本发明涉及变截面管节沉放，特别的是一种变截面管节沉放定位系统及方法。
背景技术：
1、沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种作业方法。其作业顺序是先在船台上、工程中或干坞内预制沉管隧道管段，管段两端用临时封墙密封后滑移下水或在坞内放水，使其浮在水中，再拖运到隧址处。定位后，向管段内加载，使其下沉至预先挖好的水下基槽内。管段逐节沉放，用水力压接法将相邻管段连接，在两侧锁定回填并进行上覆回填，最后拆除封墙使各管段连通成为整体的隧道。
2、沉管隧道受复杂的水下作业环境影响，过程中为确保管段沉放至设计位置并与相邻管段间的顺利对接，需要在沉放施工阶段实时获取待沉放管段的空间位置及姿态，并采用有效的措施进行稳性控制。较常规等截面管段，变截面管段由于纵向截面特征的差异性，受水流力和施工荷载影响更为敏感，沉放阶段稳性控制难度大、风险相对更高。
3、经过文献调研，目前现有的管段沉放装置的限制条件颇多，这些装置自身体积、造价与使用难度都较大，同时很难做到对沉放姿态的精细控制，严重影响管段沉放的便利和可控性。针对该种情况下对管段沉放的控制，又存在无法及时发现现场管段侧倾的问题，无法及时准确反馈监测数据给现场施工人员及装置，装置很难根据实时受力及位移情况进行调整，具有极大的时间滞后性。
4、cn 105649109 b公开了一种沉管法隧道绞车式管节沉放吊驳下放装置，包括绞车、绞车卷筒分隔钢板、钢丝绳、固定多轮滑车、活动多轮滑车、固定单轮滑车，绞车卷筒中部采用钢板分隔为左右两侧，钢丝绳一端固定在绞车卷筒一侧，另一端穿过固定滑车与活动滑车后固定在绞车卷筒另一侧，启动绞车回收剩余的钢丝绳，将活动多轮滑车与沉管管节连接，再次启动绞车收紧钢丝绳，达到受力状态。可以发现：该申请并没有解决目前沉放装置体积大与使用难度大的问题，首先该装置需要较大空间来供给绞车平台，在城市受限环境中较难做到，其次该申请无法控制沉管在沉放过程中的摆动，缺失实时监测与控制装置，对于变截面管段容易发生的侧倾问题无法做到及时监测与控制，同时对于水流扰动，难以保证管段的沉降稳定，易导致沉管的沉放位置偏离预定位置。
5、cn 109056817 a公开了一种用于沉管隧道施工的水袋压载方法，包括以下步骤：s1：根据沉管所受浮力，计算水袋压载系统中水袋需要铺设的数量及摆放位置；s2：在沉管内布置和安装水袋压载系统；s3：对水袋进行蓄水检漏；s4：沉管浮运和沉放时，通过对水袋进行蓄水与泄水，控制和调节沉管在坞内横移、浮运及沉放安装过程中的负浮力及姿态；s5：沉管安装完成后，拆除水袋压载系统。可以发现：对于变截面管段，由于充水的限制性，该申请无法解决变截面管段在沉放过程中的不平衡问题，无法做到对沉放姿态的监测与实时控制，难以维持变截面管段的沉放稳定。
6、cn 110206067 b公开了一种沉管隧道管段浮运沉放位置调节装置，包括锁紧框架和调节框架，通过合理的结构设计，可以通过控制对水下的沉管隧道管段进行位置上的精确调整，不受复杂的水下作业环境影响，作业时间短，提高了工作效率，保证了作业人员的安全。可以发现：该申请对于变截面管段的侧倾问题难以进行调整与控制，无法控制变截面管段均匀沉放的过程同时控制沉放速率，并且装置所需空间大，安装较难完成，成本较高，实施难度较大
