古沉船置换支护装置和支护施工方法与流程

1.本发明涉及考古挖掘和机械施工技术领域，尤其涉及一种古沉船置换支护装置和支护施工方法。


背景技术：

2.海底古沉船，可采用钢沉箱整体打捞。打捞出水后，船体及船载文物会被按原状固定在钢沉箱内，古沉船仍埋在切割出来的海底淤泥中，古沉船表面则覆盖厚淤泥。对于木质的古沉船，在把古沉船从淤泥中发掘出来的过程中，需要尽最大可能维持木质船体的原有形态，提高糟朽船体构件的强度，对船体进行支护加强，确保木质船体不发生收缩和变形。
3.由于古沉船长期在海水浸泡，具有独特的结构强度和材料特性，主要特征是结构腐化严重，剩余结构强度较小。其他领域如隧道、巷道等支护技术不能直接应用到古沉船置换支护保护。现有技术中尚无类似古沉船支护的经验可参考，因此，现阶段亟需针对整体打捞后古沉船发掘过程的古沉船置换支护系统及施工方法，确保古沉船保护发掘顺利完成。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种古沉船置换支护装置和支护施工方法，以解决木质古沉船的支护保护的问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.古沉船置换支护装置，包括：支护支撑框架平台、支护组件、支护布置监测系统以及支护施工决策和支持系统，在古沉船的发掘过程中逐层铺设所述支护支撑框架平台，所述支护组件的两端分别连接所述支护支撑框架平台和古沉船，以逐层对所述古沉船进行支护保护；所述支护布置监测系统设有多个监测点，多个所述监测点分别布置在所述古沉船和所述支护支撑框架平台上，用以在发掘过程中逐层监测所述古沉船的形变以及所述支护支撑框架平台的应力应变；所述支护施工决策和支持系统被配置为修正和确定发掘过程中所需支护支撑框架平台和支护组件的数量和位置。
7.可选地，所述支护支撑框架平台包括：
8.沉箱，所述沉箱包括侧板和底板，所述侧板绕所述底板周向围绕设置以形成顶端开口的箱型结构，打捞的古沉船位于所述沉箱内；
9.主网架，所述主网架包括多根支撑梁，多根所述支撑梁沿水平方向交叉铺设在所述沉箱内，所述支撑梁的两端分别固定于所述沉箱的侧板且所述支撑梁位于所述古沉船的上方；
10.竖向撑杆，所述竖向撑杆设有多个，多个所述竖向撑杆通过竖向连接卡码连接于所述支撑梁；
11.水平撑杆，包括纵向水平撑杆和横向水平撑杆，所述水平撑杆沿水平方向设于所述古沉船的舷侧板和所述沉箱的侧板之间，所述水平撑杆(4)连接于所述竖向撑杆。
12.可选地，所述支护组件包括：
13.隔仓板支护组件，所述隔仓板支护组件设有多个，多个所述隔仓板支护组件的一端固定于所述竖向撑杆，另一端能够支撑所述古沉船的隔仓板；
14.舷侧板支护组件，所述舷侧板支护组件设有多个，多个所述舷侧板支护组件的一端连接于所述水平撑杆，另一端能够支撑所述舷侧板，所述支护布置监测系统的多个所述监测点分别布置在所述隔仓板、所述舷侧板、所述主网架、所述竖向撑杆和所述水平撑杆上。
15.可选地，所述支撑梁为方管钢梁，所述支撑梁的外侧包覆有防腐层。
16.可选地，所述隔仓板支护组件包括：
17.第一撑板，所述第一撑板的一侧为柔性面，所述第一撑板的柔性面用于抵接支撑所述隔仓板，所述第一撑板的另一侧为刚性面，所述第一撑板的刚性面固定连接第一调节杆；
18.水平连接卡码，所述水平连接卡码具有相互异面垂直的第一通孔和第二通孔，所述第一调节杆和所述竖向撑杆能够分别穿设在所述第一通孔和所述第二通孔内并固定。
19.可选地，所述舷侧板支护组件包括：
20.第二撑板，所述第二撑板的一侧为柔性面，所述第二撑板的柔性面用于抵接支撑于所述舷侧板，所述第二撑板的另一侧为刚性面，所述第二撑板的刚性面上垂直设置螺杆；
21.第二调节杆，所述第二调节杆具有内螺纹孔，所述第二调节杆能够与所述螺杆背离所述第二撑板的一端螺纹连接，所述第二调节杆固定连接于所述竖向撑杆和/或所述水平撑杆。
22.可选地，所述支护布置监测系统包括：
23.全站仪，所述全站仪设有多个，多个所述全站仪间隔布置在所述沉箱外侧周围，所述全站仪的多个所述监测点布置在所述隔仓板和所述舷侧板上，用以接收所述古沉船的形变数据，所述全站仪的多个所述监测点的数量由所述支护施工决策和支持系统确定；
24.应力应变测量仪，所述应力应变测量仪的多个所述监测点布置在所述主网架、所述竖向撑杆和所述水平撑杆上用以接收应力应变数据；所述应力应变测量仪的多个所述监测点数量由所述支护施工决策和支持系统确定；
25.显示器，所述显示器电连接所述全站仪和所述应力应变测量仪以接收并显示所述形变数据和所述应力应变数据。
26.可选地，所述支护施工决策和支持系统包括：
27.支护参数显示仪，显示所述隔仓板支护组件和所述舷侧板支护组件的数量及具体位置；
28.支护安全计算模块，通讯连接所述全站仪和所述应力应变测量仪以接收发掘过程中不同阶段的所述形变数据和所述应力应变数据，通过把第n阶段监测数据与第n-1阶段的监测数据进行对比，计算第n阶段需要增加的所述隔仓板支护组件和所述舷侧板支护组件的数量及具体位置，并发送支护指令；
