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给沉井植入“智能器官”

发布时间:2022-08-12阅读次数:

“终于获取了来自土体内部的信号,沉井下沉的密钥终于解开了!”中交二航局技术中心大型沉井基础团队成员李嘉成看着显示屏兴奋地说道,工人们也围在一旁啧啧称奇。

在中交二航局湖北省石首市中心城区水环境综合治理PPP项目W14沉井施工现场,沉井侧壁上嵌入的“魔盒”——沉入式基础侧摩阻力监测装置,正实时传输地层的侧摩阻力,帮助现场工程师实时掌握下沉端阻力和侧摩阻力的占比,进而轻松下达取土下沉指令。

侧摩阻力是沉井下沉中需要获取的关键参数,对于取土决策制定起着至关重要的作用。就好比发射火箭需要知道克服多大的地心引力,如果火箭推进力无法摆脱地心引力,就会导致发射失败的严重后果。除此之外,地层侧摩阻力真实值对沉入式基础设计也至关重要。

“别看我们已经承建了数座超大型沉井,但对于如此重要的侧摩阻力参数值,目前却还没有直接的监测手段,只能间接反演、计算获取。沉井下沉,就像盲人过河一样,风险丛生,常常使人提心吊胆。”中交二航局技术中心副总经理杨钊形象地解释说。以往,每天下沉指令下发前,工程师都必须依靠端部泥面和土压力传感器的庞大数据,来间接分析获得侧摩阻力。修建一座几十米高的超大型沉井,就需要重复数千次这样的动作,其工作繁琐程度可想而知。可即便如此,间接测量的方法仍然无法达到精准、可靠地指导施工的目的。

“人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官,那我们为什么不能给沉井植入‘智能器官’,来帮助沉井实时感知下沉过程中的侧摩阻力呢?”在2020年初因疫情居家隔离期间,李嘉成在团队内部“头脑风暴”讨论时突发奇想。随后,技术团队经过反复调研、咨询、讨论,确定了这种研发构想的可行性。基于地层侧摩阻力参数的重要意义,中交集团还将沉入式基础侧摩阻力装置研发纳入首批集团青创科研项目,由此拉开了历时两年的沉入式基础侧摩阻力监测装置研发攻关的序幕。

和人们感受外界环境一样,通过器官将感知到的外界信息转换成生物信号,再由神经将信息传递至大脑进行识别。这套“智能器官”将基于电阻应变传感原理,将沉井侧壁摩擦力转换为电信号,再通过信号线传输到解调设备进行处理,从而得到侧摩阻力值。确定了研发思路后,技术团队一鼓作气,陆续敲定了机械结构方案、传感方案和传感器标定设备开发方案,并紧锣密鼓地联系厂家进行制造。

然而,事实却并不是想象的那么简单,每个传感器从研发到落地应用,道路艰难且漫长。由于加工工艺的限制,初代侧摩阻力传感器的体积和重量过大,同时,标定过程中正向力与切向力解耦方式也存在问题,传感器加卸载迟滞性大。为此,技术团队首先在传感器内部结构优化上下足了功夫,有针对性地进行了装置内部弹性元件、正向力与切向力解耦结构、密封工艺等优化设计,又联系厂家专门定制加工并改装侧摩阻力传感器专用标定装置,一步步精心“雕琢”让这套侧摩阻力传感器尺寸优化到了巴掌大小,便于现场安装。如今,这套侧摩阻力传感器迭代升级至3.0版本,可以胜任在复杂环境下准确、稳定监测的任务,并且测量精度满足工程需要。

“研发出沉入式基础侧摩阻力监测装置,虽然只是迈进沉井智能建造门槛的一小步,却也是打造超大型沉井智能建造体系的必经之路。小感知,大未来,这套侧摩阻力传感器的研发,为我们开拓岩土工程测试技术领域奠定了坚实基础,后续我们致力打造更多的高精度感知元件,去探索和获取地下工程中的各种信息。”杨钊满怀期待地说道。(任梦  肖靖)

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