在現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，沉管法施工因其獨特優(yōu)勢，在海底隧道、過江通道等工程中得到廣泛應(yīng)用。智能時代的到來，為沉管法施工帶來了革命性的技術(shù)革新，數(shù)字化監(jiān)測與自動化控制技術(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)制場地制作隧道管段，管段兩端用臨時封墻封閉，待混凝土達到設(shè)計強度后，浮運至隧址指定位置，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)計標(biāo)高，然后進行水下連接。相較于其他隧道施工方法，沉管隧道施工對周圍環(huán)境影響小，施工速度相對較快，且適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件的能力較強。

智能時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，需要耗費大量時間進行后期調(diào)整，嚴(yán)重影響施工進度。同時，在管段沉放對接環(huán)節(jié)，依靠人工經(jīng)驗和簡單儀器監(jiān)測，難以實時、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)險較高。

數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)革新

傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用

在智能時代，各類先進傳感器成為沉管法施工數(shù)字化監(jiān)測的關(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監(jiān)測管段在浮運、沉放過程中的三維位移變化，精度可達毫米級。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，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)場設(shè)備等各處的傳感器連接成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)。傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊，實時、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)場部署了數(shù)千個傳感器，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，實現(xiàn)了施工數(shù)據(jù)的全面、實時采集與傳輸，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)處理中心運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對海量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行深度挖掘和分析。通過建立數(shù)學(xué)模型，能夠預(yù)測管段的運動趨勢、受力變化等。同時，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時位置、姿態(tài)，用圖表展示各項參數(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。

自動化控制技術(shù)革新

沉管浮運自動化

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

沉管沉放自動化

沉管沉放過程中的自動化控制確保了沉放精度和施工安全。自動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)，自動調(diào)節(jié)管段內(nèi)的壓載水量，實現(xiàn)管段的勻速、平穩(wěn)下沉。同時，管節(jié)拉合控制系統(tǒng)可自動完成管段之間的對接和拉合操作，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，沉管沉放的自動化控制精度已達到厘米級，極大提升了施工質(zhì)量。

施工設(shè)備協(xié)同自動化

智能時代下，沉管法施工中的各類設(shè)備實現(xiàn)了協(xié)同自動化作業(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)進行聯(lián)動，根據(jù)施工流程和指令自動完成相應(yīng)動作。當(dāng)沉管到達指定位置準(zhǔn)備下沉?xí)r，船舶自動調(diào)整姿態(tài)，起重設(shè)備配合松放吊索，定位系統(tǒng)實時監(jiān)測并微調(diào)沉管位置，整個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。

技術(shù)革新帶來的效益

提高施工效率

數(shù)字化監(jiān)測與自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，大大縮短了沉管法施工各環(huán)節(jié)的作業(yè)時間。例如，傳統(tǒng)沉管浮運定位可能需要數(shù)小時甚至數(shù)天，而采用自動化浮運系統(tǒng)后，可將時間縮短至數(shù)小時以內(nèi)。施工設(shè)備的協(xié)同自動化作業(yè)，也減少了工序之間的銜接時間，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)測和自動化控制，確保了沉管在浮運、沉放和對接過程中的位置、姿態(tài)精確可控。管段對接精度的提高，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。

增強施工安全性

通過數(shù)字化監(jiān)測，能夠?qū)崟r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，并及時發(fā)出預(yù)警。自動化控制減少了施工人員在危險環(huán)境下的作業(yè)時間和強度，降低了人為操作失誤引發(fā)事故的風(fēng)險。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)測與自動化控制技術(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)將進一步融入施工控制過程，實現(xiàn)施工決策的智能化。例如，通過機器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)歷史施工數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動優(yōu)化施工方案和控制參數(shù)。同時，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。

智能時代下數(shù)字化監(jiān)測與自動化控制技術(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)提供了堅實的技術(shù)支撐。

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