摘要：探討沉管法隧道施工過程中壓載水箱抽、排水過程自動(dòng)化的可行性。

關(guān)鍵詞：沉管法隧道；壓載水箱；自動(dòng)化

一、前言

截至目前止，國(guó)內(nèi)先后建成通車的沉管法隧道已越來越多，僅廣州就有三條之多?，F(xiàn)有的沉管法隧道，都統(tǒng)一采用管內(nèi)安裝壓載水箱，通過對(duì)水箱壓載水的方法來控制管段的浮運(yùn)沉放以及安裝，但施工工藝相對(duì)來講比較繁復(fù)，基本都是靠人工進(jìn)行操作，而且管段在浮運(yùn)沉放以及安裝的時(shí)候都是在水中進(jìn)行，且管內(nèi)空氣流通不暢，這些無(wú)疑增加了施工中的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，為了簡(jiǎn)化操作過程，降低風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，應(yīng)將水箱壓載系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改進(jìn)。

二、目前管段水箱壓載過程介紹

目前，按國(guó)內(nèi)的沉管隧道施工工藝，在整個(gè)施工的過程中，水箱的抽排水大致有以下幾個(gè)步驟：

1、試漏

當(dāng)管段預(yù)制完成以后，準(zhǔn)備安裝之前，通常都會(huì)對(duì)管段的防水性能進(jìn)行一個(gè)測(cè)試—即管段的試漏，以檢驗(yàn)預(yù)制的管段是否水密，如有漏水的地方要進(jìn)行修補(bǔ)。在這個(gè)過程中，如果一切正常的話，管內(nèi)水箱要經(jīng)過一次壓水及排水。

2、沉放

3、對(duì)接

4、穩(wěn)定壓載

5、接頭排水

三、管段壓載水箱自動(dòng)化的可行性探討

以侖頭至生物島項(xiàng)目E4管段為例，該節(jié)管段內(nèi)的壓載水箱總共有18個(gè)，每邊9個(gè)，每個(gè)水箱要安排一個(gè)控制閥門，再加上前后控制水泵的閥門，總共有46個(gè)閥門，這么多的閥門如果要人工操作的話，至少需要約十個(gè)人，這對(duì)人工要求比較大。

根據(jù)船舶調(diào)載系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)調(diào)載系統(tǒng)設(shè)備的了解，可以對(duì)管段壓載水箱的調(diào)載過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，其方法如下：

1）、首先優(yōu)化控制管路，盡可能的減少冗余設(shè)備，主要是管路的控制閥門，這樣可以減少要操作設(shè)備的數(shù)量；

2）、控制閥門采用電動(dòng)控制，并在遠(yuǎn)程進(jìn)行集中操控；

3）、壓載水箱裝備感壓式水位計(jì)，并將所有水位信息集中至電腦，可比較直接的了解所有壓載水箱的壓水狀態(tài)，還能根據(jù)水箱的壓水情況和沉箱的浮態(tài)，由軟件計(jì)算出沉箱的負(fù)浮力及各個(gè)滑輪組的吊力；

4）、管段安裝兩套姿態(tài)儀，監(jiān)控管段的姿態(tài)，可根據(jù)管段的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)載。

實(shí)現(xiàn)水箱調(diào)載自動(dòng)化后可將水位計(jì)信號(hào)和姿態(tài)儀信號(hào)輸入到同一個(gè)串口接收軟件里面集中顯示，將水泵、閥門的控制開關(guān)和顯示屏集中在一起。

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后調(diào)載的具體流程如下：

一旦實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制以后，只需要一個(gè)人操作就可以了，大大的節(jié)約了人工。并且通過船上的調(diào)載的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，沉管段壓載水箱的自動(dòng)化控制是完全可以實(shí)現(xiàn)的。于是我們對(duì)幾家自動(dòng)化設(shè)備公司進(jìn)行了詢價(jià)，最后得出了一組比較具有性價(jià)比的方案，該組方案如下：

該方案總造價(jià)大約為：90200RMB，以后這套設(shè)備都可以回收重復(fù)利用，所以長(zhǎng)遠(yuǎn)來講，成本是比較低的。

四、管段壓載水箱自動(dòng)化方案探討

1、壓載控制閥的優(yōu)化

以侖頭至生物島隧道為例，我們先了解一下水箱及水泵還有閥門的具體布置：

這套設(shè)備是以前的方案，其中總管路上控制水泵的閥門共有四套，其控制水泵的管路示意圖如下：

其中控制閥共有七個(gè)，比較繁瑣，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化后，每套控制水泵閥門閥數(shù)量減少3個(gè)，一個(gè)沉箱總共閥門減少12個(gè)，具體簡(jiǎn)化方式如下圖所示：

