專利名稱：具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的水下巖石鉆機及鉆孔法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機及其鉆孔方法，特別是，前者在安裝于自升平臺(SEP)駁船的中心開口處的鉆機主體上具有一個差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器；鉆機的位置數(shù)據(jù)從衛(wèi)星和參考站處接收，使之在水下巖石中在精確的鉆孔位置處鉆孔；駁船可以快速地移動到鉆孔位置，這樣鉆孔工作的建設(shè)效率提高。
背景技術(shù)：
在一些實例中，例如水下橋結(jié)構(gòu)的橋墩地基，用于特定目的的海上結(jié)構(gòu)的建造，大型船只的航道開發(fā)，大型船只的泊位建設(shè)，水底航道處的巖石將被鉆孔，潛水員把雷管和炸藥裝入鉆孔——雷管和炸藥具有預定的數(shù)量并且在外面制造完成，鉆孔由水下材料如石頭、沙和土密封，引爆炸藥來破碎巖石，該處最終將被整平。
在鉆孔工作中，安裝在具有鉆機的駁船上的絞盤被操作來卷緊或放松鋼索。連接在鋼索每端的超過1.5～2.5噸的錨被放置在遠離駁船超過150～200米的地方。錨落在巖石上，駁船停下來；接下來鉆機的鉆桿被放下并轉(zhuǎn)動，這樣水下巖石就能被鉆孔了。
在韓國的公開專利No.10-0270251中揭示了一個用于水下巖石鉆孔的已有技術(shù)的實例。如圖1a和1b所示，在駁船1的一邊安裝了一個平臺4，它具有預定的間隔并且平臺4由一個垂直平臺2和一個水平平臺3構(gòu)成。與駁船1表面平齊的軌道5安裝在平臺4上。傳統(tǒng)的陸地鉆機7具有一個可被操作上升和下降的套管6，在陸地鉆機7的各端還具有一個驅(qū)動輪8。一個驅(qū)動輪8被放置在平臺4的軌道5上，另一個被放置在駁船1上。陸地鉆機7可以沿長度方向移動。
上述的已有技術(shù)假定用作陸地鉆機7的履帶式鉆機被裝載在駁船1上，并且由H型梁制成的平臺4被建造在駁船的一邊。履帶式鉆機被放置在平臺上并且沿著軌道5前后移動。駁船和鉆機可以獨立操作，這樣可以進行鉆孔工作。
然而，海上的鉆孔作業(yè)，由于波浪駁船會搖擺20～30厘米。當一只大船接近正在進行鉆孔作業(yè)的駁船時，浪高將增加超過60厘米，波浪的力量將使駁船搖擺地更加厲害。
因此，如果駁船由于波浪的力量嚴重地搖擺或傾斜，除了駁船的搖擺之外，裝在駁船上的履帶式鉆機將繞著履帶式鉆機的鉆桿和鉆頭的支撐點中心搖擺。鉆桿可能會折斷，它會給鉆孔作業(yè)帶來問題。
另外，因為履帶式鉆機位于從駁船中心偏移出來的平臺的側(cè)邊上，這里存在著潛在的穩(wěn)定性問題，因為安裝在履帶式鉆機上的鉆桿可能掉進水底。
此外，當鉆孔位置需要改變時，履帶式鉆機必須沿著軌道移動，因此鉆孔設(shè)備需要拆卸，拆卸的部分在另一個目標鉆孔位置處組裝。在鉆孔作業(yè)中，這常會有困難。移動到下一個位置通常需要花費30分鐘，因此由于緩慢的鉆孔作業(yè)，也帶來了效率低下的問題。
另外，當鉆桿的長度為3米左右而鉆桿的直徑為75毫米時，鉆桿的重量為18公斤。根據(jù)鉆桿的操作，除了把鉆桿的直徑調(diào)整為小于75毫米之外別無選擇。(如果把鉆頭的直徑調(diào)整為105毫米，鉆桿的重量將增加到22公斤，機器的中心可能偏移)。鉆桿直徑的增加也是有限制的。當鑿的爆破孔的直徑較小(如75毫米)時，鑿孔的位置是不準確的。另外，小直徑的鉆孔要增加填藥量，帶來的缺點就是不能獲得更好的爆破效果。
此外，如果在水下巖石上面覆蓋有泥沙的情況下采用已有技術(shù)，較小直徑爆破孔周圍的泥沙或巖屑將進入爆破孔，使得填藥更難。通常，鉆孔的堵塞率為20～30％，這就需要額外的鉆孔工作。另外，炸藥必須粘結(jié)在巖石的外表面，這也不方便。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，發(fā)明者提出了新的鉆孔技術(shù)，在其中采用衛(wèi)星定位裝置確定目標的精確位置并且該裝置被用于水下鉆孔技術(shù)。
通常，全球定位系統(tǒng)是一種利用衛(wèi)星精確地確定目標位置的系統(tǒng)。利用GPS接收器，可以通過3顆衛(wèi)星測量精確的時間和距離；利用三角方法可以精確地得到當前位置。它被應用于簡單的定位信息、國防、海洋開發(fā)、海洋資源調(diào)查、飛機、船舶和汽車的自動導航、交通控制、防止油罐碰撞、工廠的精確調(diào)查以及地圖繪制等領(lǐng)域。
