淺談數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)在長(zhǎng)臂挖掘機(jī)沉井下沉開挖中的應(yīng)用

曹 龍 濱，　侯 梧 軍，　李　輝

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司 第一分局，四川 成都　610066)

淺談數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)在長(zhǎng)臂挖掘機(jī)沉井下沉開挖中的應(yīng)用

曹 龍 濱，侯 梧 軍，李輝

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司 第一分局，四川 成都610066)

摘要：近年來，隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，市政工程領(lǐng)域地下工程的施工受到了廣泛關(guān)注，“高效、快捷、適用”將是市政工程發(fā)展的趨勢(shì)。以中牟縣解放路道路拓寬改造工程污水管道沉井下沉施工為例，介紹了在長(zhǎng)臂反鏟的動(dòng)臂上安裝輔助數(shù)字高清攝像頭進(jìn)行下沉挖掘的施工方法，加快了沉井下沉的施工速度及精度，對(duì)市政工程類沉井下沉施工具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：中牟縣；數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)；長(zhǎng)臂挖掘機(jī)；沉井下沉；應(yīng)用；道路拓寬改造

1工程概述

解放路道路拓寬改造項(xiàng)目位于中牟縣城東部，為南北向城市快速路，工程南起站前大道，北至環(huán)城北路，全長(zhǎng)2 691.225 m，道路規(guī)劃紅線寬70 m，道路布置為四幅路型式，雙向十二車道。

解放路污水管道沉井采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分為工作井和接收井兩類，共計(jì)32座，沉井平均高度為8.2 m、直徑9 m，井室均為現(xiàn)場(chǎng)澆筑。井壁、底板、頂板、梁均采用C30混凝土澆筑，支擋側(cè)墻、封底混凝土采用C20混凝土澆筑，井主體混凝土抗?jié)B等級(jí)為P8，鋼筋采用HPB300、HRB400。流槽為MU10灰砂磚、M10水泥砂漿砌筑，25 cm厚、1∶2水泥砂漿抹面。沉井典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況見圖1。

圖1　沉井典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

沉井井位附近地形較為復(fù)雜，大部分為建筑集聚區(qū)。由于解放路道路改造，其道路兩側(cè)房屋拆遷，場(chǎng)地幾乎被建筑垃圾覆蓋，施工場(chǎng)地地貌單元屬黃河泛濫沖積平原，井位地基土多由黃褐～灰褐色、松散～稍密的粉土，褐黃色、稍密～中密的細(xì)砂以及黃褐～灰褐色、軟塑～可塑的粉質(zhì)粘土組成。

井位勘探深度范圍內(nèi)的地下水類型為潛水，實(shí)測(cè)穩(wěn)定地下水位埋深約在現(xiàn)地面下6.4～8.7 m,絕對(duì)標(biāo)高69.15～72.43 m，平 均 水 位 標(biāo) 高

70.96 m。近3～5 a的歷史最高水位絕對(duì)標(biāo)高約在76.5 m左右。

2下沉方案的選擇與改進(jìn)

2.1下沉方案的選擇

根據(jù)沉井井位的地質(zhì)情況并結(jié)合中牟地區(qū)已有的成熟施工經(jīng)驗(yàn)，采用長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行沉井下沉施工。 通過操作長(zhǎng)臂挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗伸縮與旋轉(zhuǎn)，將鏟斗伸入沉井底部，在中部垂直下挖成鍋底狀；當(dāng)鍋底比刃腳低1～1.5 m時(shí)井筒靠自重下沉，將刃腳下土層擠向中央鍋底，然后斷續(xù)挖土，井筒繼續(xù)下沉，直至下沉至設(shè)計(jì)高程。長(zhǎng)臂反鏟掘土下沉情況見圖2。

采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)施工適用于地基為粉土、粉質(zhì)粘土以及砂土的沉井，具有下沉速度快、操作簡(jiǎn)單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但也存在在井下挖掘時(shí)挖掘機(jī)操作人員無法看到井下鏟斗的位置和挖掘情況的問題。

圖2　長(zhǎng)臂反鏟掘土下沉原理三維示意圖

2.2下沉方案的改進(jìn)

