Kaip mikro vamzdžių įkalimo mašinos pasiekia tikslią lygiavimą ir valdymą montavimo proceso metu?

Tikslios padėties nustatymo svarba mažųjų vamzdžių įstūmimo metodu

Tikslumo reikšmė beįkasių vamzdynų montavime

Teisingas darbas atliekant be tranšėjos įrengimą reiškia, kad vamzdynai išlieka patvarūs ir nesiduria į kitus požeminius tinklus. Paimkime šiuolaikines mikrovamzdžių stūmimo mašinas – dėl integruotų lazerinių vedlių jos gali išdėstyti vamzdžius tikslumu apie 25 mm per 100 metrų atstumą. Tai sumažina poreikį rankiniam derinimui maždaug tris ketvirtadalius, palyginti su senaisiais metodais. Praeitos savaitės tyrimas, nagrinėjęs miesto nuotekų sistemų darbus, atskleidė įdomų dalyką: jei vamzdžiai nukrypsta daugiau nei 40 mm nuo numatyto kelio, kiekvienam metrui papildomai kainuoja apie 120 JAV dolerių tik už kelio remontą ir kitų paslaugų perkėlimą iš kelio. Dėl to tokios tikslumo priemonės yra tokios svarbios tankiai gyvenamuose miestuose, kur nedidelės klaidos gali pažeisti artimiausias pastatų konstrukcijas ir jų pamatus.

Dažnai pasitaikančios problemos, veikiančios lygiavimą mikro tuneliavimo metu

Dirvožemio kintamumas, užkasti kliūtys ir įrangos vibracija prisideda prie nukrypimo nuo ašies. Grūdėtoms dirvoms reikia 23 % daugiau vairavimo korekcijų nei koheziniams molingiems gruntams, o nežinomos komunikacijos dažnai reikalauja realaus laiko trajektorijos pasikeitimo. Operatoriai turi išlaikyti stūmimo greitį nuo 20 iki 50 mm/min, kad užtikrintų reakcingą vairavimą, nekeliant per didelių lenkimo jėgų.

Grunto sąlygų poveikis vairavimo tikslumui

Požeminio vandens slėgis mažina pjovimo galvos vairavimo efektyvumą 30–40 % smėlinguose gruntuose lyginant su sausomis sąlygomis. Akmenimis praturtintoje ledynmečio molingose smulkiuose nuosėdose vairavimo reakcijos laikas turi būti toks trumpas kaip 15 sekundžių, kad būtų išvengta didėjančio nukrypimo. Projektai alioviniuose lygumose rodo 60 % didesnę ašies stabilumą lyginant su projektų rezultatais plyšiuotose zonose dėl vienodesnio sluoksnių sudėjimo.

Tipiški ašies nuokrypio ribiniai nuokrypiai: ±25 mm kas 100 metrų

Pramonės standartai leidžia maksimalų horizontalų nuokrypį, kuris sudaro 0,25 % tunelio ilgio – atitinkantį ±250 mm/km. Tačiau pažangios mikro vamzdžių įstūmimo operacijos dabar nuosekliai pasiekia ±25 mm/100 m dėka:

• Tryplytės rezervinės nuolydžio jutiklių sistemos (±0,01° tikslumas)
• Hidraulinės artikuliacinės sistemos su 0,5 mm pozicionavimo skyra
• 5 Hz realaus laiko duomenų perdavimas iš pjovimo galvutės į valdymo kabiną

Šios galimybės leidžia tiesiogiai sujungti vamzdžius be papildomų jungčių reguliavimo 92 % montavimų, sumažinant projekto trukmę 18–22 dienas kiekvienam kilometrui.

Pagrindinės orientavimosi sistemos realaus laiko tinkinimo valdymui

Lazerinės orientavimosi sistemos ir jų integracija į mikro vamzdžių įstūmimo mašinas

Lazerio derinimo sistemos veikia taip, kad siunčia atramos spindulius į pjovimo galvą pritvirtintas taikinio plokštes. Šios sistemos gali aptikti net labai mažus nuokrypius – iki apie 1 mm. Dauguma pirmaujančių gamintojų dabar šias sistemas derina su hidrauliniais vairavimo stovais, kurie automatiškai koreguoja kryptį, kai poslinkis viršija ±5 mm. Paimkime pavyzdžiui neseniai vykdytą kanalizacijos projektą Hamburge 2023 m. Ten komanda naudojo mikro vamzdžių statymo technologiją su lazerio vedimu ir pasiekė beveik idealų išlyginimą – visame 850 metrų ilgio ruože per sunkią molingą dirvožemio aplinką pasiekdama 99,8 % tikslumą. Gana įspūdingi rezultatai, atsižvelgiant į darbo sąlygas.

Giroscopinė ir inercinė navigacija be tiesioginio matomumo sekimui

Girokompasai matuoja kampinį greitį 200 Hz dažniu, išlaikydami kryptį posūkiuose, kuriose lazerio matomumas apribotas. Naudojant juos kartu su inerciniais matavimo vienetais (IMU), pasiekiama <3 cm tikslumo padėties nustatymo tikslumas – netgi per 90° posūkius – todėl jie yra būtini sudėtingiems miesto komunaliniams tinklams, reikalaujantiems tikslios aukščio kontrolės.