DGPS(差分全球定位系統(tǒng))是一種通過從衛(wèi)星接收的衛(wèi)星信號和從安裝在陸地已知位置的DGPS參考站接收的補償信號進行定位的裝置。即使在開闊的海洋，船舶的位置也可以被精確地探測到。DGPS是一種輕量級的裝置，它包含一個接收衛(wèi)星信號的天線，一個從衛(wèi)星信號中提取所需信息的RF(無線電頻率)單元，一個處理所需信號的計算單元和一個用戶界面單元。
該裝置是一個模塊化的GPS系統(tǒng)，它可以測量遠離GPS衛(wèi)星和參考站的位置。它可以24小時連續(xù)操作。精確度極高的位置信息可以通過觀測方法實時動態(tài)的以快速初始化和低能耗的形式獲得。
因此，本發(fā)明可以解決所述問題。在安裝于自升平臺(SEP)駁船的中心開口處的鉆機主體上設(shè)置有一個差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器，鉆機的位置被設(shè)定為與目標鉆孔位置同心(DGPS鉆孔誤差；小于2厘米)，船體的位置可以被控制而不會移動鉆機。而后，駁船快速地移動到下一個目標鉆孔位置，這樣鉆孔工作的建設(shè)效率得以提高。
本發(fā)明的目的是提供一種用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機及其鉆孔方法，其中DGPS技術(shù)被引入鉆孔技術(shù)，安裝與駁船中心開口位置的鉆機與目標水下巖石是同心的，所以可以得到精確的鉆孔。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機及其鉆孔方法，其中鉆孔作業(yè)位置的移動可以快速實現(xiàn)而不需要移動鉆機和拆卸麻煩的部件，因此提高了建設(shè)效率本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機及其鉆孔方法，其中鉆機被提供在駁船的中心，不會直接受波浪或其它外力的影響，使得鉆桿的連接更加容易，能夠進行大直徑的鉆孔作業(yè)，因此使水下巖石獲得高效爆破。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機及其鉆孔方法，其中鉆機鉆桿的折斷可以被防止，即使是在船體搖擺的情況，因此使工作更連貫。
為了實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明的特征在于，一個用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機，有以下部分組成一個安裝于駁船船體開口上部的鉆機，并且在其主體的預定位置處有一個差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器；一個差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)，其中連接在鉆機上的DGPS接收器從衛(wèi)星和參考站接收位置數(shù)據(jù)，并且DGPS接收器通過電纜把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制裝置；
一個用來存儲鉆孔地圖的鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置，它既顯示水下巖石的目標鉆孔位置又顯示通過輸入裝置輸入的鉆孔位置數(shù)據(jù)；一個顯示裝置，分別顯示鉆機位置和水下巖石的目標鉆孔位置并且監(jiān)測全過程；一個船體移動裝置，用來控制載有鉆機的船體的位置；和一個控制器，用來控制顯示在顯示裝置上的從鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置接收的鉆孔位置數(shù)據(jù)以及從DGPS接收的鉆機位置數(shù)據(jù)，并控制船體移動裝置從而控制載有鉆機的船體的位置。
另外，它的另一個特征在于DGPS接收器連接在鉆機的上部，與鉆機的鉆桿同軸。
另外，它的另一個特征在于船體移動裝置包含多個安裝在駁船上的絞盤；一個絞盤驅(qū)動器，根據(jù)控制器的指令驅(qū)動多個絞盤；多條鋼索，纏繞在相應的絞盤上并且通過分別安裝在駁船四角的換向器連接著沉于水下巖石的相應的錨上。
另外，它的另一個特征在于絞盤驅(qū)動器根據(jù)控制器的指令分別操作每個絞盤的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。
