淺析城市排水管道機(jī)械清通設(shè)備的改進(jìn)與應(yīng)用

朱柳峰

(上海市寶山區(qū)給排水管理所，上海市 200940)

淺析城市排水管道機(jī)械清通設(shè)備的改進(jìn)與應(yīng)用

朱柳峰

(上海市寶山區(qū)給排水管理所，上海市 200940)

隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，城市排水管道設(shè)施的規(guī)模日益擴(kuò)大，對排水管道的清通工作也提出了更高的要求。介紹當(dāng)前我國排水管道維護(hù)現(xiàn)狀和管道清通技術(shù)，對比不同管道清通技術(shù)的適用條件，重點介紹了一種高效便捷的排水管道疏通機(jī)械，有較強(qiáng)的應(yīng)用推廣價值。

排水管道；清通技術(shù)；疏通機(jī)械

0 引言

城市排水管網(wǎng)擔(dān)負(fù)著收集和輸送雨、污水的作用，是城市防汛排水保障體系的重要組成部分，被稱為城市的靜脈。然而，路面的塵土、垃圾，建筑工地的渣土、泥漿和來自廚房的油脂及工業(yè)廢水中的懸浮固體未經(jīng)處理或管理不當(dāng)進(jìn)入公共排水管道后，容易造成管道的淤積甚至堵塞，影響管道的排水能力，對城市的防汛和污水排水造成影響。近年來，隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市排水設(shè)施規(guī)模也增長迅速。以上海為例，截至2013年，全市共有公共排水管道19 425 km，其中，污水管道6 833 km，雨水管道7 982 km，合流管道1 034 km，支管3 576 km。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對城市水環(huán)境和防汛排水安全也日益重視，面對日益增長的排水管網(wǎng)設(shè)施，選擇合理高效的管道養(yǎng)護(hù)手段，確保管通水暢，顯得尤為重要。

1 城市排水主要疏通方法分析

我國目前采用的管道清通方法主要有：人工疏通、機(jī)械疏通和水力疏通。清通方法的選擇取決于清通的位置、設(shè)備條件、淤泥情況、管徑大小等因素，有時還需要將多種方法聯(lián)合使用，如表1所示。

1.1 人工疏通

人工疏通是最古老的管道疏通方法，隨著管道清通技術(shù)的不斷改進(jìn)，該方法的應(yīng)用范圍逐漸縮減，但由于受作業(yè)場地、管徑大小等因素的限制，許多管道仍使用人工疏通的方法進(jìn)行維護(hù)。人工疏通主要包括推桿疏通、下井疏通兩種方法。

表1 主要管道疏通技術(shù)

1.1.1 推桿疏通

推桿疏通是指用人力將竹片、鋼條、溝棍等工具推入管道內(nèi)清除堵塞的疏通方法。其具有設(shè)備簡單，成本低的優(yōu)點，主要用于小型管道。但是推桿疏通后留下的堵塞物通常被沖向下游，并沒有被徹底清除出管道［1］。

1.1.2 下井疏通

下井疏通是指工作人員直接進(jìn)入到排水管道中，使用鐵鏟等工具將沉淀物鏟除并通過送料車運(yùn)送到地面上的方法［2］。該方法勞動強(qiáng)度大，工作效率低，需要多人配合操作。同時，該方法存在很大的人身安全隱患，所以，在正常情況下，管道疏通應(yīng)首選不下井的方法。但是有些大型和特大型雨水管、合流管，特別是矩形箱涵，采用絞車或射水疏通很難取得滿意的效果，下井疏通則可疏通得更徹底，而且效率更高。

為了保證員工安全，作業(yè)時必須嚴(yán)格遵守相關(guān)安全技術(shù)規(guī)程的規(guī)定。下井作業(yè)的管道必須是通風(fēng)良好的大口徑管道(管徑大于900 mm)，且管內(nèi)流速還需低于0.5 m/s，同時，下井作業(yè)時，維護(hù)人員還應(yīng)穿戴供壓縮空氣的隔離式防護(hù)裝具。

