在現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，沉管法施工因其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在海底隧道、過江通道等工程中得到廣泛應(yīng)用。智能時(shí)代的到來，為沉管法施工帶來了革命性的技術(shù)革新，數(shù)字化監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制技術(shù)的融入，極大地提升了施工效率、精度與安全性。

沉管法施工概述

沉管法施工是先在隧址以外的預(yù)制場(chǎng)地制作隧道管段，管段兩端用臨時(shí)封墻封閉，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，浮運(yùn)至隧址指定位置，定位后向管段水箱內(nèi)或用其他加載方式施加荷載，使之下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后進(jìn)行水下連接。相較于其他隧道施工方法，沉管隧道施工對(duì)周圍環(huán)境影響小，施工速度相對(duì)較快，且適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件的能力較強(qiáng)。

智能時(shí)代前的沉管法施工挑戰(zhàn)

在傳統(tǒng)沉管法施工中，施工人員面臨諸多挑戰(zhàn)。管段浮運(yùn)過程中，受水流、風(fēng)浪等自然因素影響大，難以精確控制管段的位置與姿態(tài)，導(dǎo)致定位精度不高。例如在早期一些跨江沉管隧道施工中，因定位偏差，需要耗費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行后期調(diào)整，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。同時(shí)，在管段沉放對(duì)接環(huán)節(jié)，依靠人工經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單儀器監(jiān)測(cè)，難以實(shí)時(shí)、全面掌握管段的下沉速度、傾斜度等關(guān)鍵參數(shù)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)革新

傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用

在智能時(shí)代，各類先進(jìn)傳感器成為沉管法施工數(shù)字化監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。高精度的位移傳感器被安裝在管段的關(guān)鍵部位，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)管段在浮運(yùn)、沉放過程中的三維位移變化，精度可達(dá)毫米級(jí)。如在深中通道沉管隧道施工中，通過在沉管上布置大量位移傳感器，可精確掌握沉管在復(fù)雜海況下的位置變動(dòng)，為施工決策提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持。壓力傳感器則用于監(jiān)測(cè)管段各部位受到的水壓力、土壓力等，幫助施工人員了解管段的受力狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患。

基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸

借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將分布在管段、施工船舶、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等各處的傳感器連接成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)。傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊，實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。以大連灣沉管隧道施工為例，施工現(xiàn)場(chǎng)部署了數(shù)千個(gè)傳感器，這些傳感器采集的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)迅速匯聚到數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了施工數(shù)據(jù)的全面、實(shí)時(shí)采集與傳輸，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理奠定基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)分析與可視化

數(shù)據(jù)處理中心運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析。通過建立數(shù)學(xué)模型，能夠預(yù)測(cè)管段的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)、受力變化等。同時(shí)，將分析結(jié)果以直觀的可視化形式呈現(xiàn)，如通過三維模型展示管段的實(shí)時(shí)位置、姿態(tài)，用圖表展示各項(xiàng)參數(shù)的變化曲線。施工人員通過可視化界面，可一目了然地掌握施工狀況，快速做出決策。

自動(dòng)化控制技術(shù)革新

沉管浮運(yùn)自動(dòng)化

在沉管浮運(yùn)環(huán)節(jié)，自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)揮著重要作用。例如 “一航津安 1” 號(hào)自航式沉管運(yùn)輸安裝一體船，配備了先進(jìn)的自動(dòng)循跡系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的航行路線和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的船舶位置、水流等信息，自動(dòng)調(diào)整船舶的推進(jìn)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使沉管能夠沿著精確的軌跡浮運(yùn)至施工地點(diǎn)。其航跡偏移量可控制在極小范圍內(nèi)，大大提高了浮運(yùn)的安全性和準(zhǔn)確性，減少了對(duì)臨時(shí)航道疏浚量的需求。

沉管沉放自動(dòng)化

沉管沉放過程中的自動(dòng)化控制確保了沉放精度和施工安全。自動(dòng)化的壓載水控制系統(tǒng)能夠根據(jù)管段的下沉速度、傾斜度等參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)管段內(nèi)的壓載水量，實(shí)現(xiàn)管段的勻速、平穩(wěn)下沉。同時(shí)，管節(jié)拉合控制系統(tǒng)可自動(dòng)完成管段之間的對(duì)接和拉合操作，通過精確控制拉合力度和位置，確保管段連接的密封性和穩(wěn)定性。在一些工程中，沉管沉放的自動(dòng)化控制精度已達(dá)到厘米級(jí)，極大提升了施工質(zhì)量。

施工設(shè)備協(xié)同自動(dòng)化

智能時(shí)代下，沉管法施工中的各類設(shè)備實(shí)現(xiàn)了協(xié)同自動(dòng)化作業(yè)。施工船舶、起重設(shè)備、定位系統(tǒng)等通過統(tǒng)一的控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，根據(jù)施工流程和指令自動(dòng)完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)沉管到達(dá)指定位置準(zhǔn)備下沉?xí)r，船舶自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)，起重設(shè)備配合松放吊索，定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并微調(diào)沉管位置，整個(gè)過程無需過多人工干預(yù)，提高了施工效率，減少了人為操作失誤帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)革新帶來的效益

提高施工效率

數(shù)字化監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，大大縮短了沉管法施工各環(huán)節(jié)的作業(yè)時(shí)間。例如，傳統(tǒng)沉管浮運(yùn)定位可能需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天，而采用自動(dòng)化浮運(yùn)系統(tǒng)后，可將時(shí)間縮短至數(shù)小時(shí)以內(nèi)。施工設(shè)備的協(xié)同自動(dòng)化作業(yè)，也減少了工序之間的銜接時(shí)間，整體施工效率大幅提升。在深中通道等大型工程中，新技術(shù)的應(yīng)用使得施工周期明顯縮短，為項(xiàng)目早日投入使用創(chuàng)造了條件。

提升施工精度與質(zhì)量

高精度的數(shù)字化監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化控制，確保了沉管在浮運(yùn)、沉放和對(duì)接過程中的位置、姿態(tài)精確可控。管段對(duì)接精度的提高，有效減少了滲漏等質(zhì)量問題的發(fā)生。如一些采用新技術(shù)施工的沉管隧道，管段對(duì)接誤差控制在極小范圍內(nèi)，提高了隧道的整體質(zhì)量和使用壽命。

增強(qiáng)施工安全性

通過數(shù)字化監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中的安全隱患，如管段的異常位移、受力突變等，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警。自動(dòng)化控制減少了施工人員在危險(xiǎn)環(huán)境下的作業(yè)時(shí)間和強(qiáng)度，降低了人為操作失誤引發(fā)事故的風(fēng)險(xiǎn)。在復(fù)雜的水下施工環(huán)境中，新技術(shù)為施工人員的安全提供了有力保障。

未來展望

隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，沉管法施工中的數(shù)字化監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制技術(shù)將持續(xù)創(chuàng)新。一方面，傳感器技術(shù)將更加微型化、高精度化，能夠獲取更全面、細(xì)致的施工數(shù)據(jù)。另一方面，人工智能技術(shù)將進(jìn)一步融入施工控制過程，實(shí)現(xiàn)施工決策的智能化。例如，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)歷史施工數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)優(yōu)化施工方案和控制參數(shù)。同時(shí)，隨著 5G 等新一代通信技術(shù)的普及，施工數(shù)據(jù)的傳輸將更加高效、穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程施工監(jiān)控和管理提供更好的支持。

智能時(shí)代下數(shù)字化監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制技術(shù)的革新，正深刻改變著沉管法施工的面貌。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提升了沉管法施工的水平，也為未來更多復(fù)雜交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

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