另外，它的另一個特征在于船體移動裝置通過控制器的指令來驅(qū)動，放置在與船體移動方向一致的絞盤運轉(zhuǎn)以拉動鋼索，放置在與船體移動方向相反方向的絞盤運轉(zhuǎn)以釋放鋼索。
另外，它的另一個特征在于輸入裝置是一個掃描儀或一個鍵盤。
此外，它的另一個特征在于使用用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機的鉆孔方法包含a)初始設(shè)置步驟，其中位于駁船中心的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機所在的駁船移動到被鉆巖石上方；駁船的錨通過多個絞盤和多個鋼索操作；各錨被沉在遠離船體預定距離處的巖石上，并且駁船停止移動；接下來，運行安裝在控制器中的鉆孔程序；控制器從DGPS接收駁船的當前位置數(shù)據(jù)；在顯示裝置中建立以當前位置為原點的XY平面；鉆孔地圖和鉆孔數(shù)據(jù)被存儲在鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置中，在顯示裝置中顯示水下巖石的目標鉆孔位置；b)顯示步驟，其中由鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置定位的目標鉆孔位置和由DGPS輸入的鉆機位置被顯示在具有XY平面的顯示裝置中；c)決策步驟，其中確定目標鉆孔的位置是否與鉆機的位置相符；d)船體位置控制步驟，其中如果不相符，絞盤驅(qū)動器根據(jù)控制器的指令來驅(qū)動以移動船體；e)開鉆步驟，其中當鉆機位置與目標鉆孔位置相符時，鉆機的鉆桿和鉆頭穿過駁船的開口降低開始對水下巖石進行鉆孔；f)船體移動步驟，其中當目標鉆孔位置的巖石鉆孔作業(yè)完成時，船體被移動到下一個目標鉆孔位置；和上述的過程b)～f)重復操作。
另外，它的另一個特征在于船體位置控制步驟和船體移動步驟是以下步驟絞盤驅(qū)動器根據(jù)控制器的指令運作；纏繞在各個絞盤上的多條鋼索穿過換向?qū)蚱鬟B接相應錨；卷動安裝成沿預定方向移動的鋼索并釋放安裝成沿反向移動的鋼索，從而實現(xiàn)船體的移動。


本發(fā)明上述的和其它的目的、特征以及其它優(yōu)點通過接下來的詳細描述并結(jié)合附圖可以更加清晰的理解，其中附圖圖1a是根據(jù)已有技術(shù)的鉆機的透視圖；圖1b是根據(jù)已有技術(shù)的鉆機的側(cè)視橫截面圖；圖2a是根據(jù)本發(fā)明的用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器的鉆機所在的駁船的透視圖；圖2b是一幅側(cè)視橫截面圖，示例了駁船停在被鉆的海上進行鉆孔作業(yè)的情形；
圖3是一幅示意圖，示例了具有DGPS接收器的鉆機對水下巖石進行鉆孔的情形；圖4是一幅框圖，示例了根據(jù)本發(fā)明的用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機的各部分；圖5是一幅用于水下橋梁基礎(chǔ)的沉箱的橫截面圖；圖6是一幅顯示在顯示器中的要被安裝在水下巖石上的沉箱的橫截面圖和鉆孔地圖；圖7是一幅示例根據(jù)本發(fā)明的駁船的移動原理的圖；圖8是一幅框圖，示例了船體移動裝置的各部分；圖9是一幅流程圖，顯示了用于水下巖石的具有DGPS接收器的鉆機的鉆孔方法的順序。
具體實施例方式
參考附圖，其中在不同的附圖中自始至終都用相同的參考數(shù)字指代相同的或相似的部分。
圖2a是根據(jù)本發(fā)明的用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器的鉆機所在的駁船的透視圖，圖2b是一幅側(cè)視橫截面圖，示例了駁船停在被鉆的海上進行鉆孔作業(yè)的情形。
如圖2a和2b所示，在駁船10上安裝了多個絞盤62a、62b、62c、62d，各條鋼索63a、63b、63c、63d分別纏繞在絞盤62a、62b、62c、62d上。連接著各個鋼索63a、63b、63c、63d的錨(未示出)被沉在遠離駁船10四角預定距離的水下巖石上，從而固定駁船10。
駁船在船體中心有一個預定尺寸的開口11。防護性的鉆機20安裝在開口11上方，這樣它不會直接受波浪力的影響。鉆機的鉆頭和鉆桿21可以通過開口11移上移下。因此，鉆機20被安置得很接近到達水下巖石。
