远距离操作设备需考虑方面

编制去污和拆卸阶段的计划时，可以从以下三个方面考虑：

（1）只用手工操作；

（2）远距离人工混合操作的情况，从人工操作的遥控设备到由遥控站操作的遥控设备；

（3）完全遥控操作。

当选择这三种选项中的任何一个时，必须考虑各种因素，如价格、职业照射剂量和具体的管理特点。在各项选择中，使用遥控设备的费用不仅包括投资（设备及辅助系统），还包括设备的运行、维修、回收和处置费用。对于手工操作，必须包括任何额外去污工作，而去污工作对创造一个合适的低辐射环境和处置额外产生的废物（工作服、流出物等）是必需的。在对职业辐照剂量进行比较时，要将远距离设备安装、维修和事故排除过程中所受的剂量、增加去污工作造成的剂量、以及为达到手工退役所需条件而产生的流出物的废物处理所造成的剂量考虑进去。当考虑选项时，也需要比较一些管理特点，如可完成的时间表和如何使工作更容易和更有效。

远距离操作设备遥控设备应满足的条件

从实用的观点出发，当选择遥控设备时，必须要满足下列条件：

（1）设备必须安全，且容易安装；

（2）设备必须容易去污，所产生的二次废物量限制在可接受的水平；

（3）对于工人来说，设备必须在可接受的剂量水平下易于维修。

远距离操作设备影响操作设备的特殊情况

影响选择远距离操作设备的其它特殊情况包括：

（1）一般的技术、经济原因，如已经拥有遥控操作设备和在现场受过适当培训的队伍，可能会促使作出使用远距离操作的决定（特别对那些由于设施运行的需要，通常已安装有远距离操作设备的非反应堆核设施）；

（2）在剩余的工作可用手工操作前采用远距离作业，可以使工作效率获得显著的提高。

远距离操作设备特殊情况下遥控系统的组成

在人员无法接近的地方，遥控系统可以由下列几部分组成：

（1）操纵工具用的遥控机械手；

（2）转运工具，如车辆，或者将机械手的随动手臂带人工作区的机械展开系统；

（3）贯穿系统，使转运工具和手臂可以进入工作区，同时能维持其密封；

（4）转运系统，将工具或废物送入或移出工作区。

在联合王国，英国核燃料有限公司（BNFL）正使用远距离操作技术帮助非反应堆退役工程，包括：

（1）原塞拉菲尔德后处理厂（B204），由于设施中高、中放设备室的尺寸很大，需要在长方向展开系统上安装远距离操作机械手。

（2）用于开发现有B205厂的后处理中间工厂，在那里由于空间狭窄和屋顶低矮有一些特殊的限制。

（3）在MOX燃料生产中使用的干法造粒中间厂，这里主要考虑的是很高的钚污染。 2100433B

在退役中考虑远距离操作设备的主要目的是降低对工人的常规的和核的危害，它可以使经证实的技术最优化或自动化，采用它们使退役工作在更舒适的条件下进行，或可扩展到使用遥控机器人系统。

远距离操作设备可以应用于不允许人工就近持续操作的恶劣环境下进行退役工作的地方，例如高放射性水平、人员不可能接近设备的地方、将工人的剂量减至最少以及容易提高机械和重复性操作的效率和工作负荷大的地方。

远距离机械手可以模拟人手的操作。近年来，机械手取得了很大的进步，如从简单的剑式机械手发展为动力机械手，直至高精度的随动机械手，并有完全可拆卸的随动端。

远距离操作设备剑式机械手

屏蔽工作箱通常使用带有专用附件的剑式机械手，有的剑式机械手具有腕关节和肘关节。

远距离操作设备主从机械手

穿墙套管式主从机械手，载荷为5kg，并备有两个辅助运动性能，即可在横向和纵向作位移运动，如此，操作者可更好地进行观察，机械手在室内的覆盖范围更大。市场上可选择到满足特殊要求和目的的各种机械手。

远距离操作设备护套

使用护套是为了防止对动臂的污染，保持包容设备的完整性，抗介质腐蚀及为更换和修理机械手提供一个安全系统。

美、英、德设计的商用密封机械手的主要结构其共同点是有一个机械密封穿墙管机构，为保证气体的密封，该机构通常位于热室墙中。维修时，从动臂可拆卸。

远距离操作设备热室尺寸、机械手和窥视窗的关系

必须高度注意热室尺寸，机械手的载荷及窥视要求之间的关系。就机械手而言，热室屏蔽体的厚度决定了所用机械手的类型，热室的纵深宽度确定了从动臂的最大展开长度，该展开长度又决定了热室的最小高度。热室的长度或者称之为两个机械手之间的操作位置由二者之间的距离决定（通常是70～80cm）。窥视窗的尺寸由热室的屏蔽厚度、长和高决定。据此可计算出拆卸机械手所要求的空间。