29.支护施工决策和支持模块，根据所述支护指令，调整开挖方案和所述支护组件的数量和具体位置，实行差别修正，以确保开挖过程中所述应力应变数据与所述形变数据都处于预设的数据范围内。
30.可选地，所述竖向连接卡码包括：
31.上板和下板，所述上板和所述下板的两端分别设有安装孔，所述上板和所述下板分别设于所述支撑梁的上下两侧并夹设所述支撑梁，两个所述竖向撑杆能够分别穿设所述上板和所述下板上相对应位置的所述安装孔并固定；
32.连接件，所述连接件连接所述上板和下板。
33.本发明还提供一种古沉船置换支护施工方法，根据所述古沉船置换支护装置，所述古沉船置换支护施工方法包括如下步骤：
34.s0，支护施工决策和支持系统根据古沉船的结构建立的有限元模型并计算确定所述古沉船的初始开挖方案和支护参数，并储存；所述支护参数包括支护支撑框架平台的位置、支护组件的数量和位置，以及支护布置监测系统的监测点的位置；
35.s1，支护施工决策和支持系统根据所述支护布置监测系统对沉箱的监测结果，评估所述沉箱的结构强度是否满足支护支撑的需要，若不满足，则先加强所述沉箱的结构；
36.s2，在所述沉箱的顶端铺设主网架；
37.s3，逐层发掘所述古沉船的船体内部舱室，所述支护施工决策和支持系统根据支护布置监测系统对隔仓板的监测结果，评估所述隔仓板的强度，如果所述隔仓板需要支护，则安装竖向撑杆和隔仓板支护组件对所述隔仓板进行支护；
38.s4，逐层发掘所述古沉船的船体外部，并逐层安装水平撑杆；
39.s5，所述支护施工决策和支持系统根据所述支护布置监测系统的舷侧板的监测结果，评估舷侧板的强度，如果所述舷侧板需要支护，则安装舷侧板支护组件；
40.s6，支护施工决策和支持系统评估多个所述隔仓板支护组件和所述舷侧板支护组件的受力情况，当所述隔仓板支护组件和/或所述舷侧板支护组件的受力达到许用值的75％时，则增加所述隔仓板支护组件和/或所述舷侧板支护组件的数量或面积。
41.本发明的有益效果：
42.本发明提供的沉船置换支护装置，能够在发掘过程中为古沉船逐步进行支护以提供有效的受力支撑，保证置换支护装置的整体结构稳定性，可以通过支护施工决策和支持系统分析从现场古沉船的开挖和支护过程中获得古沉船的稳定性及支护设施的工作状态信息，修正和确定新的开挖方案和支护参数，逐步对古沉船进行支护保护，并通过支护布置监测系统能够实时监测古沉船和支护组件的应力应变和形变，将古沉船从沉箱内置换出来的过程安全可靠，效率高。
43.本发明提供的沉船置换支护施工方法，便于模块化搭建支护支撑框架平台，可以在发掘的过程中根据支护施工决策和支持系统的支护指令逐步方便地增加支护支撑框架平台和支护组件，实现在发掘过程中在支护布置监测系统的实时监测状态下实时调整支护组件和支护支撑框架平台，逐步对古沉船进行整体精细化支护保护，确保古沉船安全可靠且高效率的置换，解决古沉船在挖掘过程中脆弱的船体结构容易强度失效的问题。
附图说明
44.图1是本发明的古沉船置换支护装置与古沉船的位置关系的俯视示意图；
45.图2是本发明的古沉船置换支护装置与古沉船的位置关系的剖面结构示意图；
46.图3是本发明的古沉船置换支护装置中支护施工决策和支持系统的组成部分示意图；
47.图4是本发明的古沉船置换支护装置中隔仓板支护组件的第一角度结构示意图；
48.图5是本发明的古沉船置换支护装置中隔仓板支护组件的第二角度结构示意图；
49.图6是本发明的古沉船置换支护装置中舷侧板支护组件的结构示意图；
50.图7是本发明的古沉船置换支护装置中竖向连接卡码的第一角度结构示意图；
51.图8是本发明的古沉船置换支护装置中竖向连接卡码的第二角度结构示意图；
52.图9是本发明的古沉船置换支护装置中竖向连接卡码的第三角度结构示意图。
53.图中：
54.100、古沉船；101、隔仓板；102、舷侧板；200、支护支撑框架平台；300、支护组件；400、支护布置监测系统；401、全站仪；402、应力应变测量仪；403、显示器；500、支护施工决策和支持系统；501、支护参数显示仪；502、支护安全计算模块；503、支护施工决策和支持模块；
55.1、沉箱； 11、侧板； 12、底板；
56.2、主网架； 21、支撑梁；
57.3、竖向撑杆；31、竖向连接卡码；311、上板；312、下板；313、连接件；3131、丝杆；3132、螺母；314、安装孔；315、限位结构；
58.4、隔仓板支护组件；41、第一撑板；42、水平连接卡码；421、第一通孔；422、第二通孔；43、第一调节杆；
59.5、水平撑杆；
60.6、舷侧板支护组件；61、第二撑板；62、第二调节杆；63、螺杆；
61.7、剪刀撑。
具体实施方式
62.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
63.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
65.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，
