智能化工裝對(duì)隧道施工成本的影響
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摘要：文章通過(guò)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(duì)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(shí)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(lái)頂替。而正常情況下，備用設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于閑置狀態(tài)，但為了保證它在關(guān)鍵時(shí)刻的替代使用效果，還需要日常不間斷的對(duì)它進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，這無(wú)形中增加了生產(chǎn)的投資成本。近年來(lái)，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(lái)較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
1智能化工裝應(yīng)用對(duì)隧道施工質(zhì)量帶來(lái)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(guò)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(guò)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(tái)車(chē)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(tái)車(chē)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(tái)車(chē)擠壓而發(fā)生損壞，可以有效保證隧道兩個(gè)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(méi)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(shí)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(shí)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(wèn)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(duì)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(tái)車(chē)外部對(duì)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(dòng)切割混凝土和端頭混凝土澆筑出現(xiàn)空洞等問(wèn)題，提高混凝土澆筑的施工質(zhì)量。（3）混凝土布料自動(dòng)控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)對(duì)臺(tái)車(chē)的混凝土澆筑分層裝置的改裝，在臺(tái)車(chē)上安裝光電定位裝置和傳感器，利用傳感器對(duì)混凝土澆筑面的感應(yīng)作用，對(duì)混凝土布料系統(tǒng)的對(duì)位換管和澆筑窗口進(jìn)行自動(dòng)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(dòng)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(guò)程中，不需要復(fù)雜的人工操作，只需操作人員通過(guò)智能遙控器，就能簡(jiǎn)單快捷的完成混凝土輸送，而且不會(huì)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(shí)間，在節(jié)省時(shí)間的同時(shí)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(wèn)題，也規(guī)避了因長(zhǎng)時(shí)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(dòng)振搗器。改良后的全自動(dòng)振搗器有振搗器、控制線(xiàn)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(dòng)插入式把高頻振搗棒頂入拱腰等部位，通過(guò)手動(dòng)啟動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)閉功能，或者利用對(duì)混凝土澆筑表面的感應(yīng)裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制開(kāi)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(wèn)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(duì)實(shí)際輸送的混凝土二襯澆筑充盈時(shí)的精確的監(jiān)測(cè)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(mǎn)度。在臺(tái)車(chē)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(guò)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(xiàn)夜視內(nèi)窺鏡，觀察拱頂混凝土澆筑情況。還可以在臺(tái)車(chē)上安裝視頻攝像頭，監(jiān)控各個(gè)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(shí)處理，有效保證施工的安全和質(zhì)量。智能臺(tái)車(chē)更是專(zhuān)門(mén)研發(fā)的用于后臺(tái)進(jìn)行智能控制的自動(dòng)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(dòng)采集分析后，啟動(dòng)自動(dòng)控制程序完成對(duì)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(dòng)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(dòng)力行走設(shè)備也配合著緩慢移動(dòng)。完成行走，鑿毛和噴淋降塵的自動(dòng)化控制功能，該裝置還可以通過(guò)電腦控制鑿毛頭的方向，操作簡(jiǎn)單便捷，鑿毛效率遠(yuǎn)勝于人工利用小電鎬鑿毛方式，省時(shí)省力合格率還高，在系統(tǒng)中合理的應(yīng)用自動(dòng)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(shí)間，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約人工成本的效果。
3仰拱邊墻自動(dòng)布料機(jī)節(jié)約隧道施工的綜合成本
自動(dòng)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(dòng)行走軸和傳輸帶運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)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(wèn)題，減少了澆筑的時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。并且通過(guò)對(duì)布料質(zhì)量和效果分析，仰拱邊墻自動(dòng)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(guò)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(wèn)題，且智能化的自動(dòng)布料機(jī)使用起來(lái)更加靈活輕便，和人工作業(yè)相比，大大縮短了工時(shí)，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(dòng)振搗整平機(jī)械手降低勞動(dòng)成本
自動(dòng)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(lái)或?qū)崿F(xiàn)仰拱混凝土澆筑施工的振搗和整平的自動(dòng)化操作。通過(guò)自動(dòng)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(tái)振搗棒同時(shí)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(cè)車(chē)提高了檢測(cè)工作效率，降低了作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)和成本
智能化隧道二襯自動(dòng)雷達(dá)探測(cè)車(chē)和傳統(tǒng)檢測(cè)方式相比具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（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(lái)的安全隱患；（3）大幅提升了檢測(cè)的效率，降低了成本。智能雷達(dá)檢測(cè)車(chē)由動(dòng)力設(shè)備，智能模擬手臂，行走控制、檢測(cè)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(xiàn)夾具取代人工托舉作業(yè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械智能化的動(dòng)態(tài)檢測(cè)功能。解決了人工作業(yè)時(shí)把工作人員托舉到高空進(jìn)行檢測(cè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，消除了人工移動(dòng)抬架顛簸導(dǎo)致檢測(cè)天線(xiàn)無(wú)法持續(xù)高效檢測(cè)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(cè)工序的作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(duì)施工的預(yù)加固、開(kāi)挖、出渣、支護(hù)、仰拱、防水、二襯、溝槽、監(jiān)測(cè)、輔助等10道作業(yè)線(xiàn)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(dòng)力，真正實(shí)現(xiàn)減員增效的施工目標(biāo)。
6結(jié)語(yǔ)
綜上所述，應(yīng)用智能化工裝設(shè)備雖然需要投入資金購(gòu)買(mǎi)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(dòng)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(xiǎn)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?？梢哉f(shuō)，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
