清淤機(jī)器人在城市暗涵清淤疏浚工程中的應(yīng)用分析

韓小波 李燕

1. 深圳市水務(wù)（集團(tuán)）有限公司 廣東 深圳 518000；

2. 深圳市利源水務(wù)設(shè)計(jì)咨詢有限公司 廣東 深圳 518000

引言

近年來，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市生態(tài)污染問題已成為環(huán)境治理領(lǐng)域極為重要的一部分，水環(huán)境污染是生態(tài)污染的主要問題，城市中存在的大量暗涵淤泥是造成水環(huán)境污染的重要組成部分。城市在快速發(fā)展，生態(tài)文明要求在不斷提高，大多數(shù)城市管網(wǎng)前期規(guī)劃已跟不上城市發(fā)展理念和生態(tài)文明建設(shè)要求，污水直排、雨污混流等情況普遍存在，排入的污染物遠(yuǎn)超水環(huán)境容量[1]，導(dǎo)致河道黑臭，加之泥沙、建筑及生活垃圾入河，使排水管網(wǎng)嚴(yán)重淤塞，影響公共安全[2]。

城市水務(wù)部門對(duì)城市暗涵清淤疏浚的問題越來越關(guān)注，早前明涵清淤多以機(jī)械方式進(jìn)行。傳統(tǒng)的暗涵內(nèi)清淤多以人工清理加局部機(jī)械配合的方式進(jìn)行，作業(yè)人員需要進(jìn)入清淤箱涵工作面內(nèi)。由于暗涵內(nèi)淤泥為多年沉積，經(jīng)過工具攪動(dòng)后會(huì)散發(fā)有毒有害氣體，作業(yè)人員作業(yè)施工時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)高、效率低；且人工清淤一般僅在枯水期進(jìn)行，且需進(jìn)行導(dǎo)流，施工時(shí)間更加有限，人工清淤施工難度極大[3]。而采用清淤機(jī)器人用于城市暗涵清淤疏?？梢院芎玫亟鉀Q人工清淤遇到的難題。

1 傳統(tǒng)的暗涵清淤方式的不足

暗涵清淤施工難度大，且十分復(fù)雜，傳統(tǒng)的暗涵清淤疏浚多采用人力方式進(jìn)行，通常是在檢查井進(jìn)行相關(guān)的截流工作，并在其上游配設(shè)相關(guān)的機(jī)械，使其進(jìn)入下游，達(dá)到旁通的目的。與此同時(shí)，運(yùn)用相關(guān)設(shè)備中對(duì)截流圍井的水進(jìn)行導(dǎo)流并抽吸后，作業(yè)人員再進(jìn)入暗涵進(jìn)行清淤作業(yè)。

在城市暗涵清淤疏浚工程中，利用傳統(tǒng)的人工清淤方式存在較大的局限性，對(duì)推進(jìn)清淤疏浚工程存在效率低、二次污染的問題，且安全問題突出。而引進(jìn)清淤機(jī)器人，將克服人工清淤帶來的困難與問題。

2 清淤機(jī)器人的組成和原理

清淤機(jī)器人是一種能進(jìn)入暗涵內(nèi)部進(jìn)行清淤作業(yè)的機(jī)械裝置。根據(jù)行走方式不同，清淤機(jī)器人可以分為蠕動(dòng)式、履帶式、輪式和腳式。根據(jù)作業(yè)方式不同，可以分為絞吸式、耙吸式、直吸式、鏟吸式等。本文介紹的是履帶式結(jié)構(gòu)的清淤機(jī)器人。其主要由清淤機(jī)器人本體、排水裝置、排泥裝置、泥水分離系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)六部分組成。

清淤機(jī)器人本體由機(jī)械部分、監(jiān)控部分和行走部分組成，其中機(jī)械系統(tǒng)是清淤機(jī)器人作業(yè)的核心。監(jiān)控系統(tǒng)由聲吶傳感器、攝像頭等設(shè)備組成，主要是拍攝清淤機(jī)器人的工作環(huán)境和工作狀態(tài)，并實(shí)時(shí)至地面控制系統(tǒng)，由地面操作人員判斷并控制暗涵機(jī)器人的清淤作業(yè)、行走等指令。