术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
66.本发明实施例提供一种古沉船置换支护装置，如图1-图2所示，能够将古沉船100从沉箱1的淤泥内置换出来，实现古沉船100的打捞支护置换。具体地，古沉船置换支护装置包括支护支撑框架平台200、支护组件300、支护布置监测系统400以及支护施工决策和支持系统500，在古沉船100的发掘过程中逐层铺设支护支撑框架平台200，支护组件300的两端分别连接支护支撑框架平台200和古沉船100，以逐层对古沉船100进行支护保护；支护布置监测系统400设有多个监测点，多个监测点分别布置在古沉船100和支护支撑框架平台200上，用以在发掘过程中逐层监测古沉船100的形变以及支护支撑框架平台200的应力应变；支护施工决策和支持系统500被配置为修正和确定发掘过程中所需支护支撑框架平台200和支护组件300的数量和位置。
67.本发明提供的沉船置换支护装置，能够在发掘过程中为古沉船100逐步进行支护以提供有效的受力支撑，保证置换支护装置的整体结构稳定性，可以通过支护施工决策和支持系统500分析从现场古沉船100的开挖和支护过程中获得古沉船100的稳定性及支护设施的工作状态信息，修正和确定新的开挖方案和支护参数，逐步对古沉船100进行支护保护，并通过支护布置监测系统400能够实时监测古沉船100和支护组件300的应力应变和形变，在对古沉船100的逐层发掘过程中，逐层铺设支护支撑框架平台200和支护组件300，并逐层进行监测和决策，使得将古沉船100置换支护的过程安全可靠，效率高。
68.可选地，支护支撑框架平台100包括沉箱1、主网架2、竖向撑杆3和水平撑杆5，支护组件300包括隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6。其中，沉箱1包括底板12和侧板11，打捞后的古沉船100位于沉箱1内；需要说明的是，古沉船100通常为木质，为了对船体进行保护，在把古沉船100从淤泥中发掘出来的过程中，需要尽最大可能维持木质船体的原有形态，提高糟朽船体构件的强度，对船体进行支护加强，确保木质船体不发生收缩和变形。沉箱1能够将淤泥和古沉船100同时从海底打捞出来，后期需要清理淤泥以对古沉船100进一步打捞置换支护，得到完整的古沉船100，本发明的目的是将古沉船100从沉箱1的淤泥中打捞置换出来，其中需要不断的发掘淤泥，由于发掘过程中，淤泥在不断的逐层发掘后，对隔仓板101和舷侧板102等部位会产生压力，因此需要在发掘过程中对隔仓板101和舷侧板102进行支护保护，直至全部船体裸露完整，完成古沉船100的打捞。本实施例中，沉箱1为由四个侧板11围设一个底板12形成的顶部开口的箱体结构。
69.如图1，主网架2包括多根支撑梁21，多根支撑梁21沿水平方向横纵交叉铺设在沉箱1的顶部，支撑梁21的两端分别固定于沉箱1的侧板11且支撑梁21位于古沉船100的上方；主网架2的作用是在沉箱1内、古沉船100的上方形成主体支撑，是主要的受力和支撑构件，多根支撑梁21在水平面上纵横交错形成网格状，利于增加主网架2的结构强度。
70.竖向撑杆3设有多个，多个竖向撑杆3通过竖向连接卡码31连接于支撑梁21；需要说明的是，竖向撑杆3为金属圆管，在主网架2安装完成后，在主网架2上安装多个竖向连接卡码31，随着发掘过程的逐层进行，每个竖向连接卡码31处可安装一个竖向撑杆3，每个竖向撑杆3从上向下穿设竖向连接卡码31至古沉船100的船舱内并尽量靠近隔仓板101设置，竖向撑杆3的底端靠近隔仓板101的底部后通过竖向卡码31固定并锁紧位置。如图2，对应每一个隔仓板101的侧面设置多个竖向撑杆3，以便在发掘的过程中可以在多个竖向撑杆3上逐层设置隔仓板支护组件4以支撑隔仓板101，避免隔仓板101由于两侧受力不均造成损伤。
需要说明的是，竖向撑杆3伸入船体内的深度，可以根据隔仓板101的发掘裸露过程，逐步向下移动长度以便可以在竖向撑杆3上增设隔仓板支护组件4，实现对隔仓板101的逐层支护保护。
71.隔仓板支护组件4设有多个，多个隔仓板支护组件4的一端固定于竖向撑杆3，另一端能够支撑古沉船100的隔仓板101。可以理解，随着发掘过程的进行，隔仓板101的两个侧面的受力发生变化并且发掘深度越大，两个侧面的受力的差值越大，易对隔仓板101造成损伤，因此，根据支护布置监测系统400监测到的隔仓板101的两侧压力差，可以通过隔仓板支护组件4对隔仓板101进行支护保护，避免隔仓板101受力损伤。每个竖向撑杆3上间隔设置多个隔仓板支护组件4，多个竖向撑杆3在隔仓板101的侧面能够安装形成多排多列的隔仓板支护组件4，支护效果好，受力均衡。可以理解，隔仓板支护组件4用于古沉船100的船体内部的隔仓板101的支护保护。为了便于隔仓板支护组件4的安装固定，竖向撑杆3的顶端固定在主网架2的多个支撑梁21上。
72.水平撑杆5，沿水平方向设于古沉船100的舷侧板102和沉箱1的侧板11之间，水平撑杆5连接于竖向撑杆3。