另外，在它的主體預定位置處設(shè)置有一個DGPS接收器31，優(yōu)選地，位于鉆機上部并與鉆機20的鉆桿21同軸。鉆機的位置信息從衛(wèi)星和通過電纜C從參考站處接收，并被發(fā)送到控制器(未示出)。
圖3是一幅示意圖，示例了具有DGPS接收器的鉆機對水下巖石進行鉆孔，并且DGPS接收器從衛(wèi)星和參考站獲得鉆機的位置信息。
GPS衛(wèi)星S把信號發(fā)送給用戶。該信號具有涉及到衛(wèi)星位置和衛(wèi)星到鉆機的距離等信息。DGPS接收器31從3個以上的GPS衛(wèi)星接收信號從而獲得DGPS接收器31的位置信息。通過測量無線電波的傳送時間可以得到GPS衛(wèi)星和GPS接收器之間的距離。此時，GPS衛(wèi)星和GPS接收器之間的時間必須精確同步。
DGPS(差分GPS)是這樣一種系統(tǒng)，其中位置已知的參考站利用衛(wèi)星S發(fā)送的信息計算出偽測距值的誤差分量，結(jié)果值傳給用戶，用戶就可以做出位置的精確判斷。
在DGPS系統(tǒng)中，DGPS接收器31的位置——預先在參考站E測量——與利用衛(wèi)星S發(fā)送的GPS信號計算出的位置進行比較。從而此時可以計算出位置誤差的修正信息。該信息以RTCM(海運事業(yè)無線電技術(shù)委員會)格式(修正信息傳輸?shù)臉藴矢袷?發(fā)送給DGPS接收器31，因而在位置的計算中得以體現(xiàn)，使用戶的定位更精確。
在本發(fā)明中，DGPS系統(tǒng)被應用于鉆孔作業(yè)。載于駁船上的鉆機的位置與被破碎的水下巖石的位置是同軸的，因此對水下巖石的鉆孔更精確。
圖4是一幅框圖，示例了根據(jù)本發(fā)明的用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機的各部分。鉆機包含駁船10，鉆機20，衛(wèi)星S，用來從參考站E接收位置信號的DGPS，控制器40，鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置50，船體移動裝置60，顯示裝置70和輸入裝置。
DGPS 30包含參考站E，它把預先測量的自身位置與利用GPS信號計算的位置進行比較，從而計算出相應于GPS信號的修正信息。另外，DGPS 30具有一個位于鉆機20的主體上的DGPS接收器，可以利用從參考站E接收的修正信息來修正從GPS衛(wèi)星接收到的GPS信號差異，并把鉆機的位置數(shù)據(jù)輸出到控制器40。
控制器40在其內(nèi)建的存儲器中存儲有鉆孔程序。根據(jù)該程序，從DGPS 30接收的鉆機位置數(shù)據(jù)和從鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置50(將在后面解釋)中讀取的目標鉆孔位置數(shù)據(jù)被分別顯示在顯示裝置70中。另外，控制器40可以控制船體移動裝置60的運作，而船體移動裝置60則可以控制載有鉆機20的船體的位置。
在鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置50中，水下巖石的目標鉆孔位置數(shù)據(jù)和它的鉆孔地圖通過輸入裝置如掃描儀和鍵盤來輸入。繼而它們被存儲。
船體移動裝置60，如圖8所示，包含多個安裝于駁船上的絞盤62a～62d，一個按照控制器指令來驅(qū)動絞盤的絞盤驅(qū)動器61，分別纏繞在各個絞盤并通過安裝在駁船四角的引導輥64和導向器65與沉在水下巖石上的各錨66a～66d相連的鋼索63a～63d。
顯示裝置70，如圖6所示，是一個顯示器71，它可以顯示鉆機的當前位置和水下巖石的目標鉆孔位置數(shù)據(jù)和鉆孔地圖，并且它可以監(jiān)測整個鉆孔過程。另外，顯示裝置包含鉆孔地圖72，光標73，它由“?！敝复⒈砻鲝腄GPS接收器31和控制器接收的鉆機的當前位置，顯示單元74，它由“◎”指代并表明目標鉆孔的位置，以及一個用來顯示鉆機位置數(shù)據(jù)和目標位置數(shù)據(jù)的坐標顯示單元75。
圖5是一幅用于水下橋梁基礎(chǔ)的沉箱的橫截面圖。沉箱W被安裝在水下巖石的設(shè)計區(qū)域內(nèi)。沉箱W以點劃線顯示，虛線所示的部分是水下巖石要被清除的區(qū)域。打鉆要在虛線區(qū)域進行，炸藥裝在鉆孔中。接下來，進行爆破或破碎作業(yè)以消除巖石的突起并獲得一個平整的區(qū)域。最后，沉箱被沉在堅硬巖石的表面。