海工工程GPS远距离打桩定位工法适用范围

《海工工程GPS远距离打桩定位工法》适用于所有水工工程和桥梁工程的沉桩定位，尤其是海工工程远距离打桩定位。

海工工程GPS远距离打桩定位工法工艺原理

《海工工程GPS远距离打桩定位工法》的工艺原理叙述如下：

一、设备及精度

采用GPS RTK、无棱镜测距仪、精密测倾仪等先进技术与设备，结合专门开发的打桩定位计算机软件。实现了实时、主动的船身和桩身位置的精确计算。突破了传统的经纬仪或全站仪定位方法必须要求通视的限制，使水上精密打桩定位的离岸距离达到20千米以上。大大提高了施工效率，最大限度地减轻了劳动强度。

1.GPS系统及应用

经过20多年的发展，截至2005年，GPS及RTK定位技术被作为一项非常重要的技术手段和方法，已经在测绘、工程施工等各种测量领域中占据重要地位，并替代了大部分的常规测量。

GPS采用差分技术提高定位精度。通过差分技术，可以有效地消除卫星信号的各种误差，使相对定位精度达到2~3厘米。GPS RTK定位技术是采用数传电台，将参考站的卫星数据实时传送到流动站，可以实现实时高精度定位。

2.无棱镜测距

随着激光测距技术的发展，截至2005年，无棱镜测距技术也有了迅速的发展，测距精度可以达到1~3毫米。

3.精密测倾仪

精密测倾仪是一种高精度的倾斜传感器，一般可以测定诸如船身或桩架等对象的纵横倾斜，其精度可达到0.05°。

二、船体位置与姿态确定

打桩定位的结果是要测定桩身的位置、方位和倾斜度，由于不能将GPS天线直接安装在桩身上，因此为实现对桩身的定位和定向一般在打桩船上安装两台或三台GPS RTK接收机（流动站）、一台测倾仪以确定船体的位置和姿态，以确定船体的位置与姿态。当同时安装三台GPS和一台船体测倾仪时，由三台GPS RTK数据计算的船体倾斜可以与测倾仪测定的船体倾斜数据进行比较和检核。

如图1中所示，坐标系统O-XYZ对应的是三维船体坐标系统，假设船体的纵倾和横倾分别为α和β，首先绕X轴顺时针旋转β角，得到坐标系XY"Z'，该坐标系绕Y"轴逆时针旋转α得到过三维船固坐标系原点且位于水平面的坐标系统O-X"Y"Z"，称该坐标系统为瞬时船体水平坐标系统，该坐标系统的平面坐标与工程坐标系统存在平移、旋转的关系。

三维坐标系统之间的旋转矩阵分别为：

旋转角为从各个旋转轴的正向看，逆时针旋转角为正，顺时针为负。

由三维船固坐标系统O-XYZ转换到瞬时船体水平坐标系统O-XYZ的转换矩阵为：R=R_X（-β）·R_Y（α）。

工程坐标系统xoy与瞬时船体水平坐标系统XOY之间的关系式为：

三、船体坐标系与GPS坐标系实时转换

由于打桩船上设备位置和桩中位置是根据船体坐标系进行计算的。而RTK GPS的坐标一般为WGS84或工程坐标系坐标，需要进行实时转换。

船体坐标系统与工程坐标系统都是平面直角坐标系统，将（X_B，Y_B）转换为（X_P，Y_p）的计算公式：

公式中的2个平移参数（△X_p，△Y_p）和1个旋转参数（α_BP）需要根据GPS实时定位结果计算。

通过这一计算过程，可以建立起GPS与船体之间的坐标转换关系。从而可以实时地将通过测距仪测定的桩身在船体坐标系中的位置转换到GPS或进一步转换到工程坐标系中。

海工工程GPS远距离打桩定位工法施工工艺

• 工艺流程

采用《海工工程GPS远距离打桩定位工法》进行打桩定位时，一般需要经过三个阶段。第一阶段为建立坐标系统转换关系，第二阶段为打桩系统参数设置，第三阶段为实时打桩定位。

