彭英俊，吳旭東，劉 輝，蘇宗賢，羅偉軍

（1.深中通道管理中心，廣東 中山 528454；2.保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

深中通道鋼殼混凝土管節(jié)是雙層鋼殼內(nèi)部填充混凝土的結(jié)構(gòu)形式，為國內(nèi)首例［1］。為保證鋼殼管節(jié)自密實混凝土在無需振搗的條件下依靠自身流動性和填充性在隔倉內(nèi)部形成密實結(jié)構(gòu)，并最終與鋼殼共同作用達到協(xié)同受力的效果［2-5］，這就要求管節(jié)自密實混凝土澆筑過程必須得到有效控制，實現(xiàn)混凝土澆筑的自密實效果，故鋼殼自密實混凝土澆筑質(zhì)量控制是管節(jié)制作的一項關(guān)鍵工作。

鑒于以上鋼殼沉管自密實混凝土澆筑質(zhì)量控制需求，本文結(jié)合深中通道項目智能化澆筑施工工藝［6，7］，對管節(jié)澆筑質(zhì)量控制進行深入分析，進一步完善管節(jié)澆筑質(zhì)量智能化控制水平［8］，為國內(nèi)鋼殼沉管自密實混凝土澆筑質(zhì)量控制提供施工經(jīng)驗及技術(shù)指導(dǎo)。

1 自密實混凝土特點與澆筑質(zhì)量控制要求

1）自密實混凝土特點。鋼殼沉管自密實混凝土需要具備良好的流動性、填充性能、抗離析性能等工作性能［9］，實現(xiàn)混凝土在鋼殼內(nèi)的流動和自動填充密實，同時還要有一定的黏聚性，防止混凝土發(fā)生分層，自密實混凝土工作性能主要以流動性、黏聚性、通過性、抗離析性為主。

2）混凝土澆筑質(zhì)量控制要求。鋼殼自密實混凝土澆筑質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在隔倉頂板脫空高度、脫空面積比、脫空率等的控制，若出現(xiàn)其中一項指標(biāo)出現(xiàn)不符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，必須做同等強度的脫空補強，具體控制指標(biāo)如下。

①混凝土允許脫空高度≤5 mm，針對底板頂和頂板頂進行分格脫空檢測，分格規(guī)格為 30 cm×30 cm；

②T 肋位置的分格需要以 T 肋為中心、騎跨 T 肋進行（30 cm 的分格須保證在 T 肋兩側(cè)各 15 cm）；

③騎跨 T 肋的單個分格（不連片）等效脫空高度＞5 mm 時需要注漿補強；

④騎跨 T 肋的分格，出現(xiàn)相鄰的 2 個及以上分格等效脫空高度均＞3 mm 時需要注漿補強（一個分格騎跨 T 肋、相鄰分格不騎跨 T 肋也適用本條）；

⑤非 T 肋位置的分格等效脫空高度＞5 mm 時需要注漿補強；

⑥脫空檢測考慮采用沖擊映像法和中子法，由第三方獨立完成，沖擊映像法要求對底板頂和頂板頂進行100 % 檢測，采用沖擊映像法檢測出“分格存在脫空＞5 mm 的單點或單個分格中脫空＞3 mm 的面積大于 30 %”采用中子法進行復(fù)測。

2 混凝土澆筑施工工藝

深中通道沉管隧道施工分 2 個標(biāo)段實施：S09 合同段負責(zé) E1～E22 管節(jié)及最終接頭的實施；S08 合同段負責(zé) E23～E32 管節(jié)的實施。S09 合同段沿用港珠澳大橋沉管隧道的桂山島預(yù)制廠進行澆筑預(yù)制，采用“混凝土輸送泵+布料機”工藝，如圖 1 所示；S08 合同段利用廣州南沙龍穴船廠的船塢進行澆筑預(yù)制，為適應(yīng)船塢高差，底板混凝土澆筑采用“混凝土運輸通道+漏斗+澆筑臺車”工藝，墻體及頂板則采用“混凝土輸送泵+布料機”工藝，如圖 2 和圖 3 所示。