清淤機(jī)器人進(jìn)入工作環(huán)境內(nèi)，首先用液壓鉸刀將淤泥中的雜物絞碎，當(dāng)淤泥中的雜物被渣漿泵吸收干凈后，機(jī)器人向前推進(jìn)再利用鏟斗將淤泥打散并集中至渣漿泵的吸入口，通過機(jī)器人后端連接的排污管將淤泥、污水泵送至后端處理設(shè)備中進(jìn)行篩分和泥水分離。

3 清淤機(jī)器人工作流程

利用履帶式清淤機(jī)器人進(jìn)行城市暗涵清淤，除了需要對(duì)暗涵環(huán)境進(jìn)行檢測、對(duì)位置確認(rèn)等前提準(zhǔn)備外，還應(yīng)對(duì)洞口等位置進(jìn)行雜物清理工作。

（1）前期調(diào)查。暗涵清淤工作難度大且復(fù)雜，與明涵相比，存在的問題與挑戰(zhàn)更多。在清淤工作開始前首先需確定箱涵類型，依據(jù)其具體狀況來進(jìn)行選擇，挑選出最合適的清淤方式，對(duì)于暗涵內(nèi)部的結(jié)構(gòu)參數(shù)、水文情況、管線分布、管道材質(zhì)以及周邊交通與環(huán)境等情況提前調(diào)查。重點(diǎn)調(diào)查暗涵內(nèi)排水、電力、通訊、燃?xì)獾裙芫€分布情況，制定可行的保護(hù)方案。其次，對(duì)淤泥累積量以及淤泥特性、清淤長度進(jìn)行檢測，預(yù)判暗涵內(nèi)部氣體的濃度等，保證不會(huì)因有毒有害氣體濃度過高影響周圍環(huán)境或居民的生活。

（2）疏浚工程。該環(huán)節(jié)是在前一步驟完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，并且應(yīng)結(jié)合工程實(shí)施環(huán)境、交通等狀況，科學(xué)挑選施工開井位置，減少不必要的消耗，對(duì)施工成本進(jìn)行一定的把控。一般情況下，挑選靠近暗涵處的位置作為機(jī)器人的下涵方位，如若挑選其他位置，可能會(huì)引起相關(guān)施工量上升，增加消耗。機(jī)器人在行進(jìn)過程中，通過前耙吸螺旋展開吸取污染物的操作，之后再通過泥漿泵將泥水混合物經(jīng)排泥管輸送到地面。

（3）脫水外運(yùn)。通常清淤機(jī)器人輸送的淤泥含水量大，導(dǎo)致運(yùn)輸成本高且極易污染市政路面，因此需進(jìn)行脫水操作。目前市場上污泥脫水的方式眾多，有離心式、板框式、真空式等等。其中離心式脫水占地面積小，操作方便，處理量大，密閉性能好，臭味外溢少，更適用于城市暗涵淤泥脫水。

（4）余料清理。對(duì)無法通過泥漿泵清理的雜物，如樹根、生活垃圾、編織袋、石塊等，可以采用清淤機(jī)器人的鏟斗將其移動(dòng)至檢查井口，再在檢查井口上方布置抓斗清淤車，抓斗清淤車直接通過抓斗伸入暗涵內(nèi)部進(jìn)行抓取作業(yè)。

4 清淤機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)

清淤機(jī)器人的出現(xiàn)是傳統(tǒng)人工清淤的一大進(jìn)步，在作業(yè)效率、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值方面具有顯著效益。與傳統(tǒng)的清淤疏浚方式相比，其靈活度高、自動(dòng)化程度高、施工風(fēng)險(xiǎn)低，且可實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程的不斷流，實(shí)現(xiàn)作業(yè)效率的提高。此外，其清淤方式安全，可以確保作業(yè)人員免受有毒有害氣體的威脅，可替代傳統(tǒng)的人工清淤方式。

5 結(jié)束語

伴隨城市快速發(fā)展，城市排水管網(wǎng)的建設(shè)，清淤機(jī)器人的研究與應(yīng)用提高了市政排水空間的清淤效率，減少了因傳統(tǒng)清淤作業(yè)導(dǎo)致的人員傷亡。清淤機(jī)器人是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的體現(xiàn)，但在自動(dòng)化水平、智能化和清淤效率、流程等方面仍有許多地方值得改進(jìn)。在安全標(biāo)準(zhǔn)越來越高的大環(huán)境下，清淤機(jī)器人將是未來城市暗涵清淤疏浚的發(fā)展方向。