1.2 機(jī)械疏通法

根據(jù)疏通時使用機(jī)械的不同，機(jī)械疏通法可分為：轉(zhuǎn)桿疏通、絞車疏通、射水疏通。

1.2.1 轉(zhuǎn)桿疏通

疏通桿以旋轉(zhuǎn)方式進(jìn)入管道打通堵塞的方法稱為轉(zhuǎn)桿疏通。轉(zhuǎn)桿疏通機(jī)配有不同的鉆頭，分別具有鉆通泥沙，勾除布條，切割樹根等功能，轉(zhuǎn)桿的動力來自電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)。轉(zhuǎn)桿疏通主要用于小型管道，因需要提供電源，目前主要采用于住宅小區(qū)和廠區(qū)內(nèi)，在市政排水管道中使用較少［3］。

1.2.2 絞車疏通

用絞車牽引鏟泥工具來疏通管道的方法稱為絞車疏通，即在需疏通管道段兩端檢查井上分別設(shè)置一臺絞車，通過穿繩器將一輛絞車上的鋼絲繩連接到另一輛絞車處，利用絞車來回絞動鋼絲繩，帶動鏟泥工具在管道中刮行，從而達(dá)到清通管道的目的。該方法主要適用于管道淤積較嚴(yán)重、淤泥粘結(jié)密實但未完全堵塞的情況，適用的管徑大小約為200～800 mm的管道斷面，能滿足疏通工具的通過即可。針對不同種類的沉積物還可選擇鋼絲刷、鐵牛、骨骼形松土器等疏通工具。

絞車疏通具有設(shè)備簡單、價格便宜、不需下井作業(yè)，能適用于各種不同類型的沉積物等優(yōu)點，在我國許多城市被采用。但是，其也有速度比較慢，費(fèi)工費(fèi)時等缺點。

1.2.3 射水疏通

采用高壓射水車清通管道的辦法稱為射水疏通。射水疏通是先從下游檢查井開始，在反射水流的推動下噴頭自動前進(jìn)，到達(dá)上游井后再用絞盤將噴頭拖回，將淤泥沖入檢查井。

射水疏通在小型管道中使用具有速度快、效率高、清潔效果好的優(yōu)點，除了可清除管底積泥外，還能清除管壁的泥垢，裝上特殊噴嘴后還能切除樹根。在中型以上的管道中，由于噴頭離上部管壁距離較大，清除上部管壁的效果也隨之變差。在高水位的大管道中，受水的阻力的影響，疏通效果會顯著下降。因此，射水疏通主要用于小型管道，如疏通中型以上管道則需在低水位時進(jìn)行。

1.3 水力疏通

水力疏通法是指通過提高管道中的水流壓力，用較大的流速沖刷管道內(nèi)的沉積物，該方法對排水管道的管徑和形狀沒有嚴(yán)格限制。

管道水力疏通法主要利用擋水裝置，提高水頭差，通過高流速沖洗管道內(nèi)沉積物，達(dá)到疏通管道的目的。提高水頭差的方式有在管道中安裝閘門、放入水力疏通球以及調(diào)整泵站等。一般而言，當(dāng)管徑為200～600 mm時具有最佳沖洗效果，但要求上游管道內(nèi)蓄水豐富，下游排水通暢，上游水不會從支管中流走，同時要求沖向下游的污水最終應(yīng)進(jìn)入污水處理廠。水力疏通適用于各種尺寸的管道，設(shè)備簡單，成本低，但該方法一般不適用于雨水管道［4］。

2 上海市管道養(yǎng)護(hù)機(jī)械化發(fā)展

上海自19世紀(jì)中葉起，租界敷設(shè)排水管道。早期的管道養(yǎng)護(hù)較簡單，直通江河的排水管道利用每日2次潮水進(jìn)行沖刷，其它管道以竹片、搖車等通溝工具往復(fù)疏通。伴隨著排水管道的興建，管道疏通工具在后來的幾十年中進(jìn)行了一些革新改造，但基本上還是沿用搖車、鐵勺、竹片等簡單工具。20世紀(jì)80年代，曾從美國等西方國家引進(jìn)過高壓沖水車等疏通設(shè)備，但是受限于管道管徑小、管齡大等因素，未能廣泛使用［4］。

