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沉井水下作業難題

來源:江蘇華航水下工程有限公司   2024年08月30日 16:46  

沉井水下作業

伴隨大跨徑橋梁發展,更大荷載需求的沉井基礎也朝著大平面、深下沉等方向持續拓展,攻克水下施工環境復雜、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。

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  當前,沉井施工仍過度依賴人工操作。沉井監控需人工測量結構數據,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驗,難以為復雜環境下沉井基礎施工提供可靠的數據支撐。


  近年來,不斷完善科技創新體系,探索智能建造領域,持續展開技術攻關,形成以沉井集群取土系統、沉井施工智能監控系統為代表的一批具有自主知識產權的核心成果,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,要讓沉井在江底穩穩安家,取土是第一步。

  傳統施工中,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,結合國內外沉井施工案例及工業自動化控制技術成果,研發出一套智能化氣舉取土裝備與集群控制系統。

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  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據。技術團隊根據傳感器獲得的數據,再結合沉井結構,在井孔內預設吸泥點位置、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,當井孔內所有點位完成一次作業后,吸泥管又會變身“測量桿”,利用傳感器再次測量作業后的泥面高度。這樣一來,取土作業真正實現了可控、可視、可測的目標。


  由于沉井是圓角長方體,常規水下取土設備無法覆蓋沉井全部結構,取土作業也面臨盲區。為此,技術團隊同時研發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。作業時,上部平臺下放水下機器人本體至工作區域后,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穩定,還要清楚水下施工環境變化,更要根據沉井姿態、水下施工環境變化準確作出施工決策。

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  面對開荒式研發任務,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絡與多種傳感器、水下三維聲吶儀、取土控制系統等設備的數據交互通道,并自主研發人工智能輔助決策算法,能分析取土控制系統動作執行數據、水下地形測量數據、沉井結構姿態數據,實時提供取土作業點位及沉井姿態調整決策信息。


  同時,團隊將決策信息耦合至三維聲吶掃描數據,實現施工決策信息的三維可視化,創新性構建沉井施工智能監控系統,實時監控沉井施工下沉狀態。


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


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


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