智能化工裝對隧道施工成本的影響

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摘要：文章通過分析傳統(tǒng)隧道施工中混凝土澆筑工序存在的技術(shù)缺陷，明確智能化工裝應(yīng)用對提高隧道混凝土澆筑施工質(zhì)量的關(guān)鍵作用，并著重探討達(dá)成隧道施工減員增效目的時應(yīng)用到的智能化工裝系統(tǒng)，希望與同行共同探討。

關(guān)鍵詞：智能化；工裝應(yīng)用；隧道施工成本；影響分析

成本是工業(yè)生產(chǎn)需要考慮的重要內(nèi)容，隨著生產(chǎn)的精細(xì)化發(fā)展，系統(tǒng)需要大量冗余的設(shè)備才能夠保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。一旦主體設(shè)備出現(xiàn)故障，必須用備用設(shè)備來頂替。而正常情況下，備用設(shè)備長時間處于閑置狀態(tài)，但為了保證它在關(guān)鍵時刻的替代使用效果，還需要日常不間斷的對它進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，這無形中增加了生產(chǎn)的投資成本。近年來，智能化信息技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，智能化工裝技術(shù)在隧道施工的工藝中得到了創(chuàng)新性的推廣應(yīng)用，大大提高了隧道施工的質(zhì)量，降低了施工的成本，給施工單位帶來較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1智能化工裝應(yīng)用對隧道施工質(zhì)量帶來的影響

二襯智能工裝應(yīng)用減少施工人工成本，實(shí)現(xiàn)減員增效施工目標(biāo)。隨著建筑行業(yè)施工技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，在隧道施工過程中研發(fā)出了智能化的“光偉”二襯混凝土澆筑施工工藝，通過在隧道中應(yīng)用智能化工裝配置系統(tǒng)，有效的解決了混凝土澆筑不密實(shí)，拱部空洞的施工難題。利用先進(jìn)的技術(shù)改革創(chuàng)新混凝土施工系統(tǒng)的設(shè)備，不僅確保了隧道施工的進(jìn)度和質(zhì)量安全，還極大的縮減了人力的投入，實(shí)現(xiàn)了隧道施工減員增效的目的。隧道“光偉”二襯澆筑智能化系統(tǒng)主要有以下幾種裝置設(shè)備組成：（1）臺車端頭柔性搭接應(yīng)力控制設(shè)備。一般多是由橡膠板、半圓形密封橡膠片和壓力芯片組合成臺車的端頭柔性搭接和應(yīng)力控制系統(tǒng)，其中的橡膠板韌性較大，不容易受到二襯臺車擠壓而發(fā)生損壞，可以有效保證隧道兩個板間二襯混凝土搭接處的外觀和實(shí)體質(zhì)量。半圓形橡膠密封墊增加了混凝土和橡膠板之間的貼合度和密封效果，保證沒有溢漿和漏漿。橡膠板上用壓力芯片實(shí)現(xiàn)和電控箱連接，并實(shí)時顯示出橡膠板受到的壓力值，在壓力接近二襯混凝土的抗壓極限12帕斯卡時發(fā)出警示，保證上一板二襯混凝土不發(fā)生裂縫等質(zhì)量問題，解決了隧道襯砌板接縫處因混凝土頂裂發(fā)生掉塊的技術(shù)難題。（2）伸縮式透明擋頭模。伸縮式透明擋頭模是利用智能化信息技術(shù)對傳統(tǒng)二襯端頭模板進(jìn)行設(shè)備更新的產(chǎn)物，改裝后的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)從臺車外部對混凝土澆筑施工情況的可視性觀察，方便操作人員控制端頭出現(xiàn)的漏漿、環(huán)向止水帶松動切割混凝土和端頭混凝土澆筑出現(xiàn)空洞等問題，提高混凝土澆筑的施工質(zhì)量。（3）混凝土布料自動控制系統(tǒng)。經(jīng)過對臺車的混凝土澆筑分層裝置的改裝，在臺車上安裝光電定位裝置和傳感器，利用傳感器對混凝土澆筑面的感應(yīng)作用，對混凝土布料系統(tǒng)的對位換管和澆筑窗口進(jìn)行自動化控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑施工的分層和入模澆筑的自動化功能。從進(jìn)料口到出料口的全封閉管道完成混凝土輸送的過程中，不需要復(fù)雜的人工操作，只需操作人員通過智能遙控器，就能簡單快捷的完成混凝土輸送，而且不會造成施工材料的浪費(fèi)和環(huán)境污染，還大大縮短了澆筑施工的時間，在節(jié)省時間的同時解決了混凝土一孔灌到底澆筑方式造成的混凝土離析和出現(xiàn)冷縫等質(zhì)量問題，也規(guī)避了因長時間的混凝土澆筑施工引起頂部塌落造成輸送管道淤堵，明顯的提升了二襯實(shí)體混凝土澆筑的強(qiáng)度和外觀質(zhì)量。（4）插入式全自動振搗器。改良后的全自動振搗器有振搗器、控制線路及控制系統(tǒng)組成。它們分別安裝在隧道拱腰，四窗和拱頂部位，自動插入式把高頻振搗棒頂入拱腰等部位，通過手動啟動控制系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)閉功能，或者利用對混凝土澆筑表面的感應(yīng)裝置，實(shí)現(xiàn)自動控制開閉功能，進(jìn)行內(nèi)部混凝土振搗，解決了目前隧道拱腰及以上部位的混凝土振搗不密實(shí)和空洞問題，可以明顯改善拱腰以上部位混凝土澆筑效果和質(zhì)量。（5）三維激光掃描儀。二襯智能化工裝應(yīng)用中還安裝有三維激光掃描儀，利用信息技術(shù)的云數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)現(xiàn)對實(shí)際輸送的混凝土二襯澆筑充盈時的精確的監(jiān)測記錄。在輸送管道上安裝流量傳感器，記錄混凝土澆筑的方量和傳輸數(shù)據(jù)，保證混凝土的澆筑飽滿度。在臺車拱頂部位合理設(shè)置溢漿孔，排出壓縮氣體，解決因氣體壓力產(chǎn)生的澆筑空洞，并通過溢漿孔進(jìn)行補(bǔ)漿輸注處理。在鋪掛好的拱頂防水板上安裝紅外線夜視內(nèi)窺鏡，觀察拱頂混凝土澆筑情況。還可以在臺車上安裝視頻攝像頭，監(jiān)控各個窗口、振搗器和擋頭模等關(guān)鍵部位的作業(yè)情況，以便發(fā)現(xiàn)異常情況能夠及時處理，有效保證施工的安全和質(zhì)量。智能臺車更是專門研發(fā)的用于后臺進(jìn)行智能控制的自動化信息系統(tǒng)。分系統(tǒng)把各施工工序的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集分析后，啟動自動控制程序完成對關(guān)鍵施工工序的控制操作，確保二襯澆筑施工質(zhì)量。