Elektroniniai teodolitai ir taikinio kameros nuolatinei stebėsenai

Motorizuoti teodolitai seka prizminių taikinių judėjimą stūmimo mašinoje su 0,5 lanko sekundės skyrimu, papildomai patikrinant pagal CCTV vamzdyno vaizdą. Šis dvigubas patvirtinimo metodas sumažino derinimo nesutarimus 40 % pastarajame transporto tunelyje vykdytame projekte („Underground Construction Report 2022“).

Atvejo analizė: Lazeriu vadovaujamas derinimas 300 metrų ilgio miesto kanalizacijos projekte

Tankiai apgyvendintoje Barselonos senamiestyje rangovai įrengė vamzdį po 15 aktyvių kelių naudodami hibridinę sistemą, kuri apima:

• 635 nm lazerio siųstuvą su automatinio fokusavimo funkcija
• Šešių ašių nuolydžio jutiklius
• Slūgso slėgio balansavimą realiuoju laiku

Nepaisant netikėtų smėlio sluoksnių, įrenginys išlaikė ±12 mm vertikalųjį lygiavimą ir buvo baigtas 18 dienų anksčiau numatyto termino. Po įrengimo apklausos patvirtino, kad nuokrypis nuo suplanuotų koordinačių yra <0,01 %.

Jutiklių technologija ir duomenų perdavimas mikro vamzdynų rengime

Pasvirimo, slėgio ir lankstymosi jutiklių optimalus išdėstymas

Teisingas šių jutiklių išdėstymas lemia esminį skirtumą, siekiant išlaikyti atitikimą siaurame ±25 mm diapazone. Pasvirimo jutiklius montuojame arti pjovimo galvutės, kad jie galėtų užfiksuoti net mažiausius pakilimo pokyčius iki apie 0,1 laipsnio. Judėjimui šonine kryptimi defleksijos jutikliai yra sumontuoti kas maždaug du metrus palei visą mašinos ilgį. Hidrauliniai stūmokliai taip pat turi integruotus slėgio daviklius, kurie matuoja daromą jėgą eksploatacijos metu; jie gali fiksuoti rodmenis iki 3 000 kN, prieš reikalaujant reguliavimo. Pagal paskutinių metų tyrimą, paskelbtą „InterfaceForce“, įmonės, kurios tinkamai suplanavo jutiklių išdėstymą, pastebėjo nuostabų problemų su atitikimu sumažėjimą – beveik 87 % mažiau problemų konkrečiai tose dirvožemio sąlygose, kur viskas sulimpa tarpusavyje.

Laidiniai ir belaidžiai jutiklių tinklai patikimam duomenų perdavimui

Kai atstumai yra trumpesni nei apie 200 metrų, laidinės jungtys vis dar yra pagrindinis pasirinkimas, nes jos užtikrina delstą mažesnį nei 5 milisekundės. Tačiau belaidės tinklo struktūros žymiai pažengė į priekį, ypač kai naudojamos kartu su pramoninės IoT standartais, ir geba išlaikyti apie 99,7 arba 99,8 procentų duomenų tikslumą net per pusę kilometro. Šiuo metu daugelis operatorių pradeda derinti sprendimus: svarbiausiai valdymo informacijai naudoti šviesolaidines linijas, o mažiau svarkiems matavimams pasikliauti belaidžiais ryšiais. Naujausias 2024 m. Tunelių automatizacijos ataskaita taip pat pateikia įdomų faktą: hibridinės sistemos signalo problemų sumažina apie dviejų trečdalių, lyginant su grynu laidiniu infrastruktūros sprendimu panašiomis sąlygomis.

Ilgo veikimo taikymo sričių jutiklių masyvų patikimumo vertinimas

Vairuojant ilgiau nei 300 metrų, jutikliai turi išlaikyti bent 10 000 valandų be gedimų, atsižvelgiant į pramonės standartus. MEMS nuolydžio jutiklių korpusas suprojektuotas taip, kad sugertų smūgius iki 15 g, apsaugodamas juos nuo pažeidimų. Slėgio jutikliai testuojami per 5 000 ciklų, kad būtų užtikrinta jų ilgaamžiškumas. Atsižvelgiant į faktinius lauko rezultatus iš 17 miestų skirtingose klimato zonose, dauguma jutiklių sistemų po pusmečio nepertraukiamo veikimo praranda tik apie 2 % efektyvumo. Pavyzdžiui, Mumbajuje buvo įdiegta protingoji nuotekų sistema, kurioje visoje tinklelyje naudojami atsarginiai jutikliai. Šios sistemos palaikė beveik tobulą veikimą, kai kasdien veikdavo po 18 valandų, o prastovos trukmė sudarė tik 0,05 %.

Vairo mechanizmai ir dinaminis valdymas mikro vamzdžių įstūmimo mašinose

Lankstieji pjovimo galiniai elementai krypties reguliavimui

Šiuolaikinės mikro vamzdžių įstūmimo mašinos naudoja šarnyrinius pjovimo įrenginius, gebančius vertikaliai ir horizontaliai pasukti ±2,5°, kad būtų galima tiksliai reguliuoti kryptį kasimo metu. Toks dizainas leidžia operatoriams taisyti maršrutą aplink požemines komunikacijas ar kliūtis, nesustodinant stūmimo proceso.