圖6是一幅顯示在顯示器中的要被安裝在水下巖石上的沉箱的橫截面圖和鉆孔地圖。顯示器顯示一個代表鉆機當前位置的光標、目標鉆孔位置的鉆孔坐標數(shù)據(jù)、用來顯示當前位置和目標位置坐標的坐標顯示單元。
在駁船的穩(wěn)定位置，顯示器71顯示沉箱基底的鉆孔地圖72，它是從鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置中讀出的，以及鼠標光標73，它由“?！敝复?。顯示器從安裝在鉆機主體上的DGPS接收器接收數(shù)據(jù)并根據(jù)控制器的指令顯示鉆機的當前位置。另外，顯示器71也顯示一個顯示單元74，它由“◎”指代并表明目標鉆孔位置，以及一個坐標顯示單元75，以顯示鉆機的當前位置和需要定位的目標位置數(shù)據(jù)。
顯示器顯示由“?！敝复谋砻鳟斍拔恢玫墓鈽?3，它與由“◎”指代的表明目標鉆孔位置的顯示單元74并不一致。
因此，在進行鉆孔作業(yè)時，操作者必須把鉆機的位置移動到已經(jīng)定位好的目標鉆孔位置。操作者讀取顯示器71的坐標顯示單元75。操作者通過輸入裝置80輸入命令使鉆機的當前坐標數(shù)據(jù)與目標鉆孔位置的鉆孔坐標數(shù)據(jù)相匹配。根據(jù)控制器40的指令，船體移動裝置60被操作。由“”指代的鉆機位置被移動到由“◎”指代的目標鉆孔的位置，從而移動船體。
如上所述，操作者讀取顯示器71并確認鉆機的坐標是否與目標鉆孔的坐標對齊，然后操作鉆機。鉆機的鉆頭和鉆桿穿過駁船的中心開口降低到海底進行鉆孔作業(yè)。
在相符的目標位置完成鉆孔作業(yè)后，鉆機20的鉆頭和鉆桿升起到一定的高度，不會影響鉆機在水下的移動。船體移動到下一個目標鉆孔位置開始鉆孔作業(yè)。
光標以相同的方法落在下一個目標鉆孔位置。當鼠標點擊時，目標鉆孔位置被指向用“◎”指代的顯示單元74并在顯示器71中顯示。另外，根據(jù)控制器40的指令，與該位置對應的新的鉆孔坐標數(shù)據(jù)從鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置50中讀出，并顯示在坐標顯示單元75中。
當新的鉆孔坐標數(shù)據(jù)被輸入時，控制器40既可以接收鼠標73的“?！惫鈽?指示鉆機20的位置)又可以從DGPS接收器31接收位置坐標數(shù)據(jù)。當控制器40把它與新的鉆孔坐標數(shù)據(jù)進行比較后，控制器40計算出差別。根據(jù)計算結(jié)果，絞盤驅(qū)動器61開始運作，船體移動到新的目標鉆孔位置。“?！惫鈽?3與“◎”顯示單元相符。鉆機的位置被設(shè)置好，然后操作鉆機進行鉆孔作業(yè)。
圖7示例了根據(jù)本發(fā)明的駁船的移動原理。鉆機位置被定位于原點O，也就是駁船的中心。從原點O延伸出來并與船尾方向平行的直線被設(shè)定為X軸。與原點O正交的直線被設(shè)定為Y軸。從而建立了X-Y平面。
如圖7所示，假定駁船10從當前位置O移動到第一象限的位置P，下面解釋絞盤的操作。
當鉆機的當前位置位于原點O時，巖石的目標鉆孔位置是P，當駁船移動到P位置時，船首的左/右絞盤62c、62d和船尾的左絞盤62a被操作進行反向旋轉(zhuǎn)以釋放鋼索。同時，船尾的右絞盤62b以正常的方式旋轉(zhuǎn)來卷緊鋼索，從而移動船體。
另外，為了移動到位置P，船體要沿OPx方向移動到位置Px，然后沿OPy方向移動到位置P。
這時，當駁船沿OPx方向移動時，船頭的左/右絞盤62c、62d要被操作反向旋轉(zhuǎn)以釋放鋼索。同時，船尾的左/右絞盤62a、62b以正常的方式旋轉(zhuǎn)以卷緊鋼索，從而把船體移動到位置Px。接下來，當駁船沿OPy方向移動時，船頭的右絞盤62d和船尾的右絞盤62b以正常的方式旋轉(zhuǎn)來卷緊鋼索。同時，船頭的左絞盤62c和船尾的左絞盤62a反向旋轉(zhuǎn)以釋放鋼索，從而把船體從位置Px移動到位置P。
在另一個實例中，在原點位置O和目標位置P之間建立一些區(qū)段。在每個區(qū)段，按照上面已經(jīng)提到的相同方式，安裝在船體移動方向上的絞盤卷緊各自的鋼索，同時，安裝在相反方向上的絞盤釋放各自的鋼索。重復操作直到船體到達位置P。
雖然另一個實施例還沒有被公開，但船體移動裝置與控制器是相連的。而且，當另外的裝置用來控制絞盤的操作時，配備有控制絞盤旋轉(zhuǎn)方向和停止按鈕的控制盒，它的電力和機械裝置都與控制器連接。很清楚，相應按鈕是用來操作移動船體的。
