關于沉管隧道法施工中水箱壓載的合理化建議

摘要：探討沉管法隧道施工過程中壓載水箱抽、排水過程自動化的可行性。

關鍵詞：沉管法隧道；壓載水箱；自動化

一、前言

截至目前止，國內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。現有的沉管法隧道，都統一采用管內安裝壓載水箱，通過對水箱壓載水的方法來控制管段的浮運沉放以及安裝，但施工工藝相對來講比較繁復，基本都是靠人工進行操作，而且管段在浮運沉放以及安裝的時候都是在水中進行，且管內空氣流通不暢，這些無疑增加了施工中的風險系數，為了簡化操作過程，降低風險系數，應將水箱壓載系統進行自動化改進。

二、目前管段水箱壓載過程介紹

目前，按國內的沉管隧道施工工藝，在整個施工的過程中，水箱的抽排水大致有以下幾個步驟：

1、試漏

當管段預制完成以后，準備安裝之前，通常都會對管段的防水性能進行一個測試—即管段的試漏，以檢驗預制的管段是否水密，如有漏水的地方要進行修補。在這個過程中，如果一切正常的話，管內水箱要經過一次壓水及排水。

2、沉放

3、對接

4、穩定壓載

5、接頭排水

三、管段壓載水箱自動化的可行性探討

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

根據船舶調載系統的經驗和對調載系統設備的了解，可以對管段壓載水箱的調載過程實現自動化控制，其方法如下：

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

2）、控制閥門采用電動控制，并在遠程進行集中操控；

3）、壓載水箱裝備感壓式水位計，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，還能根據水箱的壓水情況和沉箱的浮態，由軟件計算出沉箱的負浮力及各個滑輪組的吊力；

4）、管段安裝兩套姿態儀，監控管段的姿態，可根據管段的姿態進行調載。

實現水箱調載自動化后可將水位計信號和姿態儀信號輸入到同一個串口接收軟件里面集中顯示，將水泵、閥門的控制開關和顯示屏集中在一起。

實現自動化后調載的具體流程如下：

一旦實現自動化控制以后，只需要一個人操作就可以了，大大的節約了人工。并且通過船上的調載的經驗數據，沉管段壓載水箱的自動化控制是完全可以實現的。于是我們對幾家自動化設備公司進行了詢價，最后得出了一組比較具有性價比的方案，該組方案如下：

該方案總造價大約為：90200RMB，以后這套設備都可以回收重復利用，所以長遠來講，成本是比較低的。

四、管段壓載水箱自動化方案探討

1、壓載控制閥的優化

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，比較繁瑣，對其進行簡化后，每套控制水泵閥門閥數量減少3個，一個沉箱總共閥門減少12個，具體簡化方式如下圖所示：

通過簡化以后，可以實現沉箱調載的三個工況，同時整節管的閥門降至34個，這不僅節約了成本，而且操作也更加方便了。

2、實現水泵和閥門的遠程操作

把所有水泵及閥門的控制按鈕集中在一起并實現遠程操作，考慮靠安裝及可操作性，控制閥門可采用電動蝶閥，因為電動蝶閥具有啟閉方便迅速、結構簡單，體積小，重量輕、調節性能好的優點。

安裝電動蝶閥后，把控制線路引到控制塔上集中控制。

對幾家閥門生產廠家進行詢價，天津龍源電動閥門有限公司生產的電動蝶閥性價比相對比較高。以下為其中一產品的技術參數：

1）電源可選：220VAC50Hz，380VAC50Hz，24VDC

2）控制原理：

智能調節型（Z型）in：4-20mA，out：4-20mA，電源220VAC

3、水箱水位的遠程顯示

水位計的選擇主要考慮安裝和拆卸方便和可重復使用，感壓式水位計結構簡單，安裝方便。以下介紹無錫飛順液位器有限公司生產的投入式液位變送器的主要技術參數：

投入式液位變送器是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應，將靜壓轉成電信號。經過溫度補償和線性校正。轉換成4-20mADC標準電流信號輸出。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。

主要技術指標：

測量范圍：0.3～110m

精 度：0.2、0.5、1.0級

工作溫度：-20～80℃

輸出信號：二線制4～20mADC

電源電壓：標準24VDC（12～36VDC）

不靈敏區：≤±1.0%FS

負載能力：0-600Ω

相對溫度：≤85%

防護等級：IP68

防爆標志：ExiaⅡCT4-6

4、沉箱姿態的實時監控

沉箱姿態的監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的高精度數字雙軸傾角傳感器：

HCA526T是瑞芬科技針對工業現場控制領域訂制的高精度數字型雙軸傾角傳感器，高分辨率0.001°。內置高精度 16bit A/D 差分轉換器，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。由于內置了ADI 公司的高精度數字溫感器，所以輸出角度在工作溫度范圍內都得到了再次修正，保證產品在低溫與高置環境下的高重復性。

輸出速度可達 20 次/秒，產品屬于真正工業級產品，性能可靠穩定，擴展性好，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防護等級

分辨率0.001°

寬溫工作-40～+85℃

體積L90mm×W50mm×H28mm

5、集控軟件

感壓式水位計及姿態儀控制信號及顯示信號均可以通過計算機串口與電腦連接，因此可以通過軟件實現感壓式水位計及姿態儀的在一個軟件里的集中顯示。

五、結束語

通過上述水箱壓載系統自動化的探討，我們可以得出的結論就是壓載過程完全有可能實現自動化，這樣不僅可以節省壓載操作的時間，簡化壓載的操作，而且更能保證整個過程的安全。

參考文獻：

[1]《自控常用器件材料手冊》

[2]《工程自動化設計應用手冊》

[3]《閥門工藝技術手冊》