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聚焦平陆运河(1) | 边坡“医师”固本强基有良方

发布时间:2024-05-23阅读次数:
       九月的钦州,灼热高温渐消,太阳翻过群山,橙红色的光照彻山间,只见彩旗飘扬,人潮涌动,数十台挖掘机在山间轰鸣,运土车来往穿梭,将中交二航局平陆运河项目施工现场氛围推向了热潮。
       平陆运河是新中国第一条最高通航等级的通江达海运河工程,建成后,西南地区货物经平陆运河由钦州港出海,里程将仅有291公里,是西南通过东盟地区最经济、最便捷的通道。马道枢纽是平陆运河第一阶梯枢纽,是目前世界在建最大内河省水船闸。在进行马道枢纽船闸主体结构施工前,总防护面积达21.1万平方米的5个高边坡施工成为中交二航局建设者面临的首要挑战。
       “马道枢纽边坡坡体地质复杂,以强、中风化泥岩、砂岩为主,就像‘威化’饼干一样,遇水易软化,受力易破碎。尤其是2号边坡高达188米,是目前国内在建人工运河最高航道边坡。”项目技术负责人张帆说道,“边坡开挖后要安装格梁防护,如果边坡开挖不平整,不仅影响格梁防护美观,也影响其防护效果。”
       按照传统方法,高边坡分级开挖和整平,施工人员要进行测量放线、挖机分层开挖整平、坡面质量检测等工序,费时费力。作为关键工序的坡面整平,由于挖掘机存在视野盲区,坡面误差最多可达20公分,很大程度依赖挖掘机操作手的熟练程度和经验。
       如何消除挖掘机的视野盲区,使挖掘机能像医生手中的手术刀一样精准呢?张帆组织项目团队群策群力。“既然误差源于视野盲区,是否可以通过摄像让挖掘机师傅有更全面的施工视角呢?
       “最好能研发出一种数字化模型,能够实时计算挖掘机斗齿和设计开挖面的距离!”“能否加入算法,自动计算开挖后坡面与设计坡面的误差呢?”讨论会上,大家的想法一个接一个鱼贯而出。
       带着尚不成熟的“智慧”成果,张帆联系中交二航局技术中心和广州中海达卫星导航技术公司开展合作完善技术:利用角度传感器代替摄像头,配合北斗定位技术获得挖掘机空间状态,驾驶员有了“全局视角”;通过数字化建模技术,挖掘机操作人员可以通过操作屏实时查看挖掘机斗齿齿尖与数字模型间的位置关系,操作有了“导师”指导……
       2022年12月,载着3D建模技术、北斗高精度定位技术、IMU技术及控制算法等智能化“工具”的挖掘机驶入“手术现场”,图纸一键导入,按照轨迹精准“手术”,过程中通过数据对比“打分”给操作员告知误差,并不断调差,实时修正“手术”状态,最终实现坡面整平误差由分米到厘米。
       如果从空中俯瞰,平陆运河马道枢纽平整的坡面上,匀称爬满了“爬山虎”,就像一张巨大的“渔网”,将整个山体牢牢兜住。这匀称分布的“爬山虎”便是由12根钢绞线组成长达65米的锚索,马道枢纽5大高边坡防护共使用230余根超长锚索。
       项目团队根据以往施工经验,确定了预应力锚索给边坡加固的方法。预应力锚索就像一条“支架”,能提高岩体自身强度和自稳能力。但随着时间的推移和各种因素影响,会发生“疲软”现象,边坡就会“放飞”滑落。因此,对锚索的受力状态进行实时监测,对守护边坡安全具有重要意义。
       目前工程中,主要通过锚索应力计来检测锚索受力状态,这种测量方法仅仅能得到全过程的荷载情况,无法由点到面做到精准判断,而且易受潮湿环境、酸碱腐蚀、材料老化的影响而使测量精度降低。钦州天气炎热多雨,地下岩层多含酸性,项目团队很快否决此测量技术。
       通过查阅资料,项目团队很快找到新的方向。桂林理工曾研发出将光纤光栅传感器镶入锚索钢绞丝中心钢丝的光纤锚索,从而有效减轻外部环境的影响,是目前较为理想的测量技术。
       张帆很快就提出自己的看法:“广西地处中、南亚热带季风气候,气温高、雨季多,较为潮湿,对锚索的周期检测不光要考虑其应力因素,也要考虑温度、湿度对其影响。”
       研讨又一下落入了“低谷”,此时中交二航局副总工程师王蔚想到,由中交二航局自主研发、目前应用于常泰长江大桥的“智慧缆索”,通过在主缆布置含温度、湿度阵列式光纤光栅传感器,从而获取主缆从架设阶段至运维阶段全过程的温度、湿度数据。那么,能不能将大桥“智慧索缆”技术移植到边坡光纤锚索呢?
       有了方向,项目团队立即联系上海浦江缆索股份有限公司,由他们提供原材料和场地研发,通过不断改良,从在原有钢绞线中心钢丝上刻单槽,到实现在钢绞线上刻双槽,然后在不同槽内埋入温度、应变等传感器,外加护套,构建应力、温度等多因素监测体系,实现对“支架”全寿命周期高精度检测。
       “边坡地质区域性强,预应力锚索受力状态受区域地质控制。”张帆说道。“我们将边坡划分成四个区域,每个区域设置3根自感知光纤锚索,仅用12根光纤锚索就完成了边坡600余根锚索的监测。”
       河流奔涌,滚滚向海,平陆运河正随日出日落,不断生长,日后必将释放“海”的潜力,激发“江”的活力。

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