智能化工装应用对隧道施工成本的影响分析

孟庆龙

（中铁十七局集团第一工程有限公司，山东 青岛 266000）

成本是工业生产需要考虑的重要内容，随着生产的精细化发展，系统需要大量冗余的设备才能够保障生产的顺利进行。一旦主体设备出现故障，必须用备用设备来顶替。而正常情况下，备用设备长时间处于闲置状态，但为了保证它在关键时刻的替代使用效果，还需要日常不间断的对它进行保养维护，这无形中增加了生产的投资成本。近年来，智能化信息技术的进步发展，智能化工装技术在隧道施工的工艺中得到了创新性的推广应用，大大提高了隧道施工的质量，降低了施工的成本，给施工单位带来较为可观的经济效益。

1 智能化工装应用对隧道施工质量带来的影响

二衬智能工装应用减少施工人工成本，实现减员增效施工目标。随着建筑行业施工技术的进步发展，在隧道施工过程中研发出了智能化的“光伟”二衬混凝土浇筑施工工艺，通过在隧道中应用智能化工装配置系统，有效的解决了混凝土浇筑不密实，拱部空洞的施工难题。利用先进的技术改革创新混凝土施工系统的设备，不仅确保了隧道施工的进度和质量安全，还极大的缩减了人力的投入，实现了隧道施工减员增效的目的。隧道“光伟”二衬浇筑智能化系统主要有以下几种装置设备组成：

（1）台车端头柔性搭接应力控制设备。一般多是由橡胶板、半圆形密封橡胶片和压力芯片组合成台车的端头柔性搭接和应力控制系统，其中的橡胶板韧性较大，不容易受到二衬台车挤压而发生损坏，可以有效保证隧道两个板间二衬混凝土搭接处的外观和实体质量。半圆形橡胶密封垫增加了混凝土和橡胶板之间的贴合度和密封效果，保证没有溢浆和漏浆。橡胶板上用压力芯片实现和电控箱连接，并实时显示出橡胶板受到的压力值，在压力接近二衬混凝土的抗压极限12帕斯卡时发出警示，保证上一板二衬混凝土不发生裂缝等质量问题，解决了隧道衬砌板接缝处因混凝土顶裂发生掉块的技术难题。

（2）伸缩式透明挡头模。伸缩式透明挡头模是利用智能化信息技术对传统二衬端头模板进行设备更新的产物，改装后的设备可以实现从台车外部对混凝土浇筑施工情况的可视性观察，方便操作人员控制端头出现的漏浆、环向止水带松动切割混凝土和端头混凝土浇筑出现空洞等问题，提高混凝土浇筑的施工质量。

（3）混凝土布料自动控制系统。经过对台车的混凝土浇筑分层装置的改装，在台车上安装光电定位装置和传感器，利用传感器对混凝土浇筑面的感应作用，对混凝土布料系统的对位换管和浇筑窗口进行自动化控制，进而实现混凝土浇筑施工的分层和入模浇筑的自动化功能。从进料口到出料口的全封闭管道完成混凝土输送的过程中，不需要复杂的人工操作，只需操作人员通过智能遥控器，就能简单快捷的完成混凝土输送，而且不会造成施工材料的浪费和环境污染，还大大缩短了浇筑施工的时间，在节省时间的同时解决了混凝土一孔灌到底浇筑方式造成的混凝土离析和出现冷缝等质量问题，也规避了因长时间的混凝土浇筑施工引起顶部塌落造成输送管道淤堵，明显的提升了二衬实体混凝土浇筑的强度和外观质量。

（4）插入式全自动振捣器。改良后的全自动振捣器有振捣器、控制线路及控制系统组成。它们分别安装在隧道拱腰，四窗和拱顶部位，自动插入式把高频振捣棒顶入拱腰等部位，通过手动启动控制系统进行关闭功能，或者利用对混凝土浇筑表面的感应装置，实现自动控制开闭功能，进行内部混凝土振捣，解决了目前隧道拱腰及以上部位的混凝土振捣不密实和空洞问题，可以明显改善拱腰以上部位混凝土浇筑效果和质量。

（5）三维激光扫描仪。二衬智能化工装应用中还安装有三维激光扫描仪，利用信息技术的云数据采集功能，实现对实际输送的混凝土二衬浇筑充盈时的精确的监测记录。在输送管道上安装流量传感器，记录混凝土浇筑的方量和传输数据，保证混凝土的浇筑饱满度。在台车拱顶部位合理设置溢浆孔，排出压缩气体，解决因气体压力产生的浇筑空洞，并通过溢浆孔进行补浆输注处理。在铺挂好的拱顶防水板上安装红外线夜视内窥镜，观察拱顶混凝土浇筑情况。还可以在台车上安装视频摄像头，监控各个窗口、振捣器和挡头模等关键部位的作业情况，以便发现异常情况能够及时处理，有效保证施工的安全和质量。智能台车更是专门研发的用于后台进行智能控制的自动化信息系统。分系统把各施工工序的数据进行自动采集分析后，启动自动控制程序完成对关键施工工序的控制操作，确保二衬浇筑施工质量。

