清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)

田錦虎，張 益 ，周書東 ，張彤煒 ，劉正剛，韓 笑 ，趙永濤

（1.中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000；2.東莞市建筑科學(xué)研究所，廣東 東莞 523000）

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展，人民對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高，水環(huán)境綜合整治和治理項(xiàng)目越來(lái)越多，原有的暗涵清淤項(xiàng)目也相應(yīng)大量增加?，F(xiàn)有暗涵清淤尤其是截面較小的管涵或箱涵清淤，主要是通過(guò)高壓水槍、水壓清淤噴頭等進(jìn)行清淤，每次清淤的效果不能實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，為保證清淤效果，往往需重復(fù)清淤多次（closed circuit television）。清淤結(jié)束后，清淤效果的檢測(cè)一般采用CCTV（closed circuit television）檢測(cè)設(shè)備，若檢測(cè)結(jié)果不達(dá)標(biāo)，不達(dá)標(biāo)位置需重新清淤，并再次進(jìn)行CCTV檢測(cè)，重復(fù)清淤及檢測(cè)直至全部達(dá)標(biāo)后，清淤工作才算完成，其清淤效果不可控，花費(fèi)的人力物力較大，施工工期較長(zhǎng)，造成浪費(fèi)，工程成本較高。暗涵清淤及檢測(cè)施工一般為分開(kāi)進(jìn)行，需要的人員和設(shè)備較多，花費(fèi)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，清淤效果較難保障，工程成本偏高，信息化程度低。目前雖對(duì)清淤機(jī)器人進(jìn)行一定研究，但缺少清淤效果可控、清淤檢測(cè)一體化且經(jīng)濟(jì)節(jié)約的施工方法。

為解決上述問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)，本技術(shù)在茅洲河流域綜合整治（東莞部分）一期項(xiàng)目——截污次支管網(wǎng)工程、東莞市石馬河流域綜合治理項(xiàng)目EPC+O工程、2019年龍崗區(qū)龍崗河流域與觀瀾河流域消除黑臭及河流水質(zhì)保障工程（平湖街道-平湖工區(qū)）等項(xiàng)目得到成功應(yīng)用。本文通過(guò)具體項(xiàng)目，闡述清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)的主要內(nèi)容。

1 工程概況

東莞石馬河流域綜合治理EPC+O項(xiàng)目位于東莞市鳳崗鎮(zhèn)，管網(wǎng)暢通工程及支流河涌生態(tài)修復(fù)工程為該項(xiàng)目的2個(gè)子項(xiàng)。

1）管網(wǎng)暢通工程中沿河主干管及歷史存量管道修復(fù)工程是對(duì)已建管道中存在缺陷進(jìn)行修復(fù)。通過(guò)清淤檢測(cè)，修復(fù)或改造老舊管，保證已建系統(tǒng)的正常運(yùn)行；鳳崗鎮(zhèn)目前主干管及歷史存量管網(wǎng)修復(fù)總長(zhǎng)約12.5km，其中管直徑600～2000mm，箱涵截面尺寸為寬400～2 000mm，高600～2 000mm，暗管（涵）總長(zhǎng)4.0km，占總量的32%。

2）支流河涌生態(tài)修復(fù)工程是對(duì)內(nèi)河涌底泥進(jìn)行清淤，以改善流域水環(huán)境。鳳崗鎮(zhèn)目前需清淤內(nèi)河涌暗涵長(zhǎng)度總計(jì)30km，其中箱涵截面尺寸為寬400～2 000mm，高600～2 000mm，暗涵總長(zhǎng)為8.0km，占總量的26.6%。

清淤及檢測(cè)是系統(tǒng)暢通及支流河涌生態(tài)修復(fù)不可或缺的一步，系統(tǒng)的暢通將進(jìn)一步提高鳳崗鎮(zhèn)的整體污水收集率，同時(shí)保證原有系統(tǒng)的正常運(yùn)行，極大減少污水直排河道現(xiàn)象的發(fā)生；而河涌清淤可直接使生態(tài)得到有效改善。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 清淤及檢測(cè)一體化施工設(shè)備設(shè)計(jì)

清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)相關(guān)案例少，未形成技術(shù)體系和施工技術(shù)。針對(duì)此類工程項(xiàng)目，提出可實(shí)現(xiàn)暗渠清淤和檢測(cè)施工的一體化裝備。本裝置在充分考慮清淤和檢測(cè)裝置特點(diǎn)、清淤和檢測(cè)工作技術(shù)特點(diǎn)，分析暗管（涵）淤積情況的基礎(chǔ)上提出。

