雙輪銑深層攪拌防滲墻數(shù)字信息化施工技術(shù)研究與運(yùn)用

文/邱勇、焦亮

1 前言

雙輪銑深層攪拌墻是通過(guò)銑頭轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到削進(jìn)及提升功能，削進(jìn)和提升過(guò)程中將水泥漿與土體強(qiáng)制攪拌，在土體內(nèi)產(chǎn)生物化學(xué)反應(yīng)，形成具有整體性、水穩(wěn)定性及一定強(qiáng)度的增強(qiáng)墻體達(dá)到防滲效果。結(jié)合信江八字嘴航電樞紐西大河主體工程特點(diǎn)，左岸堤防地勢(shì)平坦，上層地層構(gòu)成以砂卵礫石為主，底部為風(fēng)化千枚巖層，在左岸堤防軸線長(zhǎng)度1500m 段采用雙輪銑深層攪拌墻技術(shù)，設(shè)計(jì)防滲墻厚度為60cm，樁頂高程均為EL19.5m，樁底高程以入強(qiáng)風(fēng)化千枚巖≥1.0m 控制，總計(jì)防滲墻約14281.5m2。

2 研究背景

目前國(guó)內(nèi)系統(tǒng)均為人為操作，后臺(tái)制漿系統(tǒng)與前臺(tái)操作系統(tǒng)無(wú)有效聯(lián)動(dòng)，人為操控導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法根據(jù)銑進(jìn)速度等因素來(lái)控制水泥摻量，容易造成水泥摻量超標(biāo)或過(guò)低現(xiàn)象。通過(guò)本工程的數(shù)字化施工技術(shù)研究總結(jié)出一套較為成熟的數(shù)字化管理系統(tǒng)，解決所述不足。

3 研究?jī)?nèi)容

充分掌握現(xiàn)有雙輪銑深層攪拌防滲墻的施工特點(diǎn)，針對(duì)不足，以信江八字嘴航運(yùn)樞紐西大河主體工程為載體，研究適用于雙輪銑施工自動(dòng)化監(jiān)督、控制系統(tǒng)。引入圖像識(shí)別、移動(dòng)端APP 等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙輪銑施工參數(shù)的數(shù)字化精細(xì)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，采用大量先進(jìn)的自動(dòng)化硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)雙輪銑制漿、注漿系統(tǒng)自動(dòng)化操控，將制漿、注漿系統(tǒng)與雙輪銑鉆進(jìn)機(jī)械設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)，減省人員投入，降低水泥用量，提高防滲墻整體質(zhì)量[1]。

4 運(yùn)用技術(shù)

4.1 施工參數(shù)確定

前期對(duì)地層勘探，按設(shè)計(jì)參數(shù)做室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出水泥摻量，通過(guò)選取提升速度、摻漿比重等單一變量設(shè)置6幅防滲墻進(jìn)行對(duì)比，并記錄每幅墻體施工時(shí)間，取芯注水及外觀檢查，得出最佳控制參數(shù)，后續(xù)墻體按照確定參數(shù)執(zhí)行。具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)段墻體具體參數(shù)表

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)段檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合試驗(yàn)段各幅施工參數(shù)，最終選擇第五幅參數(shù)作為控制標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 軟件系統(tǒng)技術(shù)

4.2.1 總體思路，雙輪銑施工智能監(jiān)控系統(tǒng)，以施工數(shù)據(jù)采集與分析模塊為基礎(chǔ)，以現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊為核心，以實(shí)現(xiàn)雙輪銑智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控為目標(biāo)，形成分析處理系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)雙輪銑的無(wú)人監(jiān)控的自動(dòng)化施工控制。

4.2.2 基于WebGis 的集成管理平臺(tái)，基于Web-Gis 的集成管理平臺(tái)分為動(dòng)態(tài)施工參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及施工過(guò)程的視頻監(jiān)控兩部分。

（1）動(dòng)態(tài)施工參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，動(dòng)態(tài)施工參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控主要對(duì)雙輪銑的重要施工參數(shù)進(jìn)行查看并進(jìn)行控制，使現(xiàn)場(chǎng)施工工程標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。根據(jù)工程情況與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，雙輪銑施工監(jiān)控參數(shù)主要有：銑輪轉(zhuǎn)速(r/min)、鉆進(jìn)速度(cm/min)、提升速度(cm/min)、注漿流量值(L/min)、注漿壓力(MPa)和鉆進(jìn)深度(m)等。

（2）施工過(guò)程視頻監(jiān)控，施工過(guò)程視頻監(jiān)控主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員、設(shè)備及關(guān)鍵施工參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，以移動(dòng)APP 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，視頻數(shù)據(jù)為載體，實(shí)時(shí)向移動(dòng)端用戶傳輸視頻數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)可視化管理。

4.2.3 設(shè)備管理模塊，設(shè)備管理的內(nèi)容主要是對(duì)所有的雙輪銑、挖掘機(jī)、起重機(jī)以及攪拌機(jī)和泥漿泵等進(jìn)行有關(guān)信息的管理，包括雙輪銑以及附屬設(shè)備使用申請(qǐng)、調(diào)撥管理、設(shè)備維修申請(qǐng)、維修記錄等。

4.2.4 材料管理模塊，主要是對(duì)水泥漿的用量進(jìn)行管理，包括水泥漿用量信息的錄入、修改、查詢、統(tǒng)計(jì)、生成報(bào)表等，能夠時(shí)刻掌握水泥漿用量情況，并結(jié)合水泥漿的單價(jià)可以對(duì)使用的水泥漿金額進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[2]。

