清淤機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）有限公司 廣東 深圳 518000；

2. 深圳市利源水務(wù)設(shè)計咨詢有限公司 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)過工具攪動后會散發(fā)有毒有害氣體，作業(yè)人員作業(yè)施工時安全風(fēng)險高、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，施工時間更加有限，人工清淤施工難度極大[3]。而采用清淤機器人用于城市暗涵清淤疏浚可以很好地解決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)的機械，使其進(jìn)入下游，達(dá)到旁通的目的。與此同時，運用相關(guān)設(shè)備中對截流圍井的水進(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)清淤機器人，將克服人工清淤帶來的困難與問題。

2 清淤機器人的組成和原理

清淤機器人是一種能進(jìn)入暗涵內(nèi)部進(jìn)行清淤作業(yè)的機械裝置。根據(jù)行走方式不同，清淤機器人可以分為蠕動式、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)的清淤機器人。其主要由清淤機器人本體、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。

清淤機器人本體由機械部分、監(jiān)控部分和行走部分組成，其中機械系統(tǒng)是清淤機器人作業(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，主要是拍攝清淤機器人的工作環(huán)境和工作狀態(tài)，并實時至地面控制系統(tǒng)，由地面操作人員判斷并控制暗涵機器人的清淤作業(yè)、行走等指令。

清淤機器人進(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 清淤機器人工作流程

利用履帶式清淤機器人進(jìn)行城市暗涵清淤，除了需要對暗涵環(huán)境進(jìn)行檢測、對位置確認(rèn)等前提準(zhǔn)備外，還應(yīng)對洞口等位置進(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，制定可行的保護方案。其次，對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器人的下涵方位，如若挑選其他位置，可能會引起相關(guān)施工量上升，增加消耗。機器人在行進(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。通常清淤機器人輸送的淤泥含水量大，導(dǎo)致運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，可以采用清淤機器人的鏟斗將其移動至檢查井口，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 清淤機器人的優(yōu)點

清淤機器人的出現(xiàn)是傳統(tǒng)人工清淤的一大進(jìn)步，在作業(yè)效率、經(jīng)濟價值和社會價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、自動化程度高、施工風(fēng)險低，且可實現(xiàn)作業(yè)過程的不斷流，實現(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。清淤機器人是當(dāng)前社會發(fā)展進(jìn)步的體現(xiàn)，但在自動化水平、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，清淤機器人將是未來城市暗涵清淤疏浚的發(fā)展方向。