73.如图2所示，水平撑杆5为沿水平方向的支撑结构，水平撑杆5的朝向沉箱1的侧板11的一端与侧板11固定连接，另一端与其长度方向的一个或多个竖向撑杆3连接。需要说明的是，此处水平撑杆5及舷侧板支护组件6，用于发掘古沉船100的外侧与沉箱1之间的淤泥的过程的支护保护，由于古沉船100的结构特点，竖向撑杆3通过底端与沉箱1的底板12固定的方式布置。多个竖向撑杆3间隔均布在沉箱1的底部形成竖向支撑，底端与沉箱1的底板12固定，长度方向上可以与多个水平撑杆5相交并连接以形成网格式支撑，支撑效果好，连接方式包括但不限于通过绑扎连接。本实施例中，一般通过钢管扣件进行连接，具体地，钢管扣件包括两个薄铁片，薄铁片的两端具有连接孔，螺钉或螺栓穿过连接孔并通过螺母锁紧以将两个薄铁片的两端固定，同时，两个薄铁片将竖向撑杆3和水平撑杆5夹紧固定。
74.舷侧板支护组件6设有多个，多个舷侧板支护组件6的一端连接于水平撑杆5，另一端能够支撑舷侧板102；如图1和图2所示，布置好多个水平撑杆5后，根据支护布置监测系统400的监测数据情况以及支护施工决策和支持系统500的支护指令，可以在舷侧板102上的相应位置进行支护，每个舷侧板支护组件6的一端止抵于舷侧板102，另一端可以连接固定在水平撑杆5上，连接方式采用钢管扣件，便于调整舷侧板支护组件6的支护角度，以便适合于舷侧板102的结构。
75.支护布置监测系统400被配置为监测隔仓板101、舷侧板102、主网架2、竖向撑杆3和水平撑杆5的应力应变，以及古沉船100的形变。
76.作为古沉船100上的主要承力结构，隔仓板101和舷侧板102在古沉船100发掘的过程中，随着淤泥的清理，隔仓板101或舷侧板102的两个侧面之间可能造成压力差，通过在发掘淤泥的过程中逐层布置支护布置监测系统400的监测点，并将支护组件300的数量和位置记录在支护施工决策和支持系统500，支护施工决策和支持系统500能够根据支护布置监测系统400的监测结果和录入的支护组件300的数量和位置信息，在每层逐层发掘后，重新计算古沉船100的结构安全性，修正和确定新的古沉船100的开挖方案和隔仓板支护组件4、舷侧板支护组件6的数量和位置。支护布置监测系统400实时监测隔仓板101和舷侧板102上的两侧压力差，以及主网架2的支撑梁21的受力后的弯曲程度，可以评估隔仓板101和船舱侧
板102的受力情况，根据受力情况，布置隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6，科学合理，可靠性高，且利于提高支护保护的效果。可以在不断的监测的过程中调节隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的支护数量、支护面积以及增设支护位置，以提供全面的支护保护。
77.本发明提供的古沉船置换支护装置，能够在发掘过程中逐步对古沉船100进行支护保护，包括对隔仓板101的支护保护和对舷侧板102的支护保护，并通过护布置监测系统400逐层布置监测点，通过支护施工决策和支持系统500检测和记录支护组件300的数量和位置，并与监测点进行对照，能够实时监测沉箱1和古沉船100的应力应变和形变，将古沉船100从沉箱4内置换出来的过程安全可靠，效率高。
78.可选地，支撑梁21为方管钢梁，支撑梁21的外侧包覆有防腐层。
79.在一些实施例中，支撑梁21为200
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200
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12mm的镀锌方钢，采用现场天车辅助吊装，主网架2采用分区布置，共分三个区，分别为船艏区、船舯区和船艉区。所有支撑梁21外部包裹pp板(聚丙烯材质)来进行防腐隔离处理利于保护支撑梁21，提高支撑梁21的使用寿命。
80.可选地，主网架2还包括牛腿，牛腿固定在沉箱1的侧板11上，支撑梁21的两端分别通过牛腿刚性连接于沉箱1。本实施例中，牛腿包括两个肘板和一个面板，两个肘板的侧边固定连接于沉箱1的侧板11，两个肘板的顶端固定连接面板，支撑梁21的端部能够支撑并固定在面板上。采用牛腿结构固定主网架2的支撑梁21，利于提高支撑梁21的结构强度，及提高安装效率。
81.可选地，隔仓板支护组件4包括第一撑板41和水平连接卡码42，第一撑板41的一侧为柔性面，用于抵接支撑隔仓板101，第一撑板41的另一侧为刚性面，刚性面固定连接第一调节杆43；水平连接卡码42具有相互异面垂直的第一通孔421和第二通孔422，第一调节杆43和竖向撑杆3能够分别穿设在第一通孔421和第二通孔422内并固定。
82.如图4和图5所示，第一撑板41的柔性面采用海绵垫片材质，第一撑板41的柔性面用于直接接触支撑隔仓板101，利于保护隔仓板101，避免对隔仓板101造成二次伤害。第一撑板41的刚性面采用pp板或金属材质，第一撑板41的刚性面与第一调节杆43为一体结构，第一撑板41的刚性面和柔性面之间设置垫木进行连接和缓冲，且便于调节第一撑板41的柔性面与刚性面之间的距离，以便提供较好的支护效果。海绵垫、垫木和pp板三者之间采用粘接和螺钉连接的方式组装呈支撑面，便于安装。第一调节杆43和竖向撑杆3分别穿设第一通孔421和第二通孔422后，采用顶丝的方式将第一调节杆43和竖向撑杆3固定在水平连接卡码42上，受力位置和大小可调。