4.2.5 施工數(shù)據(jù)采集與分析模塊，施工數(shù)據(jù)采集與管理模塊主要分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理等，還包括數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，數(shù)據(jù)表格的導(dǎo)出，圖像圖表的可視化生成以及利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)使用算法進(jìn)行計(jì)算分析等功能。

（1）數(shù)據(jù)收集，利用C 語(yǔ)言編寫(xiě)傳感器端口監(jiān)聽(tīng)程序，監(jiān)聽(tīng)程序在服務(wù)器上運(yùn)行可以實(shí)時(shí)獲取雙輪銑上各種傳感器傳送的數(shù)據(jù)，再將獲取到的傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)云處理器進(jìn)行儲(chǔ)存和初步處理，處理完后保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，之后系統(tǒng)中數(shù)據(jù)收集頁(yè)面可以有選擇的從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用數(shù)據(jù)。收集的數(shù)據(jù)主要有攪拌機(jī)制漿的水灰比、噴漿時(shí)間以及噴漿量（體積和質(zhì)量）、水泥參量等。主要數(shù)據(jù)采集流程如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集流程圖

（2）數(shù)據(jù)分析處理，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，主要是分析數(shù)據(jù)的特征值，采用比較直觀、簡(jiǎn)潔、方便的折線圖的形式進(jìn)行展示；再利用一些預(yù)測(cè)算法，對(duì)泥漿用量進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)，找出變化規(guī)律，通過(guò)算法對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到最終的參數(shù)。

（3）圖形報(bào)表管理，圖形報(bào)表管理的內(nèi)容主要是對(duì)水泥土攪拌樁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析后的結(jié)果以及一些基本的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，以文檔或表格的形式從系統(tǒng)中導(dǎo)出，同時(shí)還支持文件的上傳和下載等功能。

（4）日常巡查管理，日常巡查管理的內(nèi)容主要是巡檢人員定期或不定期地到施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備儀器進(jìn)行檢查、維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，并將檢查的相關(guān)信息錄入到監(jiān)控系統(tǒng)中。

4.2.6 現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊，將傳感器安裝在攪拌樁和雙輪銑上，利用傳感器將數(shù)據(jù)通過(guò)云處理器傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，室內(nèi)實(shí)時(shí)觀察攪拌樁和雙輪銑工作時(shí)的數(shù)據(jù)。

4.3 硬件設(shè)施技術(shù)

4.3.1 前臺(tái)安裝

對(duì)雙輪銑設(shè)備加裝外圍傳感器、流量計(jì)等，實(shí)現(xiàn)設(shè)定施工參數(shù)，減少人員實(shí)操控制，當(dāng)鉆機(jī)下鉆、鉆機(jī)提升時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前壓力、瞬時(shí)流量、總漿量等。現(xiàn)場(chǎng)液晶屏可遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)注漿設(shè)備轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)控制注漿量。

4.3.2 后臺(tái)安裝，根據(jù)噴漿的工藝要求，水泥秤、水秤、外加劑秤分別配料，按順序投入攪拌機(jī)，攪拌機(jī)設(shè)定攪拌時(shí)間卸料到料漿池。后臺(tái)加裝具有計(jì)量精度高、采樣速度快PR 稱(chēng)重模塊，實(shí)現(xiàn)落差自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)去皮、自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤的功能，各個(gè)秤的每次實(shí)際下料量與累計(jì)量都能存儲(chǔ)、打印，支持歷史數(shù)據(jù)查詢，各種物料給定值通過(guò)觸摸屏下傳。輸漿泵會(huì)抽取料漿，通過(guò)兩根管道輸送到前臺(tái)設(shè)備，在此過(guò)程中，輸漿泵速度會(huì)根據(jù)雙輪銑操作工人設(shè)置轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

4.4 數(shù)據(jù)上傳

系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)上傳功能，硬件上加裝有無(wú)線網(wǎng)橋，生產(chǎn)數(shù)據(jù)（包含攪拌配料數(shù)據(jù)、輸漿泵控制等）可通過(guò)網(wǎng)橋傳送至前臺(tái)和后臺(tái)操作人員。操作人員輸入墻體相關(guān)信息，啟動(dòng)噴漿開(kāi)始下鉆時(shí)，操作人員點(diǎn)擊開(kāi)始鍵，系統(tǒng)記錄漿液累積量，直到設(shè)備完全提鉆完成，操作人員點(diǎn)擊停止鍵，自動(dòng)計(jì)算生產(chǎn)過(guò)程所用累計(jì)量并上傳至云平臺(tái)。

雙輪銑數(shù)字化智慧系統(tǒng)通過(guò)升級(jí)自動(dòng)化模塊，實(shí)現(xiàn)制漿系統(tǒng)自動(dòng)化操控，引入精密傳感圖像識(shí)別移動(dòng)端APP 等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)監(jiān)測(cè)施工參數(shù)，將數(shù)據(jù)加密傳輸至云端，大幅提高了資料編制效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，確保可查可溯，科學(xué)核算成本。操作界面如圖2 所示。

圖2 PC 端數(shù)據(jù)平臺(tái)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)數(shù)字信息化管理系統(tǒng)，如期按照節(jié)點(diǎn)目標(biāo)完成了雙輪銑深層攪拌法防滲墻施工，達(dá)到了圍堰閉氣要求，并通過(guò)鉆孔取芯、注水試驗(yàn)及開(kāi)挖檢測(cè)成墻效果使各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，滲透系數(shù)也達(dá)到了1×10-6級(jí)，圍堰防滲效果佳，基達(dá)到不滲水效果，實(shí)現(xiàn)了施工全過(guò)程數(shù)字化信息的掌控，保障質(zhì)量，減少人員，實(shí)現(xiàn)設(shè)備施工全自動(dòng)化。