摘要：探讨沉管法隧道施工过程中压载水箱抽、排水过程自动化的可行性。
关键词：沉管法隧道；压载水箱；自动化
一、前言
截至目前止，国内先后建成通车的沉管法隧道已越来越多，仅广州就有三条之多。现有的沉管法隧道，都统一采用管内安装压载水箱，通过对水箱压载水的方法来控制管段的浮运沉放以及安装，但施工工艺相对来讲比较繁复，基本都是靠人工进行操作，而且管段在浮运沉放以及安装的时候都是在水中进行，且管内空气流通不畅，这些无疑增加了施工中的风险系数，为了简化操作过程，降低风险系数，应将水箱压载系统进行自动化改进。
二、目前管段水箱压载过程介绍
目前，按国内的沉管隧道施工工艺，在整个施工的过程中，水箱的抽排水大致有以下几个步骤：
1、试漏
当管段预制完成以后，准备安装之前，通常都会对管段的防水性能进行一个测试—即管段的试漏，以检验预制的管段是否水密，如有漏水的地方要进行修补。在这个过程中，如果一切正常的话，管内水箱要经过一次压水及排水。
2、沉放
3、对接
4、稳定压载
5、接头排水
三、管段压载水箱自动化的可行性探讨
以仑头至生物岛项目E4管段为例，该节管段内的压载水箱总共有18个，每边9个，每个水箱要安排一个控制阀门，再加上前后控制水泵的阀门，总共有46个阀门，这么多的阀门如果要人工操作的话，至少需要约十个人，这对人工要求比较大。
根据船舶调载系统的经验和对调载系统设备的了解，可以对管段压载水箱的调载过程实现自动化控制，其方法如下：
1）、首先优化控制管路，尽可能的减少冗余设备，主要是管路的控制阀门，这样可以减少要操作设备的数量；
2）、控制阀门采用电动控制，并在远程进行集中操控；
3）、压载水箱装备感压式水位计，并将所有水位信息集中至电脑，可比较直接的了解所有压载水箱的压水状态，还能根据水箱的压水情况和沉箱的浮态，由软件计算出沉箱的负浮力及各个滑轮组的吊力；
4）、管段安装两套姿态仪，监控管段的姿态，可根据管段的姿态进行调载。
实现水箱调载自动化后可将水位计信号和姿态仪信号输入到同一个串口接收软件里面集中显示，将水泵、阀门的控制开关和显示屏集中在一起。
实现自动化后调载的具体流程如下：.png)
一旦实现自动化控制以后，只需要一个人操作就可以了，大大的节约了人工。并且通过船上的调载的经验数据，沉管段压载水箱的自动化控制是完全可以实现的。于是我们对几家自动化设备公司进行了询价，最后得出了一组比较具有性价比的方案，该组方案如下：
名称数量单价总价
电动阀门461500/100060000
水位仪18150027000
姿态仪216003200
集控软件1
该方案总造价大约为：90200RMB，以后这套设备都可以回收重复利用，所以长远来讲，成本是比较低的。
四、管段压载水箱自动化方案探讨
1、压载控制阀的优化
以仑头至生物岛隧道为例，我们先了解一下水箱及水泵还有阀门的具体布置：
这套设备是以前的方案，其中总管路上控制水泵的阀门共有四套，其控制水泵的管路示意图如下：
其中控制阀共有七个，比较繁琐，对其进行简化后，每套控制水泵阀门阀数量减少3个，一个沉箱总共阀门减少12个，具体简化方式如下图所示：
通过简化以后，可以实现沉箱调载的三个工况，同时整节管的阀门降至34个，这不仅节约了成本，而且操作也更加方便了。
2、实现水泵和阀门的远程操作
把所有水泵及阀门的控制按钮集中在一起并实现远程操作，考虑靠安装及可操作性，控制阀门可采用电动蝶阀，因为电动蝶阀具有启闭方便迅速、结构简单，体积小，重量轻、调节性能好的优点。
安装电动蝶阀后，把控制线路引到控制塔上集中控制。
对几家阀门生产厂家进行询价，天津龙源电动阀门有限公司生产的电动蝶阀性价比相对比较高。以下为其中一产品的技术参数：
1）电源可选：220VAC50Hz，380VAC50Hz，24VDC
2）控制原理：
智能调节型（Z型）in：4-20mA，out：4-20mA，电源220VAC
开关型标准型（E型），无源触点型（S型），开度信号型（R型）详见使用说明书
公称通径DN（mm） 50-2000
公称压力PN（MPa）0.61.01.6
试验压力强度试验0.91.52.4
密封试验0.661.11.76
适用介质空气、水、污水、蒸汽、煤气、油品等。
驱动形式手动、蜗杆蜗轮传动、气传动、电传动。
多种速度全行程时间有9秒、13秒、15秒、30秒、50秒、60秒；
3、水箱水位的远程显示
水位计的选择主要考虑安装和拆卸方便和可重复使用，感压式水位计结构简单，安装方便。以下介绍无锡飞顺液位器有限公司生产的投入式液位变送器的主要技术参数：
投入式液位变送器是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号。经过温度补偿和线性校正。转换成4-20mADC标准电流信号输出。投入式液位变送器的传感器部分可直接投入到液体中，变送器部分可用法兰或支架固定。
主要技术指标：
测量范围：0.3～110m
精 度：0.2、0.5、1.0级
工作温度：-20～80℃
输出信号：二线制4～20mADC
电源电压：标准24VDC（12～36VDC）
不灵敏区：≤±1.0%FS
负载能力：0-600Ω
相对温度：≤85%
防护等级：IP68
防爆标志：ExiaⅡCT4-6
4、沉箱姿态的实时监控
沉箱姿态的监控采用高精度的双轴线倾角传感器。以下介绍深圳瑞芬科技有限公司生产的高精度数字双轴倾角传感器：
HCA526T是瑞芬科技针对工业现场控制领域订制的高精度数字型双轴倾角传感器，高分辨率0.001°。内置高精度 16bit A/D 差分转换器，通过5 阶滤波算法，最终输出双方向的倾角值。
接口可选 RS485、RS232 或 TTL电平。由于内置了ADI 公司的高精度数字温感器，所以输出角度在工作温度范围内都得到了再次修正，保证产品在低温与高置环境下的高重复性。
输出速度可达 20 次/秒，产品属于真正工业级产品，性能可靠稳定，扩展性好，多种输出可供选择。
宽电压输入9～36V
抗振>20000g
输出TTL/RS232/RS485可选
IP68防护等级
分辨率0.001°
宽温工作-40～+85℃
体积L90mm×W50mm×H28mm
5、集控软件
感压式水位计及姿态仪控制信号及显示信号均可以通过计算机串口与电脑连接，因此可以通过软件实现感压式水位计及姿态仪的在一个软件里的集中显示。
五、结束语
通过上述水箱压载系统自动化的探讨，我们可以得出的结论就是压载过程完全有可能实现自动化，这样不仅可以节省压载操作的时间，简化压载的操作，而且更能保证整个过程的安全。
参考文献：
[1]《自控常用器件材料手册》
[2]《工程自动化设计应用手册》
[3]《阀门工艺技术手册》
论文作者:赵勇
论文发表刊物:《基层建设》2015年7期
论文发表时间:2016/8/26
标签：水箱论文; 阀门论文; 沉箱论文; 水位计论文; 水泵论文; 姿态论文; 操作论文; 《基层建设》2015年7期论文;