圖1 桂山島管節(jié)澆筑工藝

圖2 船塢內(nèi)管節(jié)底板澆筑

圖3 船塢內(nèi)管節(jié)墻體及頂板澆筑

3 智能化澆筑控制系統(tǒng)研發(fā)與實施

根據(jù)鋼殼自密實混凝土特點及澆筑質(zhì)量控制要求，結(jié)合鋼殼沉管自密實混凝土澆筑工藝，管節(jié)預(yù)制必須加強自密實混凝土生產(chǎn)、運輸及澆筑全過程控制，才能有效保證管節(jié)澆筑質(zhì)量，這就需要開發(fā)一套涵蓋混凝土生產(chǎn)、運輸及澆筑全過程精細化管理的智能化澆筑控制系統(tǒng)，實現(xiàn)管節(jié)澆筑的標(biāo)準(zhǔn)化、精細化管理，減少人為因素對管節(jié)澆筑質(zhì)量的影響。

3.1 智能澆筑控制系統(tǒng)研發(fā)必要性

1）管理對象多。每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)有 2 255 個隔倉，每節(jié)管節(jié)布置 4 個澆筑點，隔倉澆筑過程管理對象多。

2）時間要求高?；炷翉某鰴C到澆筑完成有嚴格時間限制（90 min）；同時單個隔倉澆筑開始到澆筑完成也有嚴格的時間限制（90 min）。

3）接入數(shù)據(jù)多。生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、攪拌運輸車數(shù)據(jù)、混凝土性能指標(biāo)數(shù)據(jù)、澆筑過程中監(jiān)控數(shù)據(jù)等。

4）自動化、智能化要求高?；炷磷詣踊瘽仓?、混凝土生產(chǎn)、運輸與澆筑的智能化協(xié)調(diào)。

3.2 智能澆筑控制系統(tǒng)研發(fā)

在鋼殼混凝土管節(jié)預(yù)制過程中會產(chǎn)生一系列的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、混凝土運輸車數(shù)據(jù)、混凝土性能指標(biāo)數(shù)據(jù)、澆筑過程中監(jiān)控數(shù)據(jù)等，為了精確處理這些龐大的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對澆筑過程高效化、精細化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，聯(lián)合“BIM+物聯(lián)網(wǎng)+智能傳感”技術(shù)，開發(fā)一個涵蓋原材料庫存管理、混凝土生產(chǎn)管理、混凝土指標(biāo)檢測、混凝土智能澆筑、視頻監(jiān)控等工序的信息化智能控制平臺，操控各終端設(shè)備完成管節(jié)的智能化預(yù)制任務(wù)，使管節(jié)預(yù)制質(zhì)量得到有效控制，管節(jié)智能化預(yù)制模塊劃分如圖 4 所示。

圖4 管節(jié)智能化預(yù)制模塊劃分

智能澆筑控制系統(tǒng)采用國際先進的多層技術(shù)構(gòu)架，通過 C/S、B/S、APP、微服務(wù)等多種技術(shù)融合，能夠準(zhǔn)確、高效地控制澆筑設(shè)備，并與攪拌站和運輸車輛實時聯(lián)動，實現(xiàn)生產(chǎn)管控的自動化、智能化。同時，系統(tǒng)可以處理海量的數(shù)據(jù)，實時完成大容量數(shù)據(jù)處理，可提供具有開放性數(shù)據(jù)接口，具備與其它業(yè)務(wù)版塊進行各類型數(shù)據(jù)對接能力；系統(tǒng)運用了大數(shù)據(jù)處理機制，用戶能夠快速準(zhǔn)確地獲取所需數(shù)據(jù)資源。同時，系統(tǒng)會針對管節(jié)預(yù)制過程中主要控制參數(shù)設(shè)置預(yù)警值，如若某環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會自動報警，可實現(xiàn)管節(jié)預(yù)制全過程管控，有效保證管節(jié)預(yù)制質(zhì)量。

3.3 智能澆筑技術(shù)路線

鋼殼混凝土智能澆筑系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、BIM 等信息化技術(shù)，構(gòu)建虛擬施工現(xiàn)場，實現(xiàn)傳統(tǒng)施工的信息化、智能化改造，實現(xiàn)兩化融合；系統(tǒng)通過激光測距儀自動多點采集隔倉澆筑混凝土液面高度信息，并將數(shù)據(jù)實時傳輸給澆筑設(shè)備（臺車、拖泵等），設(shè)備收到反饋信息后，根據(jù)隔倉澆筑工藝要求實現(xiàn)澆筑速度的自動切換及澆筑的自動停止等功能，達到隔倉澆筑全過程的智能化控制，鋼殼混凝土智能化澆筑流程如圖 5 和圖 6 所示。