• 操作要点

《海工工程GPS远距离打桩定位工法》的操作要点如下：

一、建立坐标系统转换关系（图2）

这一阶段的主要工作是，根据设计的坐标系统，建立GPS首级控制网，并根据已知的控制点坐标计算GPS坐标系统与施工坐标系统之间的转换关系。

在建立坐标系统之间的转换关系时，对特大型桥梁等大型施工项目，一般应采用参数转换模型，对较小规模的施工工程还可以采用平面转换模型。应当注意的是，不管采用何种模型，已知控点的精度和分布对最终的定位精度有很大的影响，应尽可能使已知点分布均匀，所有已知点覆盖的面积应大于施工区域总面积的1/2以上。

转换关系建立后，应对坐标系统转换关系进行必要的检核。具体方法是，对第一根或开始几根桩在施打时同时采用常规测量和 GPS打桩定位两种方法，两者相互检查。如果两种定位方法结果的差异在误差允许范围以内，则说明坐标系统转换正确，否则应查明原因，直到检核一致后才可以采用单独的GPS定位方法进行打桩。通过这一检核，还可以检查GPS打桩系统的其他参数的正确性。

二、打桩系统参数设置

打桩系统参数包括坐标转换参数、船形参数、设备参数和桩参数。其中坐标转换参数由上述中计算得到，可以是参数转换或平面转换参数。船形参数和设备参数在系统安装时测定，对同一条打桩船来说.这两项参数一般情况下不会改变。因此，除非系统设备的安装位置有所变化，否则这两项参数不需要重新测定和设置。

三、实时打桩定位

实时打桩定位包括6个步骤，选择当前桩号、定位、坡比、开始打桩、暂停打桩、结束打桩。

1.选择当前桩号

对话框中，定为系统要求选择当前施打桩的桩号、输入当前桩的实际坡比和当前施打桩的打桩模式。系统在完成选择当前施打桩号后，在计算机的平面定位显示屏幕（系统辅助屏幕）上将标出当前桩号位置，同时，将自动进入"移船"工作状态。此时必须至少有两台GPS处于正常工作状态，而两台测距仪暂停工作。无论当前桩的打桩模式是"精密定位"模式还是"标准定位"模式，都是以标准桩中位置计算实时桩中坐标。

2.定位

在当前施打桩基本就位进行精密定位时，在系统子菜单中选择"定位"功能项。此时，系统将检查当前桩的打桩模式。若打桩模式为"精密定位"模式则系统将打开水平测距仪，并开始精密定位。否则，系统按"标准定位"模式进行定位，此时，水平测距仪处于关闭状态（图3）。

3.坡比

由于多种原因，在的定位和施打过程中，桩的倾斜坡比可能会发生变化。此时，若不对这一变化加以改正，则可能会影响到定位精度。子菜单项中的"坡比"项就是用于修改实际桩坡比的。桩的实际坡比在打桩过程中可根据需要随时修改。

如果系统在桩架上安装了测倾仪，一般不需要人工改变坡比。

4.开始打桩

当打桩开始时，操作者应及时用鼠标点击此子菜单项中的"开始打桩"控件，以便系统开始记录并处理有关的打桩数据（图4）。

在当前桩的打桩模式为"精密定位"模式时，此时GPS、水平测距仪、测倾仪及锤击计数器都处于工作状态，在主计算机屏幕和辅助计算机屏幕上将分别实时显示各类状态数据和控制数据。

在当前桩的打桩模式为"标准定位"模式时，两台水平测距仪不工作，桩中坐标根据标准桩中位置计算。在主计算机屏幕和辅助计算机屏幕上实时显示的内容与"精密定位"模式相同，但水平测距仪数据设为"0"。

一旦开始打桩，打桩过程的有关数据将被实时地记录下来，并作即时处理。

当打桩的实时贯入度接近或小于最小允许贯入度，或桩顶实时标高接近设计标高值时，系统给出提示。但在操作者选择"结束打桩"前系统仍处于打桩状态，并继续纪录打桩数据。

因"暂停打桩"或意外中断后，系统重新恢复"开始打桩"状态，打桩数据将添加在前次记录文件中，以确保打桩记录的完整性。

5.暂停打桩

由于在沉桩施工中出现异常情况，如打桩船出现故障等导致沉桩施工暂停。系统的各传感器继续工作。实时贯入度将停止计算，打桩数据也停止纪录。其他计算和显示内容与"开始打桩"期间相同。用鼠标再次单击"开始打桩"可恢复打桩状态。

6.结束打桩

在当前桩施打完成后，需要选择"结束打桩"功能项。此时系统关闭水平测距仪，但GPS仍然处于工作状态，主计算机和辅助计算机屏幕显示内容锁定不变。

结束打桩后，应及时生成打桩记录表。

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