[分享]这些让山岭隧道的混凝土喷射技术自动化!

发表于2020-05-18     201人浏览     1人跟帖     总热度:490  

记住3大要点,让山岭隧道的混凝土喷射技术实现自动化





土木工程施工作业复杂而多变,导致实际的工程施工质量越来越依赖经验丰富的作业员。为了解决这样的问题,日本鹿岛建设以“建设新型建设生产体系”为目的,开发了不少自动化、智能化的施工设备。今天,小编为大家介绍一下,应用于山岭隧道的混凝土喷射技术,它是如何通过3点实现自动化施工的?


混凝土喷射自动化的概念

山岭隧道的混凝土喷射自动化施工,其目标是:一边控制的喷射厚度,一边根据地质条件进行自动喷射作业,以此缩短喷射时间,提高生产效率。

在推进混凝土喷射自动化的过程中,有3个重要的开发项目:①控制(喷射机的自动化)、②测量(喷射厚度测量控制)、③管控(选择与地质条件相适应的喷射手法)。

这3个项目开发的完成,为应对柔软地层条件的自动喷射创造了可能。

三个项目开发设想

控制
控制是指对旧有的混凝土喷射机进行改造,使喷嘴能够自动地到达指定的位置和进行指定的移动(喷嘴作业程序)。

旧有的混凝土喷射机是通过被称为喷嘴控制员的作业员手持遥控器,通过目视来确认喷射的位置,根据经验来执行喷嘴作业程序,进行喷射。
过去的混凝土喷射情况

而改进后的自动化喷射机,其喷嘴能够到达任意的位置、设置任意姿势和动作速度,通过程序编制好的作业指示来进行喷射。
采用自动喷射机时的喷射情况

测量
测量(喷射厚度测量管理)是建立一个系统,通过自动喷射机前方搭载的三维激光扫描仪来对喷射前隧道壁的凹凸程度进行扫描。

三维激光扫描仪是以之前开发的用于测量爆破后工作面形状的简易3D扫描仪系统为基础开发的。
喷射机搭载的扫描仪
和必要的喷射厚度示例
该扫描仪是配置在能够观察到喷射机前方工作面和隧道壁的位置,还添加了不进行扫描的时候能够防尘的机能,因此耐久性较高。此外,在1min(含扫描时间在内)以内,就能将隧道壁分为不同区域,表示出将其喷射得平整均一而需要的喷射厚度,从而能够在下一步③管控中迅速自动选定合适的喷射手法。
此外,考虑到扫描数据的性质和数据处理,以及实际喷射过程中难以进行扫描的情况,将扫描安排在喷射作业之前以及因混凝土搅拌卡车换班而暂停喷射时进行。
喷射作业中的扫描定时及其目的

管控
管控是建立在①控制和②测量所完成的自动喷射机以及隧道壁扫描系统的基础上。针对隧道壁的凹凸等地层条件,推导出能够取得最合适的喷射形状的喷嘴作业程序,并向自动喷射机下达指示的系统(管控系统)。

完美的喷射方法不仅要取得和预想相同的完成形状,同时,还需在达到机械最大混凝土喷吐量的基础上,尽可能地抑止回弹量,使施工时间最小化。自动喷射机在相同墙面进行喷射时,可以实现喷嘴位置和动作精度较高的重复操作程序。本次研发中,没有把隧道施工现场熟练操作员的喷嘴操作程序作为示范数据来模仿。

另一方面,必须找到决定喷嘴作业程序的喷嘴摆动角度和角速度等参数的组合(作业程序指令),以及这些参数与在隧道壁上的喷射完成形状之间的关系。

因此,管控还需分为2个阶段来进行研究:
■ 第1阶段:分析喷射完成形状的影响因子;

■ 第2阶段:研究棚舍的参数组合;

■ 目前,第1阶段试验已经完成,基本确定能够高效均匀地喷射出指定厚度的喷嘴作业程序;第2阶段的开发则正在进行之中。
喷射模拟器的应用





开发现状
目前,鹿岛建设针对这个喷射混凝土自动化的技术,已在专用场地设置了模拟隧道,可随时进行试验。这些研发工作是以时间和劳动力要求最高的喷射作业自动化为中心来进行,从目前现状来看,能够开发出相比操作员手动的喷射生产力更高、效率更高的自动喷射技术。


模拟隧道全景




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