2000年以后，上海市逐級實行排水設(shè)施“管養(yǎng)分開”，排水管道養(yǎng)護(hù)市場逐步放開，但新興的小型養(yǎng)護(hù)企業(yè)為節(jié)約成本，大都以簡易養(yǎng)護(hù)設(shè)備和人工養(yǎng)護(hù)為主，工效低，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量難以保證。

為了推動上海市養(yǎng)護(hù)機(jī)械應(yīng)用，自2005年，上海市在積極推廣新型養(yǎng)護(hù)機(jī)械的同時，仿效其它行業(yè)做法，采取了市級資金補(bǔ)助的方式，調(diào)動區(qū)級和企業(yè)資金購置專用養(yǎng)護(hù)機(jī)械，自此，沖水車、抓泥車、聯(lián)合式?jīng)_吸車、污泥運(yùn)輸車等一大批養(yǎng)護(hù)機(jī)械被應(yīng)用于上海市排水管道設(shè)施養(yǎng)護(hù)中，成為“2009～2010年養(yǎng)護(hù)大會戰(zhàn)”取得成功的基礎(chǔ)。2011年為了進(jìn)一步鞏固“養(yǎng)護(hù)大會戰(zhàn)”所取得的成績，穩(wěn)步提高行業(yè)排水管道養(yǎng)護(hù)管理的整體水平，上海市水務(wù)局對本市排水管道設(shè)施養(yǎng)護(hù)提出了管理工作常態(tài)化的要求，在工作目標(biāo)中明確提出希望各區(qū)縣排水管理單位能進(jìn)一步提高排水管道的機(jī)械化養(yǎng)護(hù)水平，養(yǎng)護(hù)機(jī)械使用率達(dá)到85%以上。近年來，上海各區(qū)(縣)排水管道機(jī)械化養(yǎng)護(hù)水平得到不斷提高，全市養(yǎng)護(hù)機(jī)械化疏通率從2008年的不足70%增長至2013年的近90%。養(yǎng)護(hù)機(jī)械的應(yīng)用，大大提升了養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和效率，為保障上海市防汛排水和污水輸送安全做出了積極貢獻(xiàn)，同時減少了養(yǎng)護(hù)職工作業(yè)強(qiáng)度和養(yǎng)護(hù)作業(yè)對交通的影響。圖1為上海市歷年機(jī)械化養(yǎng)護(hù)率。

圖1 上海市歷年機(jī)械化養(yǎng)護(hù)率(單位：%)

截至2013年底，據(jù)不完全統(tǒng)計，上海公共排水設(shè)施養(yǎng)護(hù)單位擁有養(yǎng)護(hù)疏通設(shè)備353臺，其中絞車199臺，占比超過五成?？梢?，絞車疏通是養(yǎng)護(hù)市場的主要設(shè)備，但受制機(jī)械絞車成本較高等因素，在這近兩百臺的絞車中，機(jī)械絞車僅有20臺，占比為10%。圖2為2013年上海市各類疏通機(jī)械統(tǒng)計。

圖2 2013年上海市各類疏通機(jī)械統(tǒng)計表

從圖1、圖2可以看出：近年來，上海市市政管道養(yǎng)護(hù)機(jī)械化大量采用，大大提高了養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和效率。但由于排水管道高水位運(yùn)行，大口徑管道養(yǎng)護(hù)質(zhì)量不高等問題制約了沖水車等設(shè)備的使用，使得絞車疏通仍是養(yǎng)護(hù)疏通工作的主要機(jī)械。傳統(tǒng)人工絞車養(yǎng)護(hù)成本功效低，作業(yè)條件惡劣，且維護(hù)人工成本大幅度提升，已不適應(yīng)上海市養(yǎng)護(hù)工作需求，現(xiàn)需要研制小型高效的管道疏通機(jī)械來取代傳統(tǒng)的人工絞車等疏通設(shè)備。

3 新型排水管道疏通機(jī)械

3.1 傳統(tǒng)人工絞車介紹

絞車的作用是提供牽引鐵牛動力并收放鋼索，主要由牽引動力、離合器、減速齒輪、防倒轉(zhuǎn)棘輪(剎車)、卷揚(yáng)筒(也稱繩鼓)、鋼索等部件組成。絞車的牽引力大多在0.5～1.5 N之間。由于多數(shù)情況下需要鐵牛在管道內(nèi)來回疏通多次，所以通常要在上下游井口各安放一臺絞車。根據(jù)牽引動力的不同，可將絞車分為人工絞車(搖手柄牽引)和機(jī)械絞車(發(fā)動機(jī)牽引)兩種［3］。

