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(chǔ)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(fù)雜、下沉控制困難、決策有效性反饋不及時(shí)等難題成為施工建設(shè)者的重要目標(biāo)。

　　當(dāng)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(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，施工危險(xiǎn)性大、信息反饋不及時(shí)、信息測量不全面，施工決策需依賴工程經(jīng)驗(yàn)，難以為復(fù)雜環(huán)境下沉井基礎(chǔ)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(lǐng)域，持續(xù)展開技術(shù)攻關(guān)，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(shí)產(chǎn)權(quán)的核心成果，在橋梁智能建造領(lǐng)域邁出堅(jiān)實(shí)步伐。

　　智能裝備精準(zhǔn)水下取土

　　長江大橋是長江上集高速公路、城際鐵路、一級(jí)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(dòng)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(shù)團(tuán)隊(duì)按照機(jī)器人替代思路開展相關(guān)試驗(yàn)研究，結(jié)合國內(nèi)外沉井施工案例及工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)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(dòng)被感知并形成數(shù)據(jù)。技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)傳感器獲得的數(shù)據(jù)，再結(jié)合沉井結(jié)構(gòu)，在井孔內(nèi)預(yù)設(shè)吸泥點(diǎn)位置、吸泥管下放深度和移動(dòng)路徑。當(dāng)吸泥管單點(diǎn)吸泥達(dá)到設(shè)定深度后，會(huì)在門吊的控制下自動(dòng)移至下一點(diǎn)位進(jìn)行吸泥，當(dāng)井孔內(nèi)所有點(diǎn)位完成一次作業(yè)后，吸泥管又會(huì)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(shí)現(xiàn)了可控、可視、可測的目標(biāo)。

　　由于沉井是圓角長方體，常規(guī)水下取土設(shè)備無法覆蓋沉井全部結(jié)構(gòu)，取土作業(yè)也面臨盲區(qū)。為此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)同時(shí)研發(fā)了機(jī)械臂水下智能取土機(jī)器人，在長江大橋沉井成功應(yīng)用。

　　機(jī)械臂水下定點(diǎn)取土機(jī)器人由上部平臺(tái)和水下機(jī)器人本體組成。作業(yè)時(shí)，上部平臺(tái)下放水下機(jī)器人本體至工作區(qū)域后，水下機(jī)器人支撐于沉井井壁完成駐位，通過機(jī)械臂伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰來破除常規(guī)取土設(shè)備無法觸及的土體。水下機(jī)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(dāng)于10個(gè)籃球場，高度足有22層樓高，施工過程采用臺(tái)階型減沖刷減自重沉井基礎(chǔ)施工工藝，這對(duì)施工過程監(jiān)控要求高。

　　要讓這個(gè)大型結(jié)構(gòu)安全精準(zhǔn)到達(dá)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(zhǔn)確作出施工決策。

　　面對(duì)開荒式研發(fā)任務(wù)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)跨領(lǐng)域、跨學(xué)科尋找突破點(diǎn)，打通高精度自動(dòng)采集網(wǎng)絡(luò)與多種傳感器、水下三維聲吶儀、取土控制系統(tǒng)等設(shè)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(dòng)作執(zhí)行數(shù)據(jù)、水下地形測量數(shù)據(jù)、沉井結(jié)構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)提供取土作業(yè)點(diǎn)位及沉井姿態(tài)調(diào)整決策信息。

　　同時(shí)，團(tuán)隊(duì)將決策信息耦合至三維聲吶掃描數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)施工決策信息的三維可視化，創(chuàng)新性構(gòu)建沉井施工智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控沉井施工下沉狀態(tài)。

　　團(tuán)隊(duì)還將涵蓋空間姿態(tài)、結(jié)構(gòu)受力和水文環(huán)境等多方面監(jiān)測指標(biāo)的近400個(gè)高精度傳感器成功部署于沉井內(nèi)外位置。在沉井浮運(yùn)、定位著床和取土下沉環(huán)節(jié)，智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集分析沉井施工全過程數(shù)據(jù)，施工人員通過手機(jī)App即可隨時(shí)查看沉井實(shí)時(shí)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(xùn)練后，可提供精準(zhǔn)有效的施工決策建議，實(shí)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(shí)別、控制、反饋等智能化監(jiān)控要素，能對(duì)沉井狀態(tài)作出合理判斷，是新一代人工智能技術(shù)助力橋梁智能建造的代表性成果?！?/span>