83.可选地，舷侧板支护组件6包括第二撑板61和第二调节杆62，第二撑板61的一侧为柔性面，第二撑板61的柔性面用于抵接支撑于舷侧板102，第二撑板61的另一侧为刚性面，第二撑板61的刚性面上垂直连接螺杆63；第二调节杆62具有内螺纹孔，第二调节杆62能够与螺杆63背离第二撑板61的一端螺纹连接，第二调节杆62固定连接于竖向撑杆3和/或水平撑杆5。
84.结合图2和图6，第二调节杆62与螺杆63螺纹连接，利于调节第二调节杆62和螺杆63的总长度，以便于第二调节杆62能够与最近的竖向撑杆3或水平撑杆5进行连接固定，连接固定方式包括但不限于钢管扣件连接或绑扎固定连接，以便于调节第二撑板61的支撑角度。其中，第二撑板61与第一撑板41具有相同的结构，包括海绵垫、垫木和pp板，预组装为一
体结构以便于安装。本实施例中，如图6，pp板设有两层，两层pp板之间通过螺栓连接，且通过螺母在螺栓上的旋紧位置，可以调节两个pp板之间的间距，配合第二调节杆62和螺杆63，可以微调第二撑板61的支撑距离和支撑角度，以便提供精确的支护保护。
85.可选地，支护布置监测系统400包括全站仪401、应力应变测量仪402和显示器403，全站仪401设有多个，多个全站仪401间隔布置在沉箱1外侧周围，多个全站仪401的多个监测点布置在主网架2上，以及古沉船100的隔仓板101和舷侧板102上，用于监测主网架2、隔仓板101和舷侧板102的受力变形情况。本实施例中，全站仪401的监测点也布置在主网架2的支撑梁21上，用于监测主网架2的受力和形变情况，进而可以评估隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的受力或变形情况。应力应变测量仪402的多个监测点布置在主网架2、竖向撑杆3和水平撑杆5上，也可以进一步布置在隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的柔性面上用以监测隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的应力应变的变化值，用以指导隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的设置数量和/或支撑面积。显示器403电连接全站仪401和应力应变测量仪402以接收监测数据和进行数据处理。显示器403能够对接收到的应力应变数据和全站仪401的形变数据进行显示，显示信息包括监测点的位置信息。实现对古沉船100支护置换过程的数据监测，用以指导隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的布置。需要说明的是，全站仪401和应力应变测量仪402的多个监测点还可以布置在沉箱1的底板12和侧板11上，用以检测和检测沉箱1的形变情况和承受的应力应变情况，以便对沉箱1进行实时监测，确保发掘过程提供稳定的支撑。
86.可选地，古沉船置换支护装置还包括剪刀撑7，剪刀撑7的端点分别连接于水平撑杆5和/或竖向撑杆3。
87.如图1和图2所示，剪刀撑7包括交叉设置的两个斜撑，斜撑的两端分别连接水平撑杆5或竖向撑杆3，剪刀撑7包括水平剪刀撑和竖向剪刀撑两种，水平剪刀撑的间距2m作用，竖向剪刀撑的间距4.5m作用，同一排设置多个剪刀撑7，剪刀撑7的斜撑的两端与水平撑杆5或竖向撑杆3焊接固定，用以保证竖向撑杆3和水平撑杆5的整体稳定性。
88.可选地，竖向连接卡码31包括上板311、下板312和连接件313，上板311和下板312的两端分别设有安装孔314，上板311和下板312分别设于支撑梁21的上下两侧并夹设支撑梁21，两个竖向撑杆3能够分别穿设上板311和下板312上相对应位置的安装孔314并固定；连接件313连接上板311和下板312。
89.如图7-图9所示，上板311和下板312具有相同的结构，以上板311为例，上板311朝向支撑梁21的一侧设有一组限位结构315，限位结构315的间距等于支撑梁21的宽度，使得支撑梁21能够刚好限位于限位结构315内，便于进一步的安装。本实施例中限位结构315为三角形板筋结构，焊接在上板311的表面，具有增加上板311强度的作用。当上板311和下板312夹紧限位支撑梁21后，通过连接件313连接。连接件313包括丝杆3131和螺母3132，两端具有螺纹的丝杆3131同时穿设上板311和下板312并通过螺母3132锁紧丝杆3131的两端，实现上板311和下板312的固定。由于竖向撑杆3同时穿设在上板311和下板312上，利于确保竖向撑杆3的竖直位置。进一步地，竖向撑杆3还分别通过顶丝顶紧固定在安装孔314内。
