智能时代下的沉管法施工：数字化监测与自动化控制技术革新

在现代交通基础设施建设中，沉管法施工因其独特优势，在海底隧道、过江通道等工程中得到广泛应用。智能时代的到来，为沉管法施工带来了革命性的技术革新，数字化监测与自动化控制技术的融入，极大地提升了施工效率、精度与安全性。

沉管法施工概述

沉管法施工是先在隧址以外的预制场地制作隧道管段，管段两端用临时封墙封闭，待混凝土达到设计强度后，浮运至隧址指定位置，定位后向管段水箱内或用其他加载方式施加荷载，使之下沉至设计标高，然后进行水下连接。相较于其他隧道施工方法，沉管隧道施工对周围环境影响小，施工速度相对较快，且适应复杂地质条件的能力较强。

智能时代前的沉管法施工挑战

在传统沉管法施工中，施工人员面临诸多挑战。管段浮运过程中，受水流、风浪等自然因素影响大，难以精确控制管段的位置与姿态，导致定位精度不高。例如在早期一些跨江沉管隧道施工中，因定位偏差，需要耗费大量时间进行后期调整，严重影响施工进度。同时，在管段沉放对接环节，依靠人工经验和简单仪器监测，难以实时、全面掌握管段的下沉速度、倾斜度等关键参数，施工安全风险较高。

数字化监测技术革新

传感器技术的广泛应用

在智能时代，各类先进传感器成为沉管法施工数字化监测的关键。高精度的位移传感器被安装在管段的关键部位，能够实时监测管段在浮运、沉放过程中的三维位移变化，精度可达毫米级。如在深中通道沉管隧道施工中，通过在沉管上布置大量位移传感器，可精确掌握沉管在复杂海况下的位置变动，为施工决策提供精准数据支持。压力传感器则用于监测管段各部位受到的水压力、土压力等，帮助施工人员了解管段的受力状态，及时发现潜在安全隐患。

基于物联网的数据采集与传输

借助物联网技术，将分布在管段、施工船舶、现场设备等各处的传感器连接成一个庞大的网络。传感器采集到的数据通过无线传输模块，实时、稳定地传输至数据处理中心。以大连湾沉管隧道施工为例，施工现场部署了数千个传感器，这些传感器采集的数据通过物联网迅速汇聚到数据中心，实现了施工数据的全面、实时采集与传输，为后续的数据分析和处理奠定基础。

数据分析与可视化

数据处理中心运用大数据分析技术，对海量监测数据进行深度挖掘和分析。通过建立数学模型，能够预测管段的运动趋势、受力变化等。同时，将分析结果以直观的可视化形式呈现，如通过三维模型展示管段的实时位置、姿态，用图表展示各项参数的变化曲线。施工人员通过可视化界面，可一目了然地掌握施工状况，快速做出决策。

自动化控制技术革新

沉管浮运自动化

在沉管浮运环节，自动化控制技术发挥着重要作用。例如 “一航津安 1” 号自航式沉管运输安装一体船，配备了先进的自动循迹系统。该系统根据预设的航行路线和实时监测的船舶位置、水流等信息，自动调整船舶的推进系统和转向系统，使沉管能够沿着精确的轨迹浮运至施工地点。其航迹偏移量可控制在极小范围内，大大提高了浮运的安全性和准确性，减少了对临时航道疏浚量的需求。

沉管沉放自动化

沉管沉放过程中的自动化控制确保了沉放精度和施工安全。自动化的压载水控制系统能够根据管段的下沉速度、倾斜度等参数，自动调节管段内的压载水量，实现管段的匀速、平稳下沉。同时，管节拉合控制系统可自动完成管段之间的对接和拉合操作，通过精确控制拉合力度和位置，确保管段连接的密封性和稳定性。在一些工程中，沉管沉放的自动化控制精度已达到厘米级，极大提升了施工质量。

施工设备协同自动化

智能时代下，沉管法施工中的各类设备实现了协同自动化作业。施工船舶、起重设备、定位系统等通过统一的控制系统进行联动，根据施工流程和指令自动完成相应动作。当沉管到达指定位置准备下沉时，船舶自动调整姿态，起重设备配合松放吊索，定位系统实时监测并微调沉管位置，整个过程无需过多人工干预，提高了施工效率，减少了人为操作失误带来的风险。

技术革新带来的效益

提高施工效率

数字化监测与自动化控制技术的应用，大大缩短了沉管法施工各环节的作业时间。例如，传统沉管浮运定位可能需要数小时甚至数天，而采用自动化浮运系统后，可将时间缩短至数小时以内。施工设备的协同自动化作业，也减少了工序之间的衔接时间，整体施工效率大幅提升。在深中通道等大型工程中，新技术的应用使得施工周期明显缩短，为项目早日投入使用创造了条件。

提升施工精度与质量

高精度的数字化监测和自动化控制，确保了沉管在浮运、沉放和对接过程中的位置、姿态精确可控。管段对接精度的提高，有效减少了渗漏等质量问题的发生。如一些采用新技术施工的沉管隧道，管段对接误差控制在极小范围内，提高了隧道的整体质量和使用寿命。

增强施工安全性

通过数字化监测，能够实时发现施工过程中的安全隐患，如管段的异常位移、受力突变等，并及时发出预警。自动化控制减少了施工人员在危险环境下的作业时间和强度，降低了人为操作失误引发事故的风险。在复杂的水下施工环境中，新技术为施工人员的安全提供了有力保障。

未来展望

随着智能技术的不断发展，沉管法施工中的数字化监测与自动化控制技术将持续创新。一方面，传感器技术将更加微型化、高精度化，能够获取更全面、细致的施工数据。另一方面，人工智能技术将进一步融入施工控制过程，实现施工决策的智能化。例如，通过机器学习算法，根据历史施工数据和实时监测数据，自动优化施工方案和控制参数。同时，随着 5G 等新一代通信技术的普及，施工数据的传输将更加高效、稳定，为远程施工监控和管理提供更好的支持。

智能时代下数字化监测与自动化控制技术的革新，正深刻改变着沉管法施工的面貌。这些技术的应用不仅提升了沉管法施工的水平，也为未来更多复杂交通基础设施建设提供了坚实的技术支撑。

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