7、综上，目前的管段沉放装置首先作用于变截面管段的情境极少，且现存装置对于变截面管段存在施工困难、实时控制效果滞后、体积、造价、使用难度大及难以控制变截面管段侧墙的问题，因此在实际工程中较难以进行使用并且达到想要的效果，缺乏一种专门针对变截面管段的易于控制、易于实施、装置占用空间小且造价低的沉放装置。因此为解决以上变截面管段的沉放控制问题，对此提出一种变截面管段沉放定位装置系统及方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种变截面管节沉放定位系统及方法，易于控制变截面沉管管节的沉放平衡问题，较为智能化的对管段的倾斜进行调整，同时沉放的主要动力来源于压载水箱，对于系缆主要为调平力，总体要求不高，施工难度小，同时能抵抗水流力，保证沉放的精准性，在变截面沉管管节的沉放平衡上较为有效。
2、本发明通过以下技术方案实现的：
3、一种变截面管节沉放定位系统，所述变截面管节沉放定位系统包括总传动轮、智能陀螺仪以及安装于变截面沉管管节上的沉管管节从动轮、安装于水下基槽上的水底从动轮及沉管管节从动轮与水底从动轮之间的系缆传动装置；所述总传动轮布置于相邻岸边或船上；所述智能陀螺仪设置于变截面沉管管节上部，实时监测变截面沉管管节浮态；所述系缆传动装置为不同平面位置上从动轮处单独的传动系统，通过连接各从动轮处的系缆传动装置至所述总传动轮上，保证所有系缆的转动长度一致，向所述变截面沉管管节内部的压载水箱注水进行下沉，下沉过程中通过所述智能陀螺仪测定变截面沉管管节倾斜姿态，并测定各系缆上应力，通过计算终端得出调节倾斜姿态至平衡的各系缆力，并且带动所述总传动轮转动，使得变截面沉管管节每个位置处的竖向位移一致，实现变截面沉管管节的沉放平衡。
4、进一步作为本发明技术方案的改进，所述变截面管节沉放定位系统还包括轴力位移监测装置、变截面管段预埋件、传动控制装置和临时支墩；所述轴力位移监测装置设置于所述总传动轮上；所述变截面管段预埋件设置于变截面沉管管节的侧壁；所述传动控制装置布置于相邻岸边或船上；所述传动控制装置分别与所述总传动轮、智能陀螺仪和轴力位移监测装置电连接；所述临时支墩设置于水下基槽上。
5、进一步作为本发明技术方案的改进，所述沉管管节从动轮设置于变截面沉管管节与水底基槽中所述水底从动轮水平投影位置一致处；所述沉管管节从动轮设置为多通道。
6、进一步作为本发明技术方案的改进，所述沉管管节从动轮通过螺栓安装于所述变截面沉管管节上。
7、进一步作为本发明技术方案的改进，所述变截面沉管管节处于倾斜时，低点系缆处于绷紧姿态抵抗水流阻力，高点系缆内力为倾斜状态不平衡力矩/系缆到浮心间距。
8、进一步作为本发明技术方案的改进，所述水底从动轮作为永久结构放置于水底；所述水底从动轮在水底用从动轮固定装置定位锚进行固定。
9、进一步作为本发明技术方案的改进，所述总传动轮为各个系缆传送装置连接来的各传动轮的集合，各传动轮通过连接使得各从动轮转动保持一致，通过设置内部系缆内力使得总传动轮中各个系缆传送装置的转动长度一致并且处于绷紧状态。
10、进一步作为本发明技术方案的改进，所述系缆传动装置将固定端设置于所述变截面管段预埋件处，再连接至所述水底从动轮处，最后连接至所述总传动轮中。
11、进一步作为本发明技术方案的改进，所述总传动轮处设置各传动轮的差速控制装置结合所述智能陀螺仪的实时浮态维持沉放稳定。
12、进一步作为本发明技术方案的改进，一种变截面管节沉放定位系统的实现方法，包括以下步骤：
13、步骤s1：水底基槽开挖及临时支墩设置；
14、步骤s2：变截面沉管管节预制及浮运；
15、步骤s3：系缆传动装置铺设；
16、步骤s4：智能陀螺仪安装；
17、步骤s5：总传动轮设置并分别与水底从动轮及沉管管节从动轮连接；
18、步骤s6：向变截面沉管管节内部的压载水箱注水达到重浮力平衡；
19、步骤s7：开启总传动轮，控制变截面沉管管节均匀沉放，同时控制沉放速率；