Hidrauliniai šarnyriniai valdymo sistemos, reaguojančios į realaus laiko nurodymus

Hidrauliniai aktuatoriai, sujungti su PLC (programuojamaisiais loginiais kontrolieriais), automatiškai koreguoja pjovimo galvutės padėtį pagal valdymo signalus. 2023 metų be tranšėjų technologijos centro tyrimas parodė, kad šios sistemos reaguoja į vairavimo komandas su 98 % tikslumu per 0,5 sekundės, išlaikydamos tiesinimą ±15 mm tolerancijos ribose.

Reguliuojamas ekscentricitetas besisukančiuose pjovikliuose tiksliai trajektorijai taisyti

Stelbimo lankstumo subalansavimas su mašinos standumu

Pažangios stūmimo mašinos turi anglinio plieno stiprinamus rėmus su integruotais lankstaus judėjimo mazgais, užtikrinančiais konstrukcinę stabilumą, kartu leidžiančiais iki 1,2° kontroliuojamo nukrypimo. Šis subalansavimas minimalizuoja žemės nusėdimą – miesto sąlygomis jis paprastai būna mažesnis nei 3 mm – tuo pat metu užtikrinant būtinus valdymo pataisymus.

Nuo paleidimo iki priėmimo: užtikrinamas tikslus išdėstymas visą stūmimo proceso trukmę

Mikro vamzdžių stūmimas išlaiko išdėstymo tikslumą per tris griežtai kontroliuojamas fazes.

Atskaitos taškų nustatymas ir paleidimo išdėstymo kalibravimas

Geodeziniai matavimai nustato milimetrų tikslumo paleidimo koordinates, atitinkančias projekto brėžinius. Prie paleidimo š shafto kas 2 metrus yra įrengiami betoniniai pamatai su išgraviruotais ženklais, sudarantys fizinį atramos tinklą. Dvipusiai nuolydžio matuokliai kalibruoja pjoviklio galvutės orientaciją ±0,2° ribose prieš pradedant stūmimo ciklą.

Pažangos stebėjimas ir nuokrypių taisymas stūmimo ciklų metu

Pasvirimo jutikliai siunčia padėties atnaujinimus maždaug kas pusę minutės, kai darbai juda išilgai linijos. Operatoriai valdymo patalpose šiuos trajektorijos žemėlapius mato tikruoju laiku savo ekranuose ir gauna įspėjamuosius signalus, kai nuokrypis nuo traso pradeda viršyti 10 milimetrų. Tokiu atveju hidrauliniai stūmokliai automatiškai atlieka nedidelius koregavimus nuo 0,5 iki 3 laipsnių apie du vamzdžių ruožus, kurių ilgis paprastai siekia 2–3 metrus. Šie pataisymai padeda judėti pirmyn, neprarandant per daug pasiekto pažangos lygio. Atsižvelgiant į dabartinius darbus vietovėje, naujausi statybos darbai pasiekė apie 98,7 procentų tikslumą padėties palaikyme dėka šių protingų PLC sistemų. Jos gana gerai susitvarko su sudėtingomis vietomis, kuriose dirva netikėtai pasidaro kietesnė.

Galutinės padėties tikrinimas priėmimo šachte

Lazeriniai skeneriai priėmimo kambariuose patvirtina montavimo tikslumą per 24 valandas po prasiveržimo. Vairams, trumpesniems nei 500 metrų, galutinės pozicijos paprastai patenka į 0,05 % nuo projektuoto išlyginimo, kai matuojama 1-osios klasės geodezinių matavimų klasės priemonėmis. Statybos dokumentacija palygina mašinos telemetriją su rankiniu patikrinimu, pašalinant neatitikimus, mažesnius nei 5 mm, siekiant atitikti reglamentines normas.

DUK

Kas yra mikro vamzdžių stūmimas?

Mikro vamzdžių stūmimas yra be tranšėjų metodas vamzdynams montuoti, naudojant specializuotas mašinas, kurios tiksliai stumia vamzdžius per žemę.

Kodėl svarbus tikslius išlyginimas mikro vamzdžių stūmime?

Tikslus išlyginimas užtikrina, kad vamzdžiai būtų tinkamai sumontuoti, nekeliant sutrikimų aplink esantiems požeminėms komunikacijoms ir konstrukcijoms.

Kokie yra dažniausi iššūkiai, susiduriami palaikant išlyginimą?

Dažniausi iššūkiai apima dirvožemio kintamumą, užkastus kliūtis, įrangos vibraciją ir požeminio vandens slėgį, veikiantį pjoviklio galvutės vairavimo efektyvumui.

Kaip jutikliai prisideda prie mikro vamzdžių įstūmimo?

Pasvirimo, slėgio ir linkio jutikliai yra būtini siekiant stebėti ir užtikrinti tikslią išlyginimą viso vamzdžių montavimo proceso metu.