沉井水下作業(yè)

伴隨大跨徑橋梁發(fā)展，更大荷載需求的沉井基礎也朝著大平面、深下沉等方向持續(xù)拓展，攻克水下施工環(huán)境復雜、下沉控制困難、決策有效性反饋不及時等難題成為施工建設者的重要目標。

　　當前，沉井施工仍過度依賴人工操作。沉井監(jiān)控需人工測量結構數(shù)據(jù)，施工危險性大、信息反饋不及時、信息測量不全面，施工決策需依賴工程經(jīng)驗，難以為復雜環(huán)境下沉井基礎施工提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

　　近年來，不斷完善科技創(chuàng)新體系，探索智能建造領域，持續(xù)展開技術攻關，形成以沉井集群取土系統(tǒng)、沉井施工智能監(jiān)控系統(tǒng)為代表的一批具有自主知識產(chǎn)權的核心成果，在橋梁智能建造領域邁出堅實步伐。

　　智能裝備精準水下取土

　　長江大橋是長江上集高速公路、城際鐵路、公路“三位一體”的過江通道，要讓沉井在江底穩(wěn)穩(wěn)安家，取土是第一步。

　　傳統(tǒng)施工中，取土需通過門作員手持遙控器完成吸泥管的下放、起升、移位等動作，這種方法存在定位精度差、夜晚工作效率低、容易出現(xiàn)翻砂等問題。

　　為此，技術團隊按照機器人替代思路開展相關試驗研究，結合國內(nèi)外沉井施工案例及工業(yè)自動化控制技術成果，研發(fā)出一套智能化氣舉取土裝備與集群控制系統(tǒng)。

　　通過在門吊上加裝的高精度傳感器，吸泥管平面位置及高程信息便能自動被感知并形成數(shù)據(jù)。技術團隊根據(jù)傳感器獲得的數(shù)據(jù)，再結合沉井結構，在井孔內(nèi)預設吸泥點位置、吸泥管下放深度和移動路徑。當吸泥管單點吸泥達到設定深度后，會在門吊的控制下自動移至下一點位進行吸泥，當井孔內(nèi)所有點位完成一次作業(yè)后，吸泥管又會變身“測量桿”，利用傳感器再次測量作業(yè)后的泥面高度。這樣一來，取土作業(yè)真正實現(xiàn)了可控、可視、可測的目標。

　　由于沉井是圓角長方體，常規(guī)水下取土設備無法覆蓋沉井全部結構，取土作業(yè)也面臨盲區(qū)。為此，技術團隊同時研發(fā)了機械臂水下智能取土機器人，在長江大橋沉井成功應用。

　　機械臂水下定點取土機器人由上部平臺和水下機器人本體組成。作業(yè)時，上部平臺下放水下機器人本體至工作區(qū)域后，水下機器人支撐于沉井井壁完成駐位，通過機械臂伸縮、回轉、俯仰來破除常規(guī)取土設備無法觸及的土體。水下機器人擁有靈活的手臂，哪里有盲區(qū)就去哪里取土。

　　“火眼金睛”探秘長江底

　　長江大橋主墩鋼沉井的底部面積相當于10個籃球場，高度足有22層樓高，施工過程采用臺階型減沖刷減自重沉井基礎施工工藝，這對施工過程監(jiān)控要求高。

　　要讓這個大型結構安全精準到達水下位置，不僅要保證沉井姿態(tài)穩(wěn)定，還要清楚水下施工環(huán)境變化，更要根據(jù)沉井姿態(tài)、水下施工環(huán)境變化準確作出施工決策。

　　面對開荒式研發(fā)任務，技術團隊跨領域、跨學科尋找突破點，打通高精度自動采集網(wǎng)絡與多種傳感器、水下三維聲吶儀、取土控制系統(tǒng)等設備的數(shù)據(jù)交互通道，并自主研發(fā)人工智能輔助決策算法，能分析取土控制系統(tǒng)動作執(zhí)行數(shù)據(jù)、水下地形測量數(shù)據(jù)、沉井結構姿態(tài)數(shù)據(jù)，實時提供取土作業(yè)點位及沉井姿態(tài)調整決策信息。

　　同時，團隊將決策信息耦合至三維聲吶掃描數(shù)據(jù)，實現(xiàn)施工決策信息的三維可視化，創(chuàng)新性構建沉井施工智能監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控沉井施工下沉狀態(tài)。

　　團隊還將涵蓋空間姿態(tài)、結構受力和水文環(huán)境等多方面監(jiān)測指標的近400個高精度傳感器成功部署于沉井內(nèi)外位置。在沉井浮運、定位著床和取土下沉環(huán)節(jié)，智能監(jiān)控系統(tǒng)實時采集分析沉井施工全過程數(shù)據(jù)，施工人員通過手機App即可隨時查看沉井實時狀態(tài)。監(jiān)控系統(tǒng)的智能輔助決策模塊經(jīng)過大量數(shù)據(jù)訓練后，可提供精準有效的施工決策建議，實現(xiàn)了鋼沉井下沉全過程可測、可視、可控。

　　“這套沉井施工監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋感知、識別、控制、反饋等智能化監(jiān)控要素，能對沉井狀態(tài)作出合理判斷，是新一代人工智能技術助力橋梁智能建造的代表性成果。”