2仰拱邊墻自行式智能鑿毛機(jī)提升隧道施工的經(jīng)濟(jì)效益

為了提升隧道水溝電纜槽施工的質(zhì)量，技術(shù)人員研發(fā)出了由許多鑿毛單元、機(jī)架、液壓履帶行走及控制系統(tǒng)和電腦控制系統(tǒng)組成的仰拱邊墻自行式智能鑿毛機(jī)，鑿毛單元需要和隧道邊墻的弧形完成配合，包含有手扶式鑿毛頭和角鋼的架子，其中的風(fēng)包出氣口和鑿毛頭上的進(jìn)氣口相互連通，在動力行走裝置上固定機(jī)架，鑿毛單元在風(fēng)壓的作用下進(jìn)行工作，并且動力行走設(shè)備也配合著緩慢移動。完成行走，鑿毛和噴淋降塵的自動化控制功能，該裝置還可以通過電腦控制鑿毛頭的方向，操作簡單便捷，鑿毛效率遠(yuǎn)勝于人工利用小電鎬鑿毛方式，省時省力合格率還高，在系統(tǒng)中合理的應(yīng)用自動噴淋降塵設(shè)施，降低了施工環(huán)境中的灰塵和回彈物，保護(hù)了施工作業(yè)人員的身心健康，實(shí)現(xiàn)了隧道施工的智能化管理。在隧道鑿毛施工中，智能化鑿毛系統(tǒng)大大節(jié)省了隧道施工的時間，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約人工成本的效果。

