中交二航局自主研發(fā)一體化智能筑塔機(jī)

2024年08月22日

絕壁起天梯，飛龍躍江海。

一橋飛架，天塹變通途。橋塔作為橋梁的核心承力構(gòu)件，正向著300米高甚至更高邁進(jìn)，但高空作業(yè)環(huán)境惡劣、施工風(fēng)險(xiǎn)大、工程質(zhì)量難以保證等難題隨之而來。

近年來，中交第二航務(wù)工程局有限公司（以下簡稱“中交二航局”）秉承“爭科技領(lǐng)先，創(chuàng)管理一流”的企業(yè)精神，大力實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，持續(xù)提高路橋、港航等全方位專業(yè)技術(shù)水平，形成以一體化智能筑塔機(jī)為代表的一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心領(lǐng)先裝備，為橋梁建設(shè)智能化作出突出貢獻(xiàn)。

“移動(dòng)工廠”矗立伶仃洋

從“嘆零丁”到“跨伶仃”，深中通道是一個(gè)時(shí)代的見證。

今年6月30日，這個(gè)舉世矚目的超級(jí)工程正式通車試運(yùn)營。這是集“橋、島、隧、水下互通”為一體的跨海集群工程，路線全長約24公里。由中交二航局承建的深中大橋是深中通道的關(guān)鍵性控制工程。

深中大橋索塔高270米，相當(dāng)于90層樓高，技術(shù)難度大、建造工藝復(fù)雜。

要在伶仃洋上建造超高橋塔并非易事，大橋長期處于大風(fēng)頻繁、高溫、高濕、高鹽的惡劣環(huán)境。怎樣讓施工不受場地、氣候等條件限制？如何保證施工作業(yè)人員安全？

中交二航局技術(shù)團(tuán)隊(duì)集中精力，找尋突破點(diǎn)，借鑒工業(yè)化制造思路，創(chuàng)新提出超高混凝土橋塔“豎向移動(dòng)工廠”建造理念，自主研發(fā)了一體化智能筑塔機(jī)，全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制施工全過程的人、機(jī)、料、物、法、環(huán)等要素。

按照固定工位工廠化作業(yè)模式，中交二航局技術(shù)團(tuán)隊(duì)在筑塔機(jī)上設(shè)置了豎向7個(gè)不同功能區(qū)，依次對(duì)主塔進(jìn)行鋼筋部品連接、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護(hù)、筑塔機(jī)爬升、預(yù)埋件拆除等作業(yè)，各功能區(qū)各司其職、互不干擾，先澆筑、再養(yǎng)護(hù)。

同時(shí)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)將筑塔機(jī)上原本固定的連接方式轉(zhuǎn)化為可以活動(dòng)的鉸接裝置，每套鉸接由4個(gè)“共生”滑輪組成，分別承擔(dān)承重、角度調(diào)節(jié)、傾斜角檢測、精度控制作用。

“這套活動(dòng)裝置相當(dāng)于給筑塔機(jī)安裝4個(gè)強(qiáng)壯又靈活的‘關(guān)節(jié)’，既能穩(wěn)定支撐，又能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，確保體型巨大的筑塔機(jī)安全平穩(wěn)地豎向爬升。”中交二航局技術(shù)中心總經(jīng)理田唯介紹。

2021年6月，深中通道東索塔成功封頂。在一體化智能筑塔機(jī)支撐下，橋塔實(shí)現(xiàn)混凝土7天以上養(yǎng)護(hù)時(shí)間，爬模系統(tǒng)單節(jié)塔柱施工進(jìn)度從0.6米/天提升至1.2米/天，所需澆筑現(xiàn)場工人從15名減少至6名。

“筑塔神器”驚艷長江口

長江入海，奔流不息。江上一座白色索塔高聳入云，這是中交二航局承建的常泰長江大橋。

大橋全長10公里，是長江上集高速公路、城際鐵路、一級(jí)公路“三位一體”的過江通道。其中，主航道橋主跨為1176米，大橋主塔采用“空間鉆石型”設(shè)計(jì)，高352米，相當(dāng)于120層樓高，其對(duì)混凝土外觀要求達(dá)到清水混凝土的標(biāo)準(zhǔn)。

清水混凝土澆置后，不需涂裝，不用瓷磚、石材等材料，以“素顏”驚艷亮相。

要完成這項(xiàng)工程并非易事。在深中通道應(yīng)用的第一代筑塔機(jī)自重近500噸，塔柱承受巨大荷載，設(shè)備安拆風(fēng)險(xiǎn)和難度高，對(duì)保持混凝土外觀也是挑戰(zhàn)。中交二航局技術(shù)團(tuán)隊(duì)決定對(duì)筑塔機(jī)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，新一代輕型智能筑塔機(jī)的研發(fā)工作隨即上馬。

按照能減則減、能縮則縮原則，技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅提升了工人通行和筑塔機(jī)爬升時(shí)架體操作的便捷性，還將筑塔機(jī)總體自重縮減至248噸，比第一代產(chǎn)品重量減輕近一半。

同時(shí)，為進(jìn)一步提高筑塔智能化水平，滿足清水混凝土外觀質(zhì)量要求，技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了成套智能化裝置，可實(shí)現(xiàn)基于筑塔機(jī)的混凝土智能布料及陣列式振搗、基于可視模板窗口的混凝土澆筑質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測、模板自動(dòng)清理及噴涂、混凝土溫濕度可調(diào)的智能養(yǎng)護(hù)。這些裝置實(shí)現(xiàn)了超高橋塔高品質(zhì)混凝土的一體化智能澆筑，為常泰長江大橋橋塔混凝土“美容養(yǎng)顏”提供堅(jiān)實(shí)保障。

“升級(jí)后，筑塔機(jī)的混凝土養(yǎng)護(hù)功能更加完備，能達(dá)到工廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)護(hù)條件，保證了惡劣環(huán)境下混凝土的外觀品質(zhì)。”田唯說。

眼下，一體化智能筑塔機(jī)采用機(jī)械作業(yè)、智能控制與數(shù)字監(jiān)控相融合的方式，以安全管理、高質(zhì)量建設(shè)為目標(biāo)。它將原本需在現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境中完成的工作，轉(zhuǎn)移到可控的工廠環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土橋塔建造工藝的革新，形成現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)全過程工業(yè)化智能建造體系，并持續(xù)迭代升級(jí)，在多個(gè)工程成功應(yīng)用。這套裝備開創(chuàng)了超高大跨橋梁混凝土橋塔工廠化、智能化建造的先河，持續(xù)推動(dòng)橋梁建設(shè)行業(yè)工業(yè)化、數(shù)字化、智能化變革。