90.可选地，如图3，支护施工决策和支持系统500包括支护参数显示仪501、支护安全计算模块502和支护施工决策和支持模块503，支护参数显示仪503用于显示隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的数量及具体位置；同时也可以接收显示器403的监测数据并进行
显示，进而可以对相同或相近监测点处的支护组件300、竖向撑杆3和水平撑杆5的数量和位置进行显示，便于对照分析。支护安全计算模块502通讯连接全站仪401和应力应变测量仪402以接收发掘过程中不同阶段的形变数据和应力应变数据，通过把第n阶段监测数据与第n-1阶段的监测数据进行对比，计算第n阶段需要增加的隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的数量及具体位置，以及水平撑杆5和竖向撑杆3的位置和数量，并发送支护指令；其中，第n阶段对应逐层发掘到第n层。，支护参数显示仪503根据该支护指令更新显示隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的数量及具体位置信息；支护施工决策和支持模块503根据支护指令，调整开挖方案和支护组件300的数量和具体位置，实行差别修正，以确保开挖过程中应力应变数据与形变数据都处于预设的数据范围内。
91.本发明还提供一种古沉船置换支护施工方法，根据本发明提供的古沉船置换支护装置，古沉船置换支护施工方法包括如下步骤：
92.s0，支护施工决策和支持系统500根据古沉船100的结构建立的有限元模型并计算确定古沉船100的初始开挖方案和支护参数，并储存；支护参数包括支护支撑框架平台200的位置、支护组件300的数量和位置，以及支护布置监测系统400的监测点的位置；支护支撑框架平台200的位置包括竖向撑杆3的位置和水平撑杆5的位置，进而可以确定竖向撑杆3和水平撑杆5的数量。
93.s1，支护施工决策和支持系统500根据支护布置监测系统400对沉箱1的监测结果，评估沉箱1的结构强度是否满足支护支撑的需要，若不满足，则先加强沉箱1的结构；加强沉箱1的结构包括在侧板11和底板12的内侧设置钢管网架，用于连接和固定主网架2、竖向撑杆3和水平撑杆5，提供焊接点位和支撑点。
94.s2，在沉箱1的顶端铺设主网架2；主网架2铺设在沉箱1的顶部位于古沉船100的上方，用于固定竖向撑杆3以设置隔仓板支护组件4来支护隔仓板101。同时，竖向撑杆3位于古沉船100外侧时，可以用于连接固定水平撑杆5，以便于在船体和沉箱1之间形成支护网格结构，便于增设舷侧板支护组件6。在一些实施例中，主网架2为钢网架，采用镀锌方钢外部包裹pp板防腐处理。同时，在主网架2和沉箱1上关键位置布置支护布置监测系统400的监测点。
95.s3，逐层发掘古沉船100的船体内部舱室，支护施工决策和支持系统500根据支护布置监测系统400对隔仓板101的监测结果，评估隔仓板101的强度，如果隔仓板101需要支护，则安装竖向撑杆3和隔仓板支护组件4对隔仓板101进行支护，竖向撑杆3的高度始终大于发掘深度；发掘过程中不断检测隔仓板101的受力情况，根据需要布置竖向撑杆3和隔仓板支护组件4。其中，支护布置监测系统400采用全站仪401和应力应变测量仪402(振弦式)，古沉船100的船体变形监测点布置在隔仓板101和舷侧板102上，两侧分别布置不小于十个监测点，能够监测得到古沉船100的形变数据，监测点布置在主网架2和沉箱1上用于监测主网架2和沉箱1的形变数据。应力应变测量仪402的监测点均匀布置在主网架2、水平撑杆5和竖向撑杆3上，布置数量不小于二十个。
96.s4，逐层发掘古沉船100的船体外部，并逐层安装水平撑杆5；水平撑杆5焊接在沉箱1内部的钢管网架上，并连接于与之接触的最近的竖向撑杆3，水平撑杆5和竖向撑杆3在古沉船100和沉箱1之间形成支护网络。
97.s5，支护施工决策和支持系统500根据支护布置监测系统400对舷侧板102的监测
结果，评估舷侧板102的强度，如果舷侧板102需要支护，则安装舷侧板支护组件6。
98.其中，舷侧板支护组件6中，螺杆63和第二调节杆62中，至少一个上设有扳手，用于实现二者之间的相互转动。在布置舷侧板支护组件6时，沿古沉船100的深度方向的纵向间距为n米，n不大于0.4m。水平撑杆5为钢管框架，沿船长度方向的纵向间距为0.925m，横向间距为1m。水平撑杆5与沉箱1之间焊接固定，连接部位设置处沉箱1的增强骨材处。
99.s6，支护施工决策和支持系统500综合评估多个隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的受力情况，当隔仓板支护组件4和/或舷侧板支护组件6的受力达到许用值的75％时，则增加隔仓板支护组件4和/或舷侧板支护组件6的数量或面积。可以理解，支护过程中，隔仓板支护组件4的数量，根据支护布置监测系统400的实际监测情况，由支护施工决策和支持系统500计算确定，即当得到的受力情况达到许用值75％左右时，需要在监测的受力数据大的位置增加支护组件300的数量及面积，进而减小隔仓板支护组件4的受力。舷侧板支护组件6的数量，以及竖向撑杆3和水平撑杆5的位置也同样根据监测数据计算后布置。