2.1.1 設(shè)備組成

針對(duì)管涵直徑為600～1200mm，箱涵寬為400～1000mm、高為600～1 200mm的暗涵，根據(jù)暗涵曲直情況設(shè)計(jì)可轉(zhuǎn)向型和不可轉(zhuǎn)向型清淤及檢測(cè)一體化施工設(shè)備（見(jiàn)圖1），施工裝備長(zhǎng)約45cm，寬約24cm，總高約48cm（噴頭部分高30cm，高清攝像頭高18cm），總重約15～20kg，外接加壓裝置注水壓力量程0～40MPa。本施工設(shè)備包括：1高清攝像頭（101攝像鏡頭、102無(wú)線信號(hào)線、103豎向轉(zhuǎn)軸、104水平向轉(zhuǎn)軸、105攝像頭臺(tái)座、106上連接板）、2清淤噴頭（201清淤殼體、202注水孔、203出水孔、204導(dǎo)流及防護(hù)架、205緊固螺栓、206下連接板、207注水空腔、208分倉(cāng)隔板、209鋼珠填充物）、3壓力注水管、4連接螺栓，其中高清攝像頭具有無(wú)線防水可轉(zhuǎn)動(dòng)可夜視等功能，其可通過(guò)筆記本計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制、查看攝制內(nèi)容及錄制攝像視頻等；清淤噴頭可通過(guò)在噴頭填料空腔倉(cāng)內(nèi)填充鋼珠增加自重，從而提高其自穩(wěn)定功能，由于清淤噴頭是有1個(gè)注水空腔或2個(gè)相互獨(dú)立對(duì)稱的注水空腔，可通過(guò)控制壓力注水管的開(kāi)合或壓力控制設(shè)備的前進(jìn)或轉(zhuǎn)向；壓力注水管可通過(guò)外接的清洗吸污車上的加壓注水設(shè)備，控制注水壓力的開(kāi)合和注水壓力。各構(gòu)件可通過(guò)廠家定制，設(shè)備造價(jià)較低，各構(gòu)件通過(guò)螺栓進(jìn)行組裝，安裝快捷。

圖1 清淤及檢測(cè)一體化施工設(shè)備組成

2.1.2 工作原理

首先對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行組裝，安裝壓力注水管，注水管連接好清洗吸污車的壓力注水裝置或其他壓力注水裝置。通過(guò)筆記本計(jì)算機(jī)利用無(wú)線信號(hào)對(duì)高清攝像頭進(jìn)行連接，利用計(jì)算機(jī)上的攝像頭控制軟件對(duì)高清攝像頭進(jìn)行控制，并查看及錄制高清攝像頭拍攝內(nèi)容。在地面通過(guò)調(diào)試注水壓力并控制設(shè)備前進(jìn)，確定設(shè)備前進(jìn)平緩穩(wěn)定時(shí)的注水壓力，以其作為清淤作業(yè)時(shí)的初始注水壓力。關(guān)閉壓力注水，將設(shè)備平穩(wěn)置于暗涵入口，打開(kāi)壓力注水，將注水壓力調(diào)至初始?jí)毫χ岛筮M(jìn)行清淤。通過(guò)觀察清淤效果和前進(jìn)速度，在初始?jí)毫χ档幕A(chǔ)上增大或減小注水壓力值。對(duì)于彎曲暗涵，可利用可轉(zhuǎn)向型清淤及檢測(cè)一體化施工設(shè)備，通過(guò)控制左右2個(gè)壓力注水管的開(kāi)關(guān)和注水壓力實(shí)現(xiàn)清淤過(guò)程轉(zhuǎn)向。對(duì)于暗涵清淤不佳位置，可在關(guān)閉壓力注水后，通過(guò)回拖注水管回拖施工設(shè)備，同時(shí)結(jié)合攝像頭的可視功能，將設(shè)備精確定位到清淤效果不佳位置，再次清淤。清淤到暗涵出口位置附近后，關(guān)閉壓力注水，回拖注水管回拖施工設(shè)備，同時(shí)攝像頭拍攝錄制暗涵全斷面清淤檢測(cè)視頻。

2.2 清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工步驟

1）將無(wú)線防水可轉(zhuǎn)動(dòng)可夜視高清攝像頭和清淤噴頭組裝，接入壓力注水管，注水管與清洗吸污車的壓力注水裝置連接，并將筆記本計(jì)算機(jī)與高清攝像頭進(jìn)行無(wú)線信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)攝像頭的功能控制，以及對(duì)拍攝內(nèi)容的實(shí)時(shí)查看和錄制，將攝像鏡頭方向和前進(jìn)方向調(diào)成一致，打開(kāi)注水壓力對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確定清淤及前進(jìn)的初始注水壓力值為16MPa。

2）將清淤及檢測(cè)一體化設(shè)備放入所需清淤管涵，開(kāi)啟鏡頭夜視功能；清淤及檢測(cè)一體化設(shè)備放入所需清淤管涵時(shí)，應(yīng)將設(shè)備平穩(wěn)放置管涵的中間位置，這樣可有效保障設(shè)備在清淤前進(jìn)過(guò)程的穩(wěn)定性及清淤效果。

3）根據(jù)高清攝像頭看到管涵內(nèi)淤積情況，打開(kāi)清洗吸污車的加壓注水開(kāi)關(guān)，控制注水壓力，逐漸增大到初始?jí)毫χ?，進(jìn)行清淤及前進(jìn)；根據(jù)淤積情況適當(dāng)加大初始?jí)毫?，?shí)現(xiàn)清淤效果最大化。管涵內(nèi)淤積層厚度、主要成分等情況的推測(cè)，主要依靠管涵的截面尺寸、攝像頭拍到的淤積畫面進(jìn)行判斷。