3仰拱邊墻自動布料機(jī)節(jié)約隧道施工的綜合成本

自動布料機(jī)是利用在仰拱液壓棧橋的主梁上安裝滑道和電機(jī)，帶動行走軸和傳輸帶運(yùn)動，自動進(jìn)行混凝土均勻布料作業(yè)。解決了傳統(tǒng)人工布料方式存在的布料不均勻，混凝土冷縫問題，減少了澆筑的時間，降低了勞動強(qiáng)度。并且通過對布料質(zhì)量和效果分析，仰拱邊墻自動布料機(jī)械澆筑的混凝土外觀質(zhì)量和回彈強(qiáng)度及工效都遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)人工布料澆筑方式。既解決了施工過程中混凝土和邊墻澆筑工藝塌落度要求不一致的矛盾，還避免了混凝土發(fā)生離析造成的表面不光滑、強(qiáng)度低等問題，且智能化的自動布料機(jī)使用起來更加靈活輕便，和人工作業(yè)相比，大大縮短了工時，節(jié)約了大量的人工成本，提高了施工單位的經(jīng)濟(jì)效益。

4自動振搗整平機(jī)械手降低勞動成本

自動振搗整平機(jī)械手系統(tǒng)包含在仰拱棧橋底部安裝的機(jī)械臂懸掛點(diǎn)，行走裝置，遙控器、前端振搗器和激光定位整平裝置來或?qū)崿F(xiàn)仰拱混凝土澆筑施工的振搗和整平的自動化操作。通過自動化的振搗整平系統(tǒng)工作可以提高仰拱澆筑的精細(xì)化施工標(biāo)準(zhǔn)，解決了以前人工振搗施工的工作漏洞，使混凝土變得密實(shí)，平整光滑。并且可以實(shí)現(xiàn)遙控控制多臺振搗棒同時進(jìn)行施工，大大節(jié)省了人力資源，達(dá)到提高施工效率的目的，間接降低了隧道施工的成本。

5智能雷達(dá)探測車提高了檢測工作效率，降低了作業(yè)的風(fēng)險和成本

智能化隧道二襯自動雷達(dá)探測車和傳統(tǒng)檢測方式相比具有如下技術(shù)優(yōu)勢：（1）用雷達(dá)夾具代替了人工托舉作業(yè)；（2）消除了高空人工作業(yè)帶來的安全隱患；（3）大幅提升了檢測的效率，降低了成本。智能雷達(dá)檢測車由動力設(shè)備，智能模擬手臂，行走控制、檢測雷達(dá)，遙控操作控制等系統(tǒng)組成。在該系統(tǒng)工作中，用雷達(dá)天線夾具取代人工托舉作業(yè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械智能化的動態(tài)檢測功能。解決了人工作業(yè)時把工作人員托舉到高空進(jìn)行檢測的安全風(fēng)險，消除了人工移動抬架顛簸導(dǎo)致檢測天線無法持續(xù)高效檢測混凝土表面的精度，大大提高了工作效率，減低了隧道施工中二襯檢測工序的作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)了自動化減少人工的效果。并且根據(jù)采用智能化工裝應(yīng)用的隧道施工項(xiàng)目分析，如果對施工的預(yù)加固、開挖、出渣、支護(hù)、仰拱、防水、二襯、溝槽、監(jiān)測、輔助等10道作業(yè)線均采用智能化工裝設(shè)備應(yīng)用，可以比傳統(tǒng)施工工藝最少節(jié)約31%的勞動力，真正實(shí)現(xiàn)減員增效的施工目標(biāo)。

6結(jié)語

綜上所述，應(yīng)用智能化工裝設(shè)備雖然需要投入資金購買和更新施工設(shè)備，表面上看是增加了施工的成本投入，但縮短隧道工程項(xiàng)目的工期，大大提高施工的工效，減少了大量人員的投入，降低人工作業(yè)的勞動強(qiáng)度，消除傳統(tǒng)隧道施工中工作人員高空作業(yè)的危險系數(shù)，節(jié)約大量的人工成本，并且可以大幅提升隧道施工的質(zhì)量。可以說，智能化工裝應(yīng)用可以改善傳統(tǒng)隧道施工中存在的質(zhì)量通病，起到提升隧道施工的工效，降低施工成本的效果。

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作者：孟慶龍 單位：中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司