100.本发明提供的古沉船置换支护施工方法，通过在发掘的过程中逐步增加竖向撑杆3、隔仓板支护组件4、水平撑杆5和舷侧板支护组件6，便于在发掘过程中逐步支护保护，并在支护布置监测系统400和支护施工决策和支持系统500的实时监测状态下可以实时调整隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6，确保古沉船100安全置换。通过支护布置监测系统400和支护施工决策和支持系统500来获得隔仓板支护组件4和舷侧板支护组件6的支护数量，避免了古沉船100发掘过程中依赖人工经验出现的误判，使得整个支护过程安全可靠。
101.本发明提供的古沉船置换支护装置和支护施工方法，解决了古沉船100被整体打捞时的支护保护的技术难题，在发掘过程中，实现了船体从沉箱1内的淤泥中顺利置换出来。本发明适用于各类整体打捞古沉船100发掘施工考古项目，为我国古沉船100的船置换支护保护提供了扎实的技术支撑和科学可靠的实现方法，推动了古沉船100保护技术的发展，具有较高的应用价值。
102.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.古沉船置换支护装置，其特征在于，包括：支护支撑框架平台(200)、支护组件(300)、支护布置监测系统(400)以及支护施工决策和支持系统(500)，在古沉船(100)的发掘过程中逐层铺设所述支护支撑框架平台(200)，所述支护组件(300)的两端分别连接所述支护支撑框架平台(200)和古沉船(100)，以逐层对所述古沉船(100)进行支护保护；所述支护布置监测系统(400)设有多个监测点，多个所述监测点分别布置在所述古沉船(100)和所述支护支撑框架平台(200)上，用以在发掘过程中逐层监测所述古沉船(100)的形变以及所述支护支撑框架平台(200)的应力应变；所述支护施工决策和支持系统(500)被配置为修正和确定发掘过程中所需支护支撑框架平台(200)和支护组件(300)的数量和位置。2.根据权利要求1所述的古沉船置换支护装置，其特征在于，所述支护支撑框架平台(200)包括：沉箱(1)，所述沉箱(1)包括侧板(11)和底板(12)，所述侧板(11)绕所述底板(12)周向围绕设置以形成顶端开口的箱型结构，打捞的古沉船(100)位于所述沉箱(1)内；主网架(2)，所述主网架(2)包括多根支撑梁(21)，多根所述支撑梁(21)沿水平方向交叉铺设在所述沉箱(1)内，所述支撑梁(21)的两端分别固定于所述沉箱(1)的侧板(11)且所述支撑梁(21)位于所述古沉船(100)的上方；竖向撑杆(3)，所述竖向撑杆(3)设有多个，多个所述竖向撑杆(3)通过竖向连接卡码(31)连接于所述支撑梁(21)；水平撑杆(5)，包括纵向水平撑杆和横向水平撑杆，所述水平撑杆(5)沿水平方向设于所述古沉船(100)的舷侧板(102)和所述沉箱(1)的侧板(11)之间，所述水平撑杆(5)连接于所述竖向撑杆(3)。3.根据权利要求2所述的古沉船置换支护装置，其特征在于，所述支护组件(300)包括：隔仓板支护组件(4)，所述隔仓板支护组件(4)设有多个，多个所述隔仓板支护组件(4)的一端固定于所述竖向撑杆(3)，另一端能够支撑所述古沉船(100)的隔仓板(101)；舷侧板支护组件(6)，所述舷侧板支护组件(6)设有多个，多个所述舷侧板支护组件(6)的一端连接于所述水平撑杆(5)，另一端能够支撑所述舷侧板(102)，所述支护布置监测系统(400)的多个所述监测点分别布置在所述隔仓板(101)、所述舷侧板(102)、所述主网架(2)、所述竖向撑杆(3)和所述水平撑杆(5)上。4.根据权利要求2所述的古沉船置换支护装置，其特征在于，所述支撑梁(21)为方管钢梁，所述支撑梁(21)的外侧包覆有防腐层。5.根据权利要求3所述的古沉船置换支护装置，其特征在于，所述隔仓板支护组件(4)包括：第一撑板(41)，所述第一撑板(41)的一侧为柔性面，所述第一撑板(41)的柔性面用于抵接支撑所述隔仓板(101)，所述第一撑板(41)的另一侧为刚性面，所述第一撑板(41)的刚性面固定连接第一调节杆(43)；水平连接卡码(42)，所述水平连接卡码(42)具有相互异面垂直的第一通孔(421)和第二通孔(422)，所述第一调节杆(43)和所述竖向撑杆(3)能够分别穿设在所述第一通孔(421)和所述第二通孔(422)内并固定。6.根据权利要求3所述的古沉船置换支护装置，其特征在于，所述舷侧板支护组件(6)包括：