為解決上述存在的問題、保證沉井下沉的質(zhì)量和精度，項(xiàng)目部QC小組針對(duì)長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了認(rèn)真分析，最終決定在長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)的動(dòng)臂上安裝數(shù)字高清攝像頭，在司機(jī)操作室安裝顯示器的方案。這樣實(shí)施，操作人員在操作室內(nèi)通過顯示器即可隨時(shí)看到鏟斗的工作狀態(tài)，從而達(dá)到保證挖掘作業(yè)順利進(jìn)行的目的。

3數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)的選擇、安裝及調(diào)試

(1)長(zhǎng)臂反鏟設(shè)備的選型。

根據(jù)沉井的深度、直徑及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，選用小松PC220-8型長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)作為井筒下沉設(shè)備，該設(shè)備大、小臂總長(zhǎng)度為18 m，動(dòng)臂總長(zhǎng)度為10 m，斗容0.4 m3，最大挖掘半徑17.3 m，最大挖掘深度13 m，完全滿足沉井下沉掘土的要求。

(2)數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)的選型。

本著經(jīng)濟(jì)、合理、適用的原則，數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)采用數(shù)字高清攝像頭+信號(hào)線+交換器+電源線+液晶顯示屏組合而成。其中高清攝像頭采用HD 1080P型，液晶顯示屏采用7 in(1in=2.54 cm)高清超薄車載顯示器。

(3)監(jiān)視系統(tǒng)的安裝。

為便于安裝及觀測(cè)，將數(shù)字高清攝像頭安裝在長(zhǎng)臂挖掘機(jī)2/3動(dòng)臂處。首先采用鋼板制作凹槽(鋼板厚度為5 mm)并將其焊制在挖掘機(jī)動(dòng)臂上，將其做為攝像頭的安裝及保護(hù)支架，然后采用螺栓將攝像頭固定于支架內(nèi)，從而完成攝像頭的安裝(圖3)。

圖3　數(shù)字高清攝像頭安裝示意圖

攝像頭安裝完成后進(jìn)行信號(hào)線的布線工作。信號(hào)線由攝像頭尾部引出，沿長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)大、小臂上的油管線布設(shè)至駕駛室內(nèi)的交換器上。

交換器、液晶顯示屏均設(shè)置在長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)駕駛室內(nèi)。為便于操作人員觀測(cè)，液晶顯示屏采用車載式(可充電鋰電池)與交換器相連，固定于駕駛室操作盤上。交換器所需電源由駕駛室內(nèi)的車載電源接口供應(yīng)。至此，安裝工作全部完成。

長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)安裝全部完成后，對(duì)監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，直至液晶顯示屏內(nèi)的影像清晰為止。

4沉井下沉施工

(1)施工準(zhǔn)備。

首先對(duì)已制作完成的井筒(一次澆筑成形)進(jìn)行測(cè)量，檢查室壁的垂直度，對(duì)沉井周圍的地面進(jìn)行平整，以便于?？繖C(jī)械。

根據(jù)長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)奈恢猛？繖C(jī)械，所選位置必須保證挖掘機(jī)的斗桿與動(dòng)臂能在沉井內(nèi)完全垂直下伸且后臂與井壁能保持一定的高度，避免其相互碰撞。

(2)開挖下沉。

長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)操作人員利用已安裝好的數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)、通過液晶顯示屏有的放矢地進(jìn)行沉井開挖下沉作業(yè)，并根據(jù)挖土情況控制沉井下沉的精度。其操作過程為：

首先將長(zhǎng)臂反鏟動(dòng)臂前傾，將鏟斗挖齒能垂直井孔下沉至底部，然后根據(jù)下沉的阻力使鏟斗勾回裝滿，最后提升前臂與斗桿，將鏟斗提出沉井，旋轉(zhuǎn)鏟斗至卸料面后將斗內(nèi)的挖土倒掉。如此反復(fù)，使沉井底部的鍋底均勻形成，然后井筒依靠其自重下沉，并將刃腳下的土層擠向中央鍋底，井筒繼續(xù)下沉(在開挖下沉過程中，會(huì)看到井臂四周的土體產(chǎn)生一定的塌陷，井筒逐漸下沉)，如此反復(fù)，直至下沉至設(shè)計(jì)要求的井底高程。沉井下沉工況見圖4。