圖8是一幅框圖，示例了船體移動裝置的各部分。船體移動裝置60包含多個安裝在駁船上的絞盤62a～62d，一個用來根據(jù)控制器指令驅(qū)動絞盤的絞盤驅(qū)動器61，多條鋼索63a～63d，分別纏繞在各個絞盤上并且通過引導輥64和分別安裝在駁船四角的換向器65連接著沉于水下巖石的各錨66a～66d。
船尾的左/右絞盤62a、62b和船頭的左/右絞盤62c、62d被分別安裝在駁船上。雖然船頭的左/右絞盤安裝在船尾的左/右絞盤62a、62b前面，但鋼索的延伸方向在船尾通過引導輥64和換向器65被改變。因此，鋼索互相交叉并與各個錨66a～66d相連。
因為錨66a～66d被沉在水下巖石上，駁船的位置要依靠鋼索63a～63d的卷動狀態(tài)。鋼索從各個絞盤的卷緊或放松可以實現(xiàn)船體的移動。因此，可以確定裝在駁船上的鉆機的位置。
當駁船沿船頭方向移動時，絞盤驅(qū)動器61根據(jù)控制器40的指令運作。船頭的左/右絞盤62c、62d以正常的方式旋轉(zhuǎn)以卷緊鋼索63c、63d，而船尾的左/右絞盤62a、62d反向旋轉(zhuǎn)以釋放鋼索63a、63b。因此，船體沿船頭方向移動。
同樣，當駁船10沿船尾方向移動時，船尾的左/右絞盤62a、62b正常旋轉(zhuǎn)以卷緊鋼索63a、63b，而船頭的左/右絞盤62c、62d反向旋轉(zhuǎn)以釋放鋼索63c、63d。因此，船頭沿船尾方向移動。
因為各錨66a～66d被沉在遠離船體預定距離(如150～200米)的水下巖石上，所以絞盤的運轉(zhuǎn)會使駁船10移動，也會使裝在駁船中心的鉆機的位置改變。
下面說明用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機的鉆孔方法。
駁船10移動到被鉆巖石上方，其中在駁船的中心具有安裝了DGPS接收器的鉆機。駁船的各錨通過多個絞盤62a～62d和多條鋼索63a～63d來操作。錨被沉在遠離船體預定距離的巖石上并使駁船10停止。
接下來，運行安裝在控制器40中的鉆孔程序?？刂破?0從DGPS30接收駁船的當前位置數(shù)據(jù)。當前位置數(shù)據(jù)被顯示在顯示裝置70中。為了在顯示裝置70中顯示水下巖石的目標鉆孔位置，鉆孔地圖和鉆孔數(shù)據(jù)通過掃描儀或鍵盤存儲在鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置50中。接下來，進行初始化。
從鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置定位的目標鉆孔位置和由DGPS 30輸入的鉆機20的位置被顯示在顯示裝置70中。
確定目標鉆孔的位置是否與鉆機的位置相符。如果不相符，根據(jù)控制器40的指令來驅(qū)動絞盤驅(qū)動器61以移動船體。當鉆機的位置與目標鉆孔位置相符時，鉆機的鉆頭和鉆桿穿過駁船10的開口11降下開始對水下巖石進行鉆孔。
絞盤驅(qū)動器根據(jù)控制器40的指令運行。纏繞在各個絞盤62a～62d的多條鋼索63a～63d通過換向器與各個錨66a～66d相連。安裝成沿預定方向移動的鋼索被卷緊，而安裝成沿相反方向移動的鋼索被釋放，因此實現(xiàn)了船體的移動。
圖9是一幅流程圖，顯示了用于水下巖石的具有DGPS接收器的鉆機的鉆孔方法的順序。為計算機供電進行初始化。(步驟S1)計算機包含一個控制器40，在其內(nèi)建存儲器中存儲有鉆孔程序，一個存儲鉆孔地圖和自身坐標數(shù)據(jù)的鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置50，一個輸入裝置80如掃描儀或鍵盤，和一個顯示裝置80如顯示器。
在步驟S2，鉆孔地圖和存儲在鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置50中表明目標位置的坐標數(shù)據(jù)與從DGPS 30接收的鉆機20的位置數(shù)據(jù)被輸入。輸入的數(shù)據(jù)根據(jù)控制器40的指令顯示在顯示裝置70中。
操作者在目標鉆孔位置點擊鼠標并確定位置數(shù)據(jù)是否已經(jīng)輸入。(步驟S3)如果目標位置是新輸入的，被鼠標點擊的目標鉆孔位置的圖標在顯示單元74中會顯示為“◎”，而顯示單元74將被定位在顯示裝置70中。目標鉆孔位置的坐標數(shù)據(jù)從鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置50中讀取并顯示在坐標顯示單元75中(步驟S4)。
