二航局承建的石首市中心城区水环境综合治理PPP项目沉井施工现场，沉井侧壁上嵌入的沉入式基础侧阻力监测装置正实时传回地层的侧摩阻力。“终于接收到了来自土体内部的信号，我们终于获得了沉井下沉的密钥！”大型沉井基础团队成员李嘉成兴奋地说道。
二航局参与的湖北省石首市中心城区水环境综合治理PPP项目，主要建设内容为污水厂网、湖泊生态修复、排污口整治等。项目建成后，将解决石首市部分区域存在的水污染和生态系统退化问题。侧摩阻力是沉井下沉需获取的关键参数，就像发射火箭需要知道克服多大的地心引力一样。以往，大型沉井下沉没有直接监测侧摩阻力的装置，只能依靠端部泥面和土压力传感器的庞大数据计算分析获得侧摩阻力。修建一座几十米深的超大型沉井，需要重复数千次这样的工作，而且获得的数据常常不够精准。“没有精确的侧摩阻力数据，沉井下沉就像盲人过河，令人提心吊胆。”李嘉成解释道。
为解决这一难题，二航局技术团队展开“头脑风暴”，李嘉成突发奇想：“我们为什么不给沉井植入‘智能器官’，实时感知沉井下沉过程中的侧摩阻力？”这一想法得到了与会人员的一致认同。技术团队随即开展调研、咨询、讨论，最终确定基于电阻应变传感原理，把沉井侧壁摩擦力转换为电信号，再通过信号线传输到解调设备进行处理，从而得到侧摩阻力值。
根据研发思路，团队陆续研究设计了机械结构方案、传感方案和传感器标定设备开发方案，并联系厂家进行制造。然而，制造出的初代侧摩阻力传感器的体积和重量明显大于预期，初步试验结果显示，该装置在标定过程中正向力与切向力解耦方式存在问题，传感器加卸载迟滞性也偏大。
技术团队开始重新设计更为紧凑的结构，替换成质量更轻、体积更小的元件，同时优化了内部弹性元件、正向力与切向力解耦结构和密封工艺等。传感器2.0版随即问世，团队开始新一轮现场试验。随着传感器慢慢下沉，一组组数据在屏幕上显现。李嘉成对着数据一个不落进行分析计算，结果却令人大失所望，传感器传回的数据明显小于实际数值。逐项分析原因后，团队负责人陈培帅发现原来是传感器密封过度降低了灵敏度。但是，传感器密封过弱又会导致在高水压环境下“存活率”低，如何平衡好密封性与灵敏度的影响便成了解题的关键。
就在团队一筹莫展时，李嘉成从水下机械臂模型中得到了启发：机械臂的双重柔性防水设计既保证了密封性又有灵敏度。经过一步步精心“雕琢”，侧摩阻力传感器迭代升级至3.0，它采用了顶部柔性橡胶与内部隔水胶，在保证密封性的前提下提高灵敏度，尺寸也优化到了巴掌大小，实现了复杂环境下的准确、稳定监测。最终，该侧摩阻力传感器在项目沉井施工中应用成功。
“研发出沉入式基础侧摩阻力监测装置，虽然只是迈向沉井智能建造的一小步，但为更多高精度感知元件的研发及超大型沉井智能建造体系的建立打下了坚实的基础。”二航局技术中心副总经理杨钊满怀期待地说。
（实习编辑：新闻中心刘天宇）
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来源：二航局
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