圖5 鋼殼混凝土智能澆筑業(yè)務(wù)流程圖

圖6 鋼殼混凝土智能澆筑施工流程圖

3.4 智能澆筑控制系統(tǒng)實施應(yīng)用

1）“澆筑臺車”管節(jié)智能化澆筑工藝。管節(jié)預(yù)制過程中，通過澆筑臺車與智能澆筑系統(tǒng)相結(jié)合實現(xiàn)管節(jié)智能化澆筑，即智能澆筑系統(tǒng)通過設(shè)置在管節(jié)隔倉四邊角的激光測距儀實時反饋的混凝土液面上升數(shù)據(jù)，并經(jīng)系統(tǒng)處理，形成指令信號，發(fā)送給澆筑臺車控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)接收信號并控制澆筑臺車實現(xiàn)其自動尋位、下料速度自動切換、下料高度控制、澆筑結(jié)束時機控制等功能，澆筑參數(shù)控制如圖 7 、圖 8 所示。

圖7 下料速度自動切換及下料高度控制

圖8 澆筑結(jié)束時機控制

2）“混凝土輸送泵+布料機”管節(jié)智能化澆筑工藝。管節(jié)預(yù)制過程中，通過融合在混凝土輸送泵中的激光測距模塊和遠程控制模塊實現(xiàn)管節(jié)智能化澆筑，即智能澆筑系統(tǒng)通過設(shè)置在管節(jié)隔倉四邊角的激光測距儀實時反饋的混凝土液面上升數(shù)據(jù)，并經(jīng)系統(tǒng)處理，形成指令信號，發(fā)送給混凝土輸送泵的遠程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)混凝土澆筑的下料速度自動切換、澆筑結(jié)束時機控制等功能，具體澆筑施工如圖 9 所示。

圖9 “混凝土輸送泵+布料機”智能化澆筑

4 澆筑質(zhì)量檢測

鋼殼混凝土沉管預(yù)制完成后，需對管節(jié)澆筑質(zhì)量進行檢測，檢測方法采用沖擊映像法全檢和中子法復(fù)檢相結(jié)合的方式進行，可有效保證管節(jié)澆筑質(zhì)量檢測準(zhǔn)確性。

通過智能化澆筑控制，可有效減少人為因素對管節(jié)澆筑質(zhì)量的影響，從而使管節(jié)澆筑質(zhì)量得到進一步提升，針對深中通道已澆筑完成的 E 1、E 2、E 31 和 E32 四個管節(jié)進行澆筑質(zhì)量統(tǒng)計分析，共檢測沉管隔倉 5 572個，其中平均疑似脫空面積占比約 0.085 3 %，針對疑似脫空區(qū)域經(jīng)中子法復(fù)測后，未發(fā)現(xiàn)有需要進行注漿補強處理的隔倉，澆筑質(zhì)量達到預(yù)期效果。

5 結(jié)論

1）利用信息技術(shù)實時采集攪拌站混凝土生產(chǎn)信息并上傳至系統(tǒng)前端，同時對混凝土出機、入倉性能檢測結(jié)果實時上傳，使受檢車輛混凝土狀態(tài)第一時間反饋至澆筑現(xiàn)場，可有效保證管節(jié)混凝土入倉質(zhì)量。

2）智能化澆筑可以將混凝土性能檢測數(shù)據(jù)、澆筑施工數(shù)據(jù)等進行全過程采集和存檔，方便追溯，同時也減少人為因素引起管節(jié)預(yù)制過程中的質(zhì)量風(fēng)險；智能澆筑系統(tǒng)也可實現(xiàn)質(zhì)量影響因素預(yù)警提示，保證管節(jié)預(yù)制朝著高品質(zhì)、高水平方向發(fā)展。

3）智能化澆筑可實現(xiàn)原材料庫存、混凝土生產(chǎn)、混凝土指標(biāo)檢測、混凝土智能澆筑、視頻監(jiān)控等工序的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，有助于工程項目提質(zhì)增效，也提升了多元化管理模式，故未來工程質(zhì)量管理應(yīng)更多地與智能化技術(shù)相結(jié)合。