從DGPS 30接收的鉆機20的當前位置在顯示裝置70中顯示為光標“”，鉆機當前位置的位置數(shù)據(jù)被顯示在坐標顯示單元75中(步驟S5)。
目標鉆孔位置和鉆機位置之間的差異被計算出來并顯示在坐標顯示單元75中(步驟S6)。差異存在時，絞盤驅(qū)動器61將根據(jù)控制器40的指令運作。各個絞盤以正常的方向或相反的方向旋轉(zhuǎn)來移動駁船10。結(jié)果是，鉆機20與目標鉆孔位置相符(步驟S7)。
確定被控制的鉆機位置與輸入的目標鉆孔位置之間的差異是否為零(步驟S8)。操作絞盤直到差異為零并使駁船10移動。當差異為零時，絞盤驅(qū)動器61停止，鉆機開始進行鉆孔作業(yè)(步驟S9)。當目標鉆孔位置的巖石鉆孔作業(yè)完成時(步驟S10)，船體被移動到下一個目標鉆孔位置。
根據(jù)本發(fā)明，船體移動裝置可以通過控制器的簡單操作來運作。鉆機可以快速精確地(大約10～20秒)移動到水下巖石的目標鉆孔位置進行鉆孔作業(yè)。由于上述方法，水下巖石的鉆孔作業(yè)可以有效地進行。此后，巖石被破碎或爆破，破碎巖石的碎屑被放入鏟斗，這樣海床可被整平。然后可以安裝橋梁的沉箱基礎(chǔ)。
在本發(fā)明中，因為DGPS技術(shù)可被引入鉆孔技術(shù)中，安裝在駁船中心的鉆機可以在目標鉆孔位置精確地進行鉆孔作業(yè)。本發(fā)明的優(yōu)點在于排除了不精確，并可以在精確的鉆孔位置進行連續(xù)地鉆孔作業(yè)。
另外，DGPS接收器被安裝在鉆機的預定位置，可以從衛(wèi)星和參考站接收鉆機的位置數(shù)據(jù)。結(jié)果是，控制器和船體移動裝置可以移動駁船。它的效果在于建立的鉆孔作業(yè)位置可以被快速設(shè)置而不用移動鉆機。
在水下鉆孔作業(yè)中，鉆機被安置成一種不會直接受外力(如在波浪力的作用下引起的駁船搖擺而產(chǎn)生的沖擊)影響的狀態(tài)。結(jié)果，施加到鉆機上的外界影響可以被最小化。因此，鉆機被安裝在駁船的中心。由于鉆桿連接的靈活確保了鉆孔作業(yè)的穩(wěn)定性。不需要對鉆機進行復雜的工作如移動、裝配、拆卸等。可以獲得快速的鉆孔作業(yè)并增加建設(shè)效率。
另外，鉆機被安裝在駁船中心而不是駁船邊緣。這使得鉆桿和鉆頭的裝配和操作更加方便。因為鉆頭具有超過100毫米的直徑，而根據(jù)所裝鉆頭直徑采用的鉆桿具有更大的直徑，所以可以使用更大直徑的鉆機，可以進行更大直徑的水下鉆孔作業(yè)，從而使得水下巖石的爆破和破碎更便利。
在已有技術(shù)中，由于泥沙涌入被挖的小直徑鉆孔而不能填藥，所以需要額外的鉆孔作業(yè)。相反，在本發(fā)明中，不需要額外的鉆孔作業(yè)。它的優(yōu)點在于巖石清除作業(yè)的穩(wěn)定性和效率可被大幅提高。另外，它也具有經(jīng)濟的優(yōu)點。
即使船體搖擺，也可以防止鉆機鉆桿的損壞，整個過程可被監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機，包含一個安裝于駁船船體開口上部的鉆機，并且在其主體的預定位置處有一個差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器；一個差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)，其中連接在鉆機上的DGPS接收器從衛(wèi)星和參考站接收位置數(shù)據(jù)，并且DGPS接收器通過電纜把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制裝置；一個用來存儲鉆孔地圖的鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置，它既顯示水下巖石的目標鉆孔位置又顯示通過輸入裝置輸入的鉆孔位置數(shù)據(jù)；一個顯示裝置，分別顯示鉆機位置和水下巖石的目標鉆孔位置并且監(jiān)測全過程；一個船體移動裝置，用來控制載有鉆機的船體的位置；以及一個控制器，用來控制顯示在顯示裝置上的從鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置接收的鉆孔位置數(shù)據(jù)以及從DGPS接收的鉆機位置數(shù)據(jù)，并控制船體移動裝置從而控制載有鉆機的船體的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機，其中DGPS接收器連接在鉆機的上部，與鉆機的鉆桿同軸。