4）清淤一段距離后停止壓力注水，控制旋轉(zhuǎn)攝像鏡頭轉(zhuǎn)至入口向，觀察此清淤段清淤效果，若清淤效果較好則旋轉(zhuǎn)攝像鏡頭至前進(jìn)方向并重復(fù)步驟3），若清淤效果較差，則回拖清淤及檢測(cè)一體化設(shè)備至清淤效果較差位置，旋轉(zhuǎn)攝像鏡頭至前進(jìn)方向，重復(fù)步驟3）。清淤效果應(yīng)按照國(guó)家、行業(yè)等相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行判定。

5）重復(fù)步驟4）直至管涵出口位置，旋轉(zhuǎn)攝像鏡頭至入口向，對(duì)管涵清淤后情況進(jìn)行錄像，同時(shí)入口井作業(yè)工人回拖清淤及檢測(cè)一體化設(shè)備。清淤及檢測(cè)一體化設(shè)備在回拖及錄像過(guò)程中，應(yīng)控制回拖速度，宜使拍攝畫面平穩(wěn)和清晰，且拍攝范圍應(yīng)涵蓋管涵全斷面。

6）回拖及錄像至入口位置，提出清淤及檢測(cè)一體化設(shè)備至地面，則完成此段管涵的清淤及檢測(cè)工作。清淤及檢測(cè)一體化設(shè)備回拖至入口位置后，作業(yè)人員在提出設(shè)備時(shí)，應(yīng)避免高清攝像頭與井壁、管壁發(fā)生碰撞。

上述施工步驟施工方便，操作較簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)清淤工作可視化，需要作業(yè)人員少，清淤效率高，真正實(shí)現(xiàn)清淤及檢測(cè)的一體化施工，大大提高清淤效果和效率，且節(jié)省大量的水資源和人力物力，很好地踐行了綠色節(jié)約的社會(huì)理念。

3 適用范圍

清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)適用于暗涵尤其是截面較小的管涵或箱涵，人員不能進(jìn)入或進(jìn)入不便的暗涵的清淤及檢測(cè)施工，暗涵材質(zhì)不限。本施工技術(shù)在管涵直徑為600～1 200mm，箱涵寬為 400～1 000mm、高為 600～1 200mm，淤積厚度≤200mm的暗涵清淤工程中效果最佳，可適用于當(dāng)前大部分市政污水管網(wǎng)的清淤疏浚，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

與傳統(tǒng)高壓水槍+CCTV清淤工藝相比，清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)具有實(shí)現(xiàn)清淤工作可視化、清淤效果可控、清淤及檢測(cè)工作一體化等優(yōu)點(diǎn)，可極大縮短施工工期，平均每km節(jié)約5d，大大減少工人勞動(dòng)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。使用清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)其施工質(zhì)量和效率大大提高，每km人工費(fèi)節(jié)省2.40萬(wàn)元，材料費(fèi)節(jié)省約1.05萬(wàn)元，設(shè)備租賃費(fèi)節(jié)省約3.54萬(wàn)元，其他費(fèi)用節(jié)省1.00萬(wàn)元，每km總節(jié)省費(fèi)用約7.99萬(wàn)元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

使用清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)，極大降低工地文明施工強(qiáng)度，提高現(xiàn)場(chǎng)施工的信息化程度，提升現(xiàn)場(chǎng)文明施工形象，大大提升公司整體競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié)語(yǔ)

1）根據(jù)當(dāng)前清淤和檢測(cè)分開(kāi)施工效率低、清淤效果較難保障的情況，設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)清淤和檢測(cè)一體化施工的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)清淤效果可控，并提高清淤及檢測(cè)施工效率。

2）通過(guò)高清攝像頭、清淤噴頭、壓力注水管、連接螺栓等組成清淤及檢測(cè)一體化施工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)可視化、精確化清淤，在清淤完成后同步進(jìn)行檢測(cè)工作，大大提高清淤和檢測(cè)施工效率與精度。

3）清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)在直徑為600～1 200mm的管涵，寬為400～1 000mm高為600～1 200mm的箱涵，淤積厚度≤200mm的暗涵清淤工程中效果最佳，可適用于當(dāng)前大部分市政污水管網(wǎng)的清淤疏浚。

4）清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)在工期上平均每km節(jié)約5d，總節(jié)省費(fèi)用每km約7.99萬(wàn)元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5）清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)在多個(gè)暗涵清淤及檢測(cè)項(xiàng)目取得較好的應(yīng)用效果，隨著類似項(xiàng)目的增多，清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工在其他暗涵疏浚及檢測(cè)的應(yīng)用和實(shí)踐也將越來(lái)越多。

6）清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)具有縮短施工工期、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、施工信息化程度高等優(yōu)勢(shì)，在暗涵清淤疏浚工程中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，隨著技術(shù)不斷完善，清淤及檢測(cè)一體化裝置輔助施工技術(shù)將得到大量推廣與應(yīng)用。