第二撑板(61)，所述第二撑板(61)的一侧为柔性面，所述第二撑板(61)的柔性面用于抵接支撑于所述舷侧板(102)，所述第二撑板(61)的另一侧为刚性面，所述第二撑板(61)的刚性面上垂直设置螺杆(63)；第二调节杆(62)，所述第二调节杆(62)具有内螺纹孔，所述第二调节杆(62)能够与所述螺杆(63)背离所述第二撑板(61)的一端螺纹连接，所述第二调节杆(62)固定连接于所述竖向撑杆(3)和/或所述水平撑杆(5)。7.根据权利要求3所述的古沉船置换支护装置，其特征在于，所述支护布置监测系统(400)包括：全站仪(401)，所述全站仪(401)设有多个，多个所述全站仪(401)间隔布置在所述沉箱(1)外侧周围，所述全站仪(401)的多个所述监测点布置在所述隔仓板(101)和所述舷侧板(102)上，用以接收所述古沉船(100)的形变数据，所述全站仪(401)的多个所述监测点的数量由所述支护施工决策和支持系统(500)确定；应力应变测量仪(402)，所述应力应变测量仪(402)的多个所述监测点布置在所述主网架(2)、所述竖向撑杆(3)和所述水平撑杆(5)上用以接收应力应变数据；所述应力应变测量仪(402)的多个所述监测点数量由所述支护施工决策和支持系统(500)确定；显示器(403)，所述显示器(403)电连接所述全站仪(401)和所述应力应变测量仪(402)以接收并显示所述形变数据和所述应力应变数据。8.根据权利要求7所述的古沉船置换支护装置，其特征在于，所述支护施工决策和支持系统(500)包括：支护参数显示仪，显示所述隔仓板支护组件(4)和所述舷侧板支护组件(6)的数量及具体位置；支护安全计算模块，通讯连接所述全站仪(401)和所述应力应变测量仪(402)以接收发掘过程中不同阶段的所述形变数据和所述应力应变数据，通过把第n阶段监测数据与第n-1阶段的监测数据进行对比，计算第n阶段需要增加的所述隔仓板支护组件(4)和所述舷侧板支护组件(6)的数量及具体位置，并发送支护指令；支护施工决策和支持模块，根据所述支护指令，调整开挖方案和所述支护组件(300)的数量和具体位置，实行差别修正，以确保开挖过程中所述应力应变数据与所述形变数据都处于预设的数据范围内。9.根据权利要求2所述的古沉船置换支护装置，其特征在于，所述竖向连接卡码(31)包括：上板(311)和下板(312)，所述上板(311)和所述下板(312)的两端分别设有安装孔(314)，所述上板(311)和所述下板(312)分别设于所述支撑梁(21)的上下两侧并夹设所述支撑梁(21)，两个所述竖向撑杆(3)能够分别穿设所述上板(311)和所述下板(312)上相对应位置的所述安装孔(314)并固定；连接件(313)，所述连接件(313)连接所述上板(311)和下板(312)。10.古沉船置换支护施工方法，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述的古沉船置换支护装置，所述古沉船置换支护施工方法包括如下步骤：s0，支护施工决策和支持系统(500)根据古沉船(100)的结构建立的有限元模型并计算确定所述古沉船(100)的初始开挖方案和支护参数，并储存；所述支护参数包括支护支撑框
架平台(200)的位置、支护组件(300)的数量和位置，以及支护布置监测系统(400)的监测点的位置；s1，支护施工决策和支持系统(500)根据所述支护布置监测系统(400)对沉箱(1)的监测结果，评估所述沉箱(1)的结构强度是否满足支护支撑的需要，若不满足，则先加强所述沉箱(1)的结构；s2，在所述沉箱(1)的顶端铺设主网架(2)；s3，逐层发掘所述古沉船(100)的船体内部舱室，所述支护施工决策和支持系统(500)根据支护布置监测系统(400)对隔仓板(101)的监测结果，评估所述隔仓板(101)的强度，如果所述隔仓板(101)需要支护，则安装竖向撑杆(3)和隔仓板支护组件(4)对所述隔仓板(101)进行支护；s4，逐层发掘所述古沉船(100)的船体外部，并逐层安装水平撑杆(5)；s5，所述支护施工决策和支持系统(500)根据所述支护布置监测系统(400)的舷侧板(102)的监测结果，评估舷侧板(102)的强度，如果所述舷侧板(102)需要支护，则安装舷侧板支护组件(6)；s6，支护施工决策和支持系统(500)评估多个所述隔仓板支护组件(4)和所述舷侧板支护组件(6)的受力情况，当所述隔仓板支护组件(4)和/或所述舷侧板支护组件(6)的受力达到许用值的75％时，则增加所述隔仓板支护组件(4)和/或所述舷侧板支护组件(6)的数量或面积。

技术总结
本发明属于考古挖掘和机械施工技术领域，公开了一种古沉船置换支护装置和支护施工方法，古沉船置换支护装置包括支护支撑框架平台、支护组件、支护布置监测系统以及支护施工决策和支持系统，支护组件的两端分别连接支护支撑框架平台和古沉船，以对古沉船的隔仓板和舷侧板进行支护保护；支护布置监测系统设有多个监测点，多个监测点分别布置在古沉船和支护支撑框架平台上，用以监测古沉船的形变以及支护支撑框架平台的应力应变；支护施工决策和支持系统被配置为修正和确定新的支护组件的数量和位置。本发明能够在发掘过程中逐步对古沉船进行精细化支护保护，将古沉船从海泥中置换出来，置换安全可靠，效率高。效率高。效率高。


技术研发人员：李军 胡方 黄贤俊 王阳刚 陈晓明 李汪讳 吴雄祥 王桐 万兵 余乐 潘博玑 刘骐 赖彬彬
受保护的技术使用者：交通运输部广州打捞局
技术研发日：2023.01.29
技术公布日：2023/3/31