3.如權(quán)利要求1所述的用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機，其中船體移動裝置包含多個安裝在駁船上的絞盤；一個絞盤驅(qū)動器，根據(jù)控制器的指令驅(qū)動多個絞盤；多條鋼索，纏繞在相應絞盤上并且通過分別安裝在駁船四角的換向器連接著沉于水下巖石的相應錨上。
4.如權(quán)利要求3所述的用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機，其中絞盤驅(qū)動器根據(jù)控制器的指令分別操作每個絞盤的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。
5.如權(quán)利要求1或3所述的用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機，其中船體移動裝置通過控制器的指令來驅(qū)動，放置在與船體移動方向一致的絞盤運轉(zhuǎn)以拉動鋼索，放置在與船體移動方向相反方向的絞盤運轉(zhuǎn)以釋放鋼索。
6.如權(quán)利要求1所述的用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機，其中輸入裝置是一個掃描儀或鍵盤。
7.一種使用用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機的鉆孔方法，包含a)初始設(shè)置步驟，其中位于駁船中心的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機所在的駁船移動到被鉆巖石上方；駁船的錨通過多個絞盤和多個鋼索操作；錨被沉在遠離船體預定距離處的巖石上，并且駁船停止移動；接下來，運行安裝在控制器中的鉆孔程序；控制器從DGPS接收駁船的當前位置數(shù)據(jù)；在顯示裝置中建立以當前位置為原點的XY平面；鉆孔地圖和鉆孔數(shù)據(jù)被存儲在鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置中，在顯示裝置中顯示水下巖石的目標鉆孔位置；b)顯示步驟，其中由鉆孔數(shù)據(jù)存儲裝置定位的目標鉆孔位置和由DGPS輸入的鉆機位置被顯示在具有XY平面的顯示裝置中；c)決策步驟，其中確定目標鉆孔的位置是否與鉆機的位置相符；d)船體位置控制步驟，其中如果不相符，絞盤驅(qū)動器根據(jù)控制器的指令來驅(qū)動以移動船體；e)開鉆步驟，其中當鉆機位置與目標鉆孔位置相符時，鉆機的鉆桿和鉆頭穿過駁船的開口降低開始對水下巖石進行鉆孔；f)船體移動步驟，其中當目標鉆孔位置的巖石鉆孔作業(yè)完成時，船體被移動到下一個目標鉆孔位置；和上述的過程b)～f)重復操作。
8.如權(quán)利要求7所述的使用用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機的鉆孔方法，其中船體位置控制步驟和船體移動步驟是以下步驟絞盤驅(qū)動器根據(jù)控制器的指令操作；纏繞在各個絞盤上的多條鋼索穿過換向?qū)蚱鬟B接相應錨；卷動安裝成沿預定方向移動的鋼索并釋放安裝成沿反向移動的鋼索，從而實現(xiàn)船體的移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于水下巖石的具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機及其鉆孔方法，新的鉆孔技術(shù)——衛(wèi)星導航裝置定位目標的精確位置——被引入水下鉆孔技術(shù)。在安裝于自升平臺(SEP)駁船的中心開口處的鉆機主體上具有一個差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器，鉆機的位置被設(shè)定為與目標鉆孔位置同心，船體的位置可以被控制而不用移動鉆機。然后，由于船體移動裝置的運轉(zhuǎn)，駁船快速移動到下一個目標鉆孔位置，這樣鉆孔作業(yè)的建設(shè)效率可以被提高。
文檔編號E21B41/00GK1624290SQ20041005647
公開日2005年6月8日 申請日期2004年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月6日
發(fā)明者白仁淑, 金鐘設(shè), 姜大雨 申請人:白仁淑, 金鐘設(shè), 姜大雨