圖4　沉井下沉施工工況圖

5沉井下沉監(jiān)測(cè)及糾偏

(1)利用長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行沉井開挖時(shí)，井筒每下沉1 m，應(yīng)進(jìn)行測(cè)量檢查(每次檢查時(shí)間約為5 min)，以便及時(shí)調(diào)整開挖的方向和角度，確保將沉井在沉降穩(wěn)定后的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)控制在允許的誤差范圍內(nèi)。

(2)沉井下沉結(jié)束且穩(wěn)定后，應(yīng)進(jìn)行測(cè)量檢查，通過測(cè)設(shè)沉井中心點(diǎn)、橫軸端點(diǎn)、井頂?shù)臉?biāo)高來檢查沉井的中心偏移值、傾斜度以及扭轉(zhuǎn)度。

(3)聘請(qǐng)有類似施工經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)的挖掘機(jī)操作人員進(jìn)行沉井下沉作業(yè)。開挖前，將采用數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)的原理、沉井的高度、直徑、下沉深度等向其進(jìn)行詳細(xì)交底，確保沉井下沉的順利進(jìn)行。

(4)根據(jù)測(cè)量資料隨時(shí)糾偏。沉井下沉過程中應(yīng)做到“以防為主，以糾為輔，勤測(cè)、慢糾、緩糾、有偏必糾、糾則適度”的要求。

(5)沉井初沉階段根據(jù)“沉多則挖少，沉少則挖多”的原則在開挖中糾偏，且不得在一側(cè)挖空糾偏，并根據(jù)情況緩慢下沉，逐步糾偏，使沉井在下沉過程中均勻?qū)ΨQ。

6運(yùn)行效果

采用數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)輔助長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行沉井下沉作業(yè)，有效地解決了單獨(dú)采用長(zhǎng)臂反鏟進(jìn)行沉井下沉作業(yè)的弊端，施工工效得到了較大地提升。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，下沉方案改進(jìn)后，長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)每小時(shí)可取土約60 m3，8～10 h可基本將沉井下沉就位，施工現(xiàn)場(chǎng)只需設(shè)備操作人員1人、安全員1人即可，下沉平均速度為1 m/h，且沉井下沉穩(wěn)定性及精度均符合設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行效果十分顯著。

7結(jié)語

在中牟縣解放路道路拓寬改造工程沉井施工中，采用數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)輔助長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行下沉施工取得了較好的效果，不僅保證了挖掘工作的順利進(jìn)行，而且提高了效率、縮短了工期，施工精度和質(zhì)量得到了保證。但在施工過程中也發(fā)現(xiàn)了一些不足，例如：在安裝數(shù)字高清攝像頭時(shí)，雖然采用鋼板制作凹槽對(duì)攝像頭進(jìn)行保護(hù)，但是在其開挖、下沉過程中，動(dòng)臂的抖動(dòng)還是對(duì)高清攝像頭有影響，容易造成攝像頭的損壞。筆者建議：在今后的改造中，應(yīng)采取更好的保護(hù)措施，以取得更佳的預(yù)期效果。筆者相信，隨著市政工程領(lǐng)域施工技術(shù)的日益發(fā)展，數(shù)字高清監(jiān)視系統(tǒng)會(huì)在地下工程施工中發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鳳祥.沉井沉箱設(shè)計(jì)、施工及實(shí)例[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2010.

[2]柴文勝.淺談長(zhǎng)臂挖掘機(jī)在沉井下沉開挖中的應(yīng)用[J].山西建筑：2000，26(20)：99-100.

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號(hào):TV51;TV52;TV554;TV53

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1001-2184(2016)03-0040-04

作者簡(jiǎn)介:

曹龍濱(1982-)，男，黑龍江鶴崗人，工程師，從事水電工程、市政工程施工技術(shù)與管理工作；

侯悟軍(1982-)，男，河南漯河人，助理工程師，從事水電工程、市政工程施工技術(shù)與管理工作；

李輝(1985-)男，河南新鄉(xiāng)人，助理工程師，從事水電工程、市政工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)