通過簡(jiǎn)化以后，可以實(shí)現(xiàn)沉箱調(diào)載的三個(gè)工況，同時(shí)整節(jié)管的閥門降至34個(gè)，這不僅節(jié)約了成本，而且操作也更加方便了。

2、實(shí)現(xiàn)水泵和閥門的遠(yuǎn)程操作

把所有水泵及閥門的控制按鈕集中在一起并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，考慮靠安裝及可操作性，控制閥門可采用電動(dòng)蝶閥，因?yàn)殡妱?dòng)蝶閥具有啟閉方便迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕、調(diào)節(jié)性能好的優(yōu)點(diǎn)。

安裝電動(dòng)蝶閥后，把控制線路引到控制塔上集中控制。

對(duì)幾家閥門生產(chǎn)廠家進(jìn)行詢價(jià)，天津龍?jiān)措妱?dòng)閥門有限公司生產(chǎn)的電動(dòng)蝶閥性價(jià)比相對(duì)比較高。以下為其中一產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)：

1）電源可選：220VAC50Hz，380VAC50Hz，24VDC

2）控制原理：

智能調(diào)節(jié)型（Z型）in：4-20mA，out：4-20mA，電源220VAC

3、水箱水位的遠(yuǎn)程顯示

水位計(jì)的選擇主要考慮安裝和拆卸方便和可重復(fù)使用，感壓式水位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。以下介紹無(wú)錫飛順液位器有限公司生產(chǎn)的投入式液位變送器的主要技術(shù)參數(shù)：

投入式液位變送器是基于所測(cè)液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴(kuò)散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)成電信號(hào)。經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性校正。轉(zhuǎn)換成4-20mADC標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。投入式液位變送器的傳感器部分可直接投入到液體中，變送器部分可用法蘭或支架固定。

主要技術(shù)指標(biāo)：

測(cè)量范圍：0.3～110m

精 度：0.2、0.5、1.0級(jí)

工作溫度：-20～80℃

輸出信號(hào)：二線制4～20mADC

電源電壓：標(biāo)準(zhǔn)24VDC（12～36VDC）

不靈敏區(qū)：≤±1.0%FS

負(fù)載能力：0-600Ω

相對(duì)溫度：≤85%

防護(hù)等級(jí)：IP68

防爆標(biāo)志：ExiaⅡCT4-6

4、沉箱姿態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

沉箱姿態(tài)的監(jiān)控采用高精度的雙軸線傾角傳感器。以下介紹深圳瑞芬科技有限公司生產(chǎn)的高精度數(shù)字雙軸傾角傳感器：

HCA526T是瑞芬科技針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制領(lǐng)域訂制的高精度數(shù)字型雙軸傾角傳感器，高分辨率0.001°。內(nèi)置高精度 16bit A/D 差分轉(zhuǎn)換器，通過5 階濾波算法，最終輸出雙方向的傾角值。

接口可選 RS485、RS232 或 TTL電平。由于內(nèi)置了ADI 公司的高精度數(shù)字溫感器，所以輸出角度在工作溫度范圍內(nèi)都得到了再次修正，保證產(chǎn)品在低溫與高置環(huán)境下的高重復(fù)性。

輸出速度可達(dá) 20 次/秒，產(chǎn)品屬于真正工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，性能可靠穩(wěn)定，擴(kuò)展性好，多種輸出可供選擇。

寬電壓輸入9～36V

抗振>20000g

輸出TTL/RS232/RS485可選

IP68防護(hù)等級(jí)

分辨率0.001°

寬溫工作-40～+85℃

體積L90mm×W50mm×H28mm

5、集控軟件

感壓式水位計(jì)及姿態(tài)儀控制信號(hào)及顯示信號(hào)均可以通過計(jì)算機(jī)串口與電腦連接，因此可以通過軟件實(shí)現(xiàn)感壓式水位計(jì)及姿態(tài)儀的在一個(gè)軟件里的集中顯示。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過上述水箱壓載系統(tǒng)自動(dòng)化的探討，我們可以得出的結(jié)論就是壓載過程完全有可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這樣不僅可以節(jié)省壓載操作的時(shí)間，簡(jiǎn)化壓載的操作，而且更能保證整個(gè)過程的安全。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《工程自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)》

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