因為人工絞車裝有搖手柄，故在一些城市稱為搖車。傳統(tǒng)的人工絞車采用的是簡單的腳輪裝置，僅適用施工現(xiàn)場的移動。運(yùn)輸時用專門的貨車負(fù)責(zé)裝運(yùn)，待使用時需要6人以上裝卸。在操作時需要在穿好引繩后，兩臺搖車在井的兩側(cè)雙向?qū)?，最少同時需要4人操作，采用全人力，勞動效率低下，且無法進(jìn)行長時間的勞動，單位時間的產(chǎn)值很低。但由于價格較低，所以養(yǎng)護(hù)單位目前大多都在使用人工絞車，現(xiàn)人工絞車約占上海市政管道養(yǎng)護(hù)市場90%的份額。

3.2 常用的機(jī)械絞車介紹

區(qū)別于用搖手柄牽引的人工絞車，機(jī)械絞車則是用發(fā)動機(jī)牽引通溝牛在管道內(nèi)疏通。常用的機(jī)械絞車是以貨車或皮卡為底盤改裝的，其后車廂設(shè)有不銹鋼水箱及清洗水槍，而絞車是附裝在車廂尾部底盤下方，通過發(fā)動機(jī)變速箱帶動左右絞盤完成各自獨(dú)立的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

操作時先用穿管工具將鋼絲繩引至所需清淤另一管道口，將淤鏈或淤泥盤掛上，再利用發(fā)動機(jī)帶動絞盤轉(zhuǎn)動，清淤工作正式開始，如此反復(fù)，可以通過絞盤的雙向轉(zhuǎn)動來使通溝牛在管道內(nèi)來回拖動，直至清理完畢為止。整個操作過程僅需要1人即可。

該類機(jī)械絞車解決了絞車運(yùn)輸困難的難題，而且其功率大，工作效率高，但由于該類絞車采用車輛底盤改裝，經(jīng)濟(jì)成本較高，因此也制約了機(jī)械絞車在養(yǎng)護(hù)市場的普及。

3.3 新型機(jī)械絞車介紹

3.3.1 設(shè)備簡介

為了節(jié)約成本，提高疏通效率，上海研發(fā)了新型機(jī)械絞車。該設(shè)備是一種下水道清淤作業(yè)中取代傳統(tǒng)人力搖車的升級換代產(chǎn)品，外觀為兩輪單節(jié)車廂，移動時只需小型輕卡牽引，車廂內(nèi)整合發(fā)動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、聯(lián)動系統(tǒng)、雙筒絞盤和鋼絲牽引繩等。其擺脫電力條件的限制，傳動效果好且安全穩(wěn)定。圖3為新型機(jī)械絞車外觀圖。

圖3 新型機(jī)械絞車外觀圖

3.3.2 構(gòu)造組成

新型機(jī)械絞車主要由發(fā)動機(jī)、液壓馬達(dá)和傳送齒輪等機(jī)械構(gòu)成。其原理采用發(fā)動機(jī)作為動力源，帶動液壓馬達(dá)驅(qū)動可分離雙離合主動轉(zhuǎn)輪傳動從動輪轉(zhuǎn)動的一種裝置。

3.3.3 操作步驟

操作步驟主要分為以下4個部分：(1)牽引現(xiàn)場。通過小型輕卡的牽引，將新型機(jī)械絞車運(yùn)輸至作業(yè)現(xiàn)場。(2)固定機(jī)器，將新型機(jī)械絞車絞盤對準(zhǔn)檢查井井口；調(diào)整車身四周的4個支架，固定管道疏通機(jī)。(3)疏通準(zhǔn)備。養(yǎng)護(hù)工人將圓形的污泥刮板掛上牽引繩，放入下水道一端。(4)管道疏通。操作人員啟動新型機(jī)械絞車，圓形刮板將從遠(yuǎn)端牽引至近端檢查井(養(yǎng)護(hù)工人將清撈污泥，并清運(yùn)至污泥處理場地)。