2 仰拱边墙自行式智能凿毛机提升隧道施工的经济效益

为了提升隧道水沟电缆槽施工的质量，技术人员研发出了由许多凿毛单元、机架、液压履带行走及控制系统和电脑控制系统组成的仰拱边墙自行式智能凿毛机，凿毛单元需要和隧道边墙的弧形完成配合，包含有手扶式凿毛头和角钢的架子，其中的风包出气口和凿毛头上的进气口相互连通，在动力行走装置上固定机架，凿毛单元在风压的作用下进行工作，并且动力行走设备也配合着缓慢移动。完成行走，凿毛和喷淋降尘的自动化控制功能，该装置还可以通过电脑控制凿毛头的方向，操作简单便捷，凿毛效率远胜于人工利用小电镐凿毛方式，省时省力合格率还高，在系统中合理的应用自动喷淋降尘设施，降低了施工环境中的灰尘和回弹物，保护了施工作业人员的身心健康，实现了隧道施工的智能化管理。在隧道凿毛施工中，智能化凿毛系统大大节省了隧道施工的时间，实现了节约人工成本的效果。

3 仰拱边墙自动布料机节约隧道施工的综合成本

自动布料机是利用在仰拱液压栈桥的主梁上安装滑道和电机，带动行走轴和传输带运动，自动进行混凝土均匀布料作业。解决了传统人工布料方式存在的布料不均匀，混凝土冷缝问题，减少了浇筑的时间，降低了劳动强度。并且通过对布料质量和效果分析，仰拱边墙自动布料机械浇筑的混凝土外观质量和回弹强度及工效都远胜于传统人工布料浇筑方式。既解决了施工过程中混凝土和边墙浇筑工艺塌落度要求不一致的矛盾，还避免了混凝土发生离析造成的表面不光滑、强度低等问题，且智能化的自动布料机使用起来更加灵活轻便，和人工作业相比，大大缩短了工时，节约了大量的人工成本，提高了施工单位的经济效益。

4 自动振捣整平机械手降低劳动成本

自动振捣整平机械手系统包含在仰拱栈桥底部安装的机械臂悬挂点，行走装置，遥控器、前端振捣器和激光定位整平装置来或实现仰拱混凝土浇筑施工的振捣和整平的自动化操作。通过自动化的振捣整平系统工作可以提高仰拱浇筑的精细化施工标准，解决了以前人工振捣施工的工作漏洞，使混凝土变得密实，平整光滑。并且可以实现遥控控制多台振捣棒同时进行施工，大大节省了人力资源，达到提高施工效率的目的，间接降低了隧道施工的成本。

5 智能雷达探测车提高了检测工作效率，降低了作业的风险和成本

智能化隧道二衬自动雷达探测车和传统检测方式相比具有如下技术优势：（1）用雷达夹具代替了人工托举作业；（2）消除了高空人工作业带来的安全隐患；（3）大幅提升了检测的效率，降低了成本。

智能雷达检测车由动力设备，智能模拟手臂，行走控制、检测雷达，遥控操作控制等系统组成。在该系统工作中，用雷达天线夹具取代人工托举作业，实现机械智能化的动态检测功能。解决了人工作业时把工作人员托举到高空进行检测的安全风险，消除了人工移动抬架颠簸导致检测天线无法持续高效检测混凝土表面的精度，大大提高了工作效率，减低了隧道施工中二衬检测工序的作业成本，实现了自动化减少人工的效果。并且根据采用智能化工装应用的隧道施工项目分析，如果对施工的预加固、开挖、出渣、支护、仰拱、防水、二衬、沟槽、监测、辅助等10道作业线均采用智能化工装设备应用，可以比传统施工工艺最少节约31%的劳动力，真正实现减员增效的施工目标。

6 结语

综上所述，应用智能化工装设备虽然需要投入资金购买和更新施工设备，表面上看是增加了施工的成本投入，但缩短隧道工程项目的工期，大大提高施工的工效，减少了大量人员的投入，降低人工作业的劳动强度，消除传统隧道施工中工作人员高空作业的危险系数，节约大量的人工成本，并且可以大幅提升隧道施工的质量。可以说，智能化工装应用可以改善传统隧道施工中存在的质量通病，起到提升隧道施工的工效，降低施工成本的效果。