20、步骤s8：变截面沉管管节沉放完成，解除系缆传动装置。
21、与现有技术相比，本发明具有以下技术优点：
22、本发明占用空间小，操作简单，采用系缆的位移平衡控制变截面沉管管节的沉放均匀，同时通过总传动轮上的轴力位移监测装置，使得各系缆处于正好绷紧姿态，当存在沉放的不均匀时，通过智能陀螺仪监测，沉放较慢部位系缆通过算法计算得到对应侧倾姿态的平衡力，对整体结构进行调平。本发明易于控制变截面沉管管节的沉放平衡问题，较为智能化的对管段的倾斜进行调整，同时沉放的主要动力来源于压载水箱，对于系缆主要为调平力，总体要求不高，施工难度小，同时能抵抗水流力，保证沉放的精准性，在变截面沉管管节的沉放平衡上较为有效。
1.一种变截面管节沉放定位系统，其特征在于：所述变截面管节沉放定位系统包括总传动轮、智能陀螺仪以及安装于变截面沉管管节上的沉管管节从动轮、安装于水下基槽上的水底从动轮及沉管管节从动轮与水底从动轮之间的系缆传动装置；所述总传动轮布置于相邻岸边或船上；所述智能陀螺仪设置于变截面沉管管节上部，实时监测变截面沉管管节浮态；所述系缆传动装置为不同平面位置上从动轮处单独的传动系统，通过连接各从动轮处的系缆传动装置至所述总传动轮上，保证所有系缆的转动长度一致，向所述变截面沉管管节内部的压载水箱注水进行下沉，下沉过程中通过所述智能陀螺仪测定变截面沉管管节倾斜姿态，并测定各系缆上应力，通过计算终端得出调节倾斜姿态至平衡的各系缆力，并且带动所述总传动轮转动，使得变截面沉管管节每个位置处的竖向位移一致，实现变截面沉管管节的沉放平衡。
2.根据权利要求1所述的一种变截面管节沉放定位系统，其特征在于：所述变截面管节沉放定位系统还包括轴力位移监测装置、变截面管段预埋件、传动控制装置和临时支墩；所述轴力位移监测装置设置于所述总传动轮上；所述变截面管段预埋件设置于变截面沉管管节的侧壁；所述传动控制装置布置于相邻岸边或船上；所述传动控制装置分别与所述总传动轮、智能陀螺仪和轴力位移监测装置电连接；所述临时支墩设置于水下基槽上。
3.根据权利要求1所述的一种变截面管节沉放定位系统，其特征在于：所述沉管管节从动轮设置于变截面沉管管节与水底基槽中所述水底从动轮水平投影位置一致处；所述沉管管节从动轮设置为多通道。
4.根据权利要求3所述的一种变截面管节沉放定位系统，其特征在于：所述沉管管节从动轮通过螺栓安装于所述变截面沉管管节上。
5.根据权利要求1所述的一种变截面管节沉放定位系统，其特征在于：所述变截面沉管管节处于倾斜时，低点系缆处于绷紧姿态抵抗水流阻力，高点系缆内力为倾斜状态不平衡力矩/系缆到浮心间距。
6.根据权利要求1所述的一种变截面管节沉放定位系统，其特征在于：所述水底从动轮作为永久结构放置于水底；所述水底从动轮在水底用从动轮固定装置定位锚进行固定。
7.根据权利要求1所述的一种变截面管节沉放定位系统，其特征在于：所述总传动轮为各个系缆传送装置连接来的各传动轮的集合，各传动轮通过连接使得各从动轮转动保持一致，通过设置内部系缆内力使得总传动轮中各个系缆传送装置的转动长度一致并且处于绷紧状态。
8.根据权利要求2所述的一种变截面管节沉放定位系统，其特征在于：所述系缆传动装置将固定端设置于所述变截面管段预埋件处，再连接至所述水底从动轮处，最后连接至所述总传动轮中。
9.根据权利要求1所述的一种变截面管节沉放定位系统，其特征在于：所述总传动轮处设置各传动轮的差速控制装置结合所述智能陀螺仪的实时浮态维持沉放稳定。
10.一种变截面管节沉放定位系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