該新型機(jī)械絞車僅需要1～2人操作，人員效率是傳統(tǒng)絞車的2～4倍，作業(yè)時間卻可以節(jié)約40%，大大的節(jié)約了人力成本，且不需要車輛底盤。造價較常用的機(jī)械絞車大幅下降。

3.3.4 設(shè)備特點

相比于傳統(tǒng)人工手搖車，該類排水管道疏通機(jī)械具有快捷簡便、機(jī)動性強(qiáng)，高效耐用、運(yùn)行穩(wěn)定及作業(yè)安全等優(yōu)勢。各類型絞車對比見表2。

表2 各類型絞車對比

(1)采用發(fā)動機(jī)和液壓傳統(tǒng)，擺脫電力條件的限制，并且采用單軸輪式移動拖掛，機(jī)身結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于進(jìn)出作業(yè)現(xiàn)場，且適用于小街道、居民區(qū)等可用作業(yè)面積較小的排水支管的清通工作；在操作上十分快捷簡便，能夠及時有效地完成市政排水管道疏通工作，且節(jié)省大量施工勞動力。

(2)汽油發(fā)動機(jī)帶動液壓馬達(dá)傳送主動小齒輪嚙合帶動從動大齒輪(及鋼絲繩輪軸)，牽引力可達(dá)15 000 N，清通效率高，大容量液壓油箱及高效的冷卻系統(tǒng)，保證機(jī)器長時間穩(wěn)定作業(yè)，機(jī)械傳動系統(tǒng)中的主動、從動齒輪材質(zhì)選用優(yōu)質(zhì)鋼材，并經(jīng)熱處理；液壓系統(tǒng)中的泵、閥采用進(jìn)口件，經(jīng)久耐用。

(3)其將兩套齒輪組控制器-齒輪組-絞盤整合于一身，交替操縱可牽引污泥刮板往返運(yùn)動，可將排水管道中的泥沙、污垢快速、高效地清除至兩端的檢查井中。

(4)配裝自動卸荷裝置，作業(yè)中超出安全拉力(設(shè)定為14 700 N)負(fù)荷時可自動卸荷，保證了作業(yè)的安全性。

3.3.5 新型機(jī)械絞車的應(yīng)用

目前該類排水管道疏通車已應(yīng)用于上海市寶山、普陀等各區(qū)(縣)下水道養(yǎng)護(hù)工作，實踐證明，該設(shè)備能較好地適應(yīng)當(dāng)前城市排水管道清通工作的需求，其作業(yè)面小的特點尤其適用于路幅狹窄的街道及交通流量大的道路作業(yè)，具有較強(qiáng)的推廣性。

4 結(jié)語

近年來，上海市乃至全國主要城市都不同程度受到災(zāi)害天氣的影響，造成城市內(nèi)澇。排水管道通暢與否直接影響防汛和排水安全，因而越來越引起人們的重視。自2008年起，上海市加強(qiáng)了對排水管道養(yǎng)護(hù)的檢查和考核，同期，大批專用機(jī)械應(yīng)用于排水管道養(yǎng)護(hù)中，提高了上海市排水管道養(yǎng)護(hù)水平。新型機(jī)械絞車是在此背景下誕生的，大大降低了人力成本，提高作業(yè)效率，改善作業(yè)環(huán)境，可全面取代傳統(tǒng)的人工絞車，具有較強(qiáng)推廣價值。

［1］ 朱保羅. 國內(nèi)外排水管道養(yǎng)護(hù)技術(shù)比較［J］. 給水排水，2007, 33 (2)∶ 94-99.

［2］ 李樹平, 劉遂慶. 城市排水灌渠系統(tǒng) ［M］. 北京∶ 中國建筑工業(yè)出版社, 2009.

［3］ 鄭陽. 基于市政排水管道養(yǎng)護(hù)技術(shù)的探究 ［J］. 中華民居，2013 (36)∶ 190.

［4］ 張人龍, 陳國梁，等. 上海市政工程志［M］. 上?！?上海社會科學(xué)院出版社, 1998.

TU992.23

B

1009-7716(2015)08-0115-04

2015-03-17

上海市科委研發(fā)基地建設(shè)項目(13DZ2251700)

朱柳峰(1975-)，男，上海人，工程師，從事市政給排水管理工作。