高海拔地区铁路隧道施工设备数字化改造及控制技术研究.pdf
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1、 施工技术(中英文)年 月下第 卷 第 期 :高海拔地区铁路隧道施工设备数字化改造及控制技术研究赵鹏鹏,曾建国,郝传志,徐 锋,王 维(中建铁路投资建设集团有限公司,北京)摘要 针对川藏地区地质条件复杂、埋深大、有毒有害气体超标及海拔高等特点,通过对川藏铁路某标段隧道大型机械施工设备的现状进行调查分析,提出对大型机械设备进行数字化改造措施,使其可实时采集、传输相关施工关键参数,然后基于隧道施工可视化物联交互控制系统对隧道施工过程进行分析、预测及控制等,通过先进的手段推进隧道数字化建造,可减少人员投入,降低安全事故发生概率,提高施工效率,保证施工质量,降低综合施工成本。关键词 隧道工程;设备改造
2、;高海拔;数字化;施工技术中图分类号 文献标识码 文章编号(),(,):,:;中建集团重点科技创新课题:铁路高原环境绿色与数字建造关键技术研究()作者简介 赵鹏鹏,硕士,工程师,:收稿日期 引言 在复杂地质环境及恶劣施工条件影响下,川藏铁路隧道在施工过程中面临软岩大变形、突泥突水、岩爆及冒顶等工程灾害,加大了施工难度。本文通过实地调研及隧道施工现场实际情况,提出凿岩台车、除尘台车、衬砌台车及湿喷机等设备的数字化改造方案,通过对硬件改造及软件升级,使设备能获得各类实时数据及关键参数;基于 技术的隧道场景化物联交互集成控制系统,将获取的数据对接到该系统中,完善系统功能,以覆盖隧道建造全周期,集成地
3、勘信息、设计信息、综合监测、超前地质预报、人员设备定位、电子围栏、监控量测等信息,实现相关信息与实体环境硬件间的有机异构融合,能对现场进行实时控制,以实现隧道数字化建造。隧道施工环境调查与分析 通过对川藏沿线及某标段实地调研,了解到川藏铁路沿线具有地形地质及气候条件复杂多变、生态环境脆弱、板块运动强烈、地质灾害频繁等特点,使工程施工难度艰巨,因此项目采用三臂凿岩台 赵鹏鹏等:高海拔地区铁路隧道施工设备数字化改造及控制技术研究 车、湿喷机、衬砌台车等大型设备施工。三臂凿岩台车型号为,可实现自动加卸杆、自动润滑、自动精准定位、自动轮廓扫描功能,保护施工人员安全,具备在复杂风险环境下远程操控作业功能
4、;可实现管棚、超前钻探、爆破、锚杆孔等多类钻孔作业。湿喷机型号为,泵送系统采用大缸径长行程混凝土泵,耐磨性好且吸料能力强;混凝土输送管采用大通径耐磨管道,抗堵管能力强;工作臂施工无盲区,机动灵活转场方便,可同时兼顾多个工作面,施工效率高;操作人员可远距离操作,避免粉尘污染,人员需求少。衬砌台车为 型智能化模板台车,采用旋转混凝土布料机,管路自动伸缩,减小劳动强度;管路分层布置实现分层浇筑,克服一孔到底和料斗溜槽无压输送造成的混凝土离析、人字坡冷缝弊端;插入式与附着式组合振捣:拱顶采用 台插入式振动器,在拱肩与拱墙配置 台气动振动器,实现自动行走,混凝土自动布料与分窗入模。由上述分析可知,川藏铁
5、路项目采用大型机械设备施工虽具备诸多优势,能提高效率、加快进度,但在施工过程中各设备间的系统性、关联性不强,且各设备不具备数据采集、存储能力,无法有效判断设备工作时关键参数,不能对施工过程进行实时监测和控制。隧道主要施工机械设备改造措施 三臂凿岩台车改造措施 通过在现有装备上安装智能网关及车载网络摄像头等配件,满足凿岩台车作业视频监控、实时数据采集、工后日志在线传输等功能需求,具体所需配件如表 所示。表 三臂凿岩台车改造配件 序号配件名称数量智能网关 件 高增益天线 件高频馈线 件网络摄像头 件网线网线插头 件二插插座护套 件二插插头护套 件二插母锁扣 件二插公锁扣 件公针 件母针 件控制电缆
6、低烟无卤电线电缆钢质导轨导轨安装螺钉 件 通过上述改造,三臂凿岩台车可实现以下功能:实现超前小导管 管棚数量及深度记录存储与传输;实现开挖钻孔日志记录与传输(含时间、定位里程、位置坐标、钻孔数量、钻孔位置、钻孔深度、炮眼布置图等信息);实现车载视频监控及影像传输;能在运行中 实时获取数据并通过工程现场既有网络将相关数据传输给隧联网平台。湿喷机改造措施 通过在现有装备上增加硬件及软件等配件,满足湿喷机作业实时数据采集、存储及在线传输等功能需求,具体所需配件如表 所示。表 湿喷机改造配件 序号配件名称说明数量 套远端 本地通信集成整机通信功能集成数据分析功能数据分析、记录等硬件设计原理图、设计、结
7、构软件设计操作软件智能检测工作参数、角度、距离等原材料元器件、打板等 通过上述改造,湿喷机可实现以下功能。)实现湿喷机施工参数(包括混凝土喷射方量、喷射速度、速凝剂消耗量、速凝剂掺比、风压等)的自动记录、读取、上传功能,并通过工程现场既有网络将相关数据传输给隧联网平台。)通过加装智能空间感知系统,实时监测喷头与受喷面的角度和垂直距离,并通过工程现场既有网络将相关数据传输给隧联网平台。)网格化隧洞空间待喷区域,对该区域完成喷涂参数的统计并输出至可视化数字终端。)扩展 通信接口,将车体本身参数信息化,定向实时触发车体自身传感器通信,得到实时喷射混凝土量、速凝剂量、风压、混凝土量与速凝剂量配合比参数
8、。同时,将所得参数与当前所在的网格化区域同步序列化至 本地文件,以便后期数据记录、分析、查询。衬砌台车改造措施 通过在现有衬砌台车上增加协议转换模块,隧道内衬砌台车通过协议转换模块将台车内部数据通过 或 转换成 协议发送到指定的信息采集系统,现场需提供网络接口,可使用有线网络或 网络,具体所需配件如下:协议转换模块 套,安装附件 套。通过上述改造,衬砌台车可实现以下功能。)实现衬砌台车施工参数(包括混凝土浇筑方量、浇筑压力、拱顶压力、浇筑温度、工作效率、作业 施工技术(中英文)第 卷时间等)的自动记录、读取、上传功能,通过工程现场既有网络传输给已开发的隧联网平台。)通过协议转换模块,将相关施工
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