安裝南昌紅谷隧道沉管，必須對浮運、安裝過程進行精密測量和監(jiān)測，以確定沉管浮運、安裝過程的拖輪拉力大小、精確位置和姿態(tài)。筆者根據(jù)工程需要和工程特點，采用RTK定位技術、姿態(tài)監(jiān)控技術、拉力監(jiān)控技術、數(shù)字電臺傳輸技術、開發(fā)出沉管浮運施工監(jiān)測系統(tǒng)軟件，通過可視化模擬軟件，指導沉管浮運和水下對接。

2、沉管浮運、沉放定位的主要技術要求及難點

沉管浮運定位的主要要求沉管不能偏離浮運中心航線10cm，沉管安裝定位的主要要求如下：沉管管段首端（與前一塊對接端）稱為A端，末端稱為B端。AB端的定位精度應達到±3cm。這一定位精度對水下定位的要求是相當高的，目前單純的水下聲學定位是無法實現(xiàn)的。

在沉管浮運、安裝過程中要實時監(jiān)測其沉管的坐標，航向，航速，及拖輪的坐標、航向，航速，錨鏈的拉力大小等信息，從而指導浮運及安裝。

3、監(jiān)測的基本思路

在分析研究南昌市紅谷隧道工程項目的技術文件及測區(qū)已有資料的基礎上，精心組織，優(yōu)化設計，既考慮到利用現(xiàn)代先進設備和技術進行施工，又要兼顧到現(xiàn)場施工條件，將采用沉管浮運施工監(jiān)測系統(tǒng)。沉管浮運施工監(jiān)測系統(tǒng)由控制中心、沉管導航中心、拖輪導航中心及實況顯示中心四部分組成。（如下圖所示）

系統(tǒng)示意圖

在沉管測量塔兩端各安裝一套RTK GPS，在沉管里安裝傾斜儀，這樣得到沉管的三維坐標及傾斜角度，數(shù)據(jù)直接顯示在本中心電腦上，同時通過數(shù)據(jù)鏈將數(shù)據(jù)發(fā)到控制中心；在每條拖輪上安裝定位定向儀DGPS及拉力計，每條拖輪可以顯示自己的坐標及拉力，也將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心。控制中心的數(shù)據(jù)采集器將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理后傳送到沉管導航中心和拖輪導航中心以及實況顯示中心，因此每個中心的電腦不但可以顯示自己的數(shù)據(jù)，也將同時顯示其他拖輪及沉管的坐標方位。

3.1 RTK原理

RTK基站架設在隧址附近樓頂固定位置，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號，并將測站坐標、觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送出去，沉管上的接收機在跟蹤GPS衛(wèi)星信號的同時接收來自基準站的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊使用動態(tài)差分定位的方式確定出流動站相對應基準站的位置，然后根據(jù)基準站的坐標求得自己的精確坐標高程。

3.2拖輪導航中心

為了得到拖輪的實時位置信息，將在拖輪頂部安裝一套定位定向儀DGPS，DGPS數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)匠凉芨∵\施工監(jiān)測系統(tǒng)軟件中并實時顯示自己的坐標航向，再通過發(fā)射電臺將數(shù)據(jù)傳送到控制中心，經(jīng)控制中心數(shù)據(jù)合成后再由控制中心發(fā)射電臺將數(shù)據(jù)傳送出去，其它拖輪上的接收電臺將數(shù)據(jù)接受并傳送到沉管浮運施工監(jiān)測系統(tǒng)軟件中，因此每條拖輪不僅能顯示自己的坐標航向，也可以顯示其他拖輪的坐標航向。

3.3 沉管導航中心

沉管位置需要高精度監(jiān)測，所以要安裝兩臺高精度GPS，其中一臺作為定位，另外一臺作為定向，來監(jiān)控沉管的坐標與航向，傾斜儀可以監(jiān)測沉管的傾斜角度，拉力計用來監(jiān)測拖輪纜繩的受力情況，以上數(shù)據(jù)都將實時顯示在本中心電腦上，同時將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，控制中心經(jīng)過處理后將數(shù)據(jù)發(fā)送到其他中心電腦端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3.4 控制中心

控制中心主要由多臺電臺及數(shù)據(jù)轉換器電腦組成，接收各個中心發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并對其進行處理，然后將全部數(shù)據(jù)處理后發(fā)送到每個電腦，從而實現(xiàn)整體監(jiān)測，數(shù)據(jù)互通。

控制中心負責整個系統(tǒng)的指揮、調控、數(shù)據(jù)調試，它可以自動、手動向設備請求船型和安裝參數(shù)，可以定期檢查設備的啟動運行情況，保證整個系統(tǒng)的正常運行。

3.5實況顯示中心

實況顯示中心由接收電臺及電腦組成，地點可以選在項目部，其功能主要是為不在施工現(xiàn)場的人提供一個施工實時畫面，來查看工程進度。

4、預防措施

沉管上的GPS安裝要事先跟有關人員溝通協(xié)商，安裝位置要盡量選在纜繩等設備碰撞不到的地方，沉管控制中心要設置遮雨棚，避免電腦、電臺等設備被雨水淋濕，以保證施工能順利進行不受天氣影響。

在浮運過程中為了保證沉管浮運的連續(xù)性與安全性，將在沉管上備用一臺GPS，當一臺出現(xiàn)故障或損壞時可以及時替換（本系統(tǒng)均采用新設備，故障率極低）。

如果某一條拖輪上的設備出現(xiàn)故障，也可以顯示其他拖輪的位置，即使所有電臺均不能正常工作，沉管導航中心也可以獨立監(jiān)測沉管的坐標與航向，并沿著計劃航線浮運，從而保證沉管能安全浮運至目的地。

為了保證整套監(jiān)測系統(tǒng)能順利正常運行，需要進行模擬沉管浮運一次，模擬方法是找一條交通船，將所有設備安裝在船上，模擬沉管浮運狀態(tài)，查看各項數(shù)據(jù)能否正常發(fā)送接收。

5、結束語

南昌紅谷隧道工程江中段沉管浮運、沉放安裝監(jiān)測工作是一項復雜的系統(tǒng)工程，本文提出的方法是具有可行性和最優(yōu)化的方法之一。系統(tǒng)軟件有如下功能和優(yōu)點：

基本功能：

1）軟件導入CAD圖形

2）坐標系統(tǒng)可以獨立保存文件

3）鼠標位置實時顯示

4）調入幾百兆的底圖可以用鼠標快速滾動瀏覽

5）夜間施工時可以切換夜間模式

6）原始數(shù)據(jù)備份并可模擬還原

7）偏航指示

系統(tǒng)優(yōu)點：

1）全天候實時導航

2）實時施工校正

3）安全航行

4）監(jiān)測精度高

5）顯示直觀、方便

6）節(jié)省人力、物力

作者簡介：

胡燕標，男，漢族，黨員，1979年12月25 日出生于廣東省五華縣安流鎮(zhèn)洑溪村，1997年9月進入湖南鐵道職業(yè)技術學院電子技術應用專業(yè)，2002年進入中國地質大學土木工程系，大學本科?，F(xiàn)任廣州精勘測繪科技有限公司總經(jīng)理，廣州市孛特勘測技術科技有限公司副總經(jīng)理，廣東中小企業(yè)文化建設促進會理事，2012年獲得廣州市科信局立項創(chuàng)新基金，2013年獲得國家科技部立項創(chuàng)新基金，2014年獲得10項“實用新型專利證書”，獲得三項計算機軟件著作權。