清淤机器人在城市暗涵清淤疏浚工程中的应用分析

韩小波 李燕

1. 深圳市水务（集团）有限公司 广东 深圳 518000；

2. 深圳市利源水务设计咨询有限公司 广东 深圳 518000

引言

近年来，随着城市建设的飞速发展，城市生态污染问题已成为环境治理领域极为重要的一部分，水环境污染是生态污染的主要问题，城市中存在的大量暗涵淤泥是造成水环境污染的重要组成部分。城市在快速发展，生态文明要求在不断提高，大多数城市管网前期规划已跟不上城市发展理念和生态文明建设要求，污水直排、雨污混流等情况普遍存在，排入的污染物远超水环境容量[1]，导致河道黑臭，加之泥沙、建筑及生活垃圾入河，使排水管网严重淤塞，影响公共安全[2]。

城市水务部门对城市暗涵清淤疏浚的问题越来越关注，早前明涵清淤多以机械方式进行。传统的暗涵内清淤多以人工清理加局部机械配合的方式进行，作业人员需要进入清淤箱涵工作面内。由于暗涵内淤泥为多年沉积，经过工具搅动后会散发有毒有害气体，作业人员作业施工时安全风险高、效率低；且人工清淤一般仅在枯水期进行，且需进行导流，施工时间更加有限，人工清淤施工难度极大[3]。而采用清淤机器人用于城市暗涵清淤疏浚可以很好地解决人工清淤遇到的难题。

1 传统的暗涵清淤方式的不足

暗涵清淤施工难度大，且十分复杂，传统的暗涵清淤疏浚多采用人力方式进行，通常是在检查井进行相关的截流工作，并在其上游配设相关的机械，使其进入下游，达到旁通的目的。与此同时，运用相关设备中对截流围井的水进行导流并抽吸后，作业人员再进入暗涵进行清淤作业。

在城市暗涵清淤疏浚工程中，利用传统的人工清淤方式存在较大的局限性，对推进清淤疏浚工程存在效率低、二次污染的问题，且安全问题突出。而引进清淤机器人，将克服人工清淤带来的困难与问题。

2 清淤机器人的组成和原理

清淤机器人是一种能进入暗涵内部进行清淤作业的机械装置。根据行走方式不同，清淤机器人可以分为蠕动式、履带式、轮式和脚式。根据作业方式不同，可以分为绞吸式、耙吸式、直吸式、铲吸式等。本文介绍的是履带式结构的清淤机器人。其主要由清淤机器人本体、排水装置、排泥装置、泥水分离系统、监控系统以及控制系统六部分组成。

清淤机器人本体由机械部分、监控部分和行走部分组成，其中机械系统是清淤机器人作业的核心。监控系统由声呐传感器、摄像头等设备组成，主要是拍摄清淤机器人的工作环境和工作状态，并实时至地面控制系统，由地面操作人员判断并控制暗涵机器人的清淤作业、行走等指令。

清淤机器人进入工作环境内，首先用液压铰刀将淤泥中的杂物绞碎，当淤泥中的杂物被渣浆泵吸收干净后，机器人向前推进再利用铲斗将淤泥打散并集中至渣浆泵的吸入口，通过机器人后端连接的排污管将淤泥、污水泵送至后端处理设备中进行筛分和泥水分离。

3 清淤机器人工作流程

利用履带式清淤机器人进行城市暗涵清淤，除了需要对暗涵环境进行检测、对位置确认等前提准备外，还应对洞口等位置进行杂物清理工作。

（1）前期调查。暗涵清淤工作难度大且复杂，与明涵相比，存在的问题与挑战更多。在清淤工作开始前首先需确定箱涵类型，依据其具体状况来进行选择，挑选出最合适的清淤方式，对于暗涵内部的结构参数、水文情况、管线分布、管道材质以及周边交通与环境等情况提前调查。重点调查暗涵内排水、电力、通讯、燃气等管线分布情况，制定可行的保护方案。其次，对淤泥累积量以及淤泥特性、清淤长度进行检测，预判暗涵内部气体的浓度等，保证不会因有毒有害气体浓度过高影响周围环境或居民的生活。

（2）疏浚工程。该环节是在前一步骤完成的基础上进行的，并且应结合工程实施环境、交通等状况，科学挑选施工开井位置，减少不必要的消耗，对施工成本进行一定的把控。一般情况下，挑选靠近暗涵处的位置作为机器人的下涵方位，如若挑选其他位置，可能会引起相关施工量上升，增加消耗。机器人在行进过程中，通过前耙吸螺旋展开吸取污染物的操作，之后再通过泥浆泵将泥水混合物经排泥管输送到地面。

（3）脱水外运。通常清淤机器人输送的淤泥含水量大，导致运输成本高且极易污染市政路面，因此需进行脱水操作。目前市场上污泥脱水的方式众多，有离心式、板框式、真空式等等。其中离心式脱水占地面积小，操作方便，处理量大，密闭性能好，臭味外溢少，更适用于城市暗涵淤泥脱水。

（4）余料清理。对无法通过泥浆泵清理的杂物，如树根、生活垃圾、编织袋、石块等，可以采用清淤机器人的铲斗将其移动至检查井口，再在检查井口上方布置抓斗清淤车，抓斗清淤车直接通过抓斗伸入暗涵内部进行抓取作业。

4 清淤机器人的优点

清淤机器人的出现是传统人工清淤的一大进步，在作业效率、经济价值和社会价值方面具有显著效益。与传统的清淤疏浚方式相比，其灵活度高、自动化程度高、施工风险低，且可实现作业过程的不断流，实现作业效率的提高。此外，其清淤方式安全，可以确保作业人员免受有毒有害气体的威胁，可替代传统的人工清淤方式。

5 结束语

伴随城市快速发展，城市排水管网的建设，清淤机器人的研究与应用提高了市政排水空间的清淤效率，减少了因传统清淤作业导致的人员伤亡。清淤机器人是当前社会发展进步的体现，但在自动化水平、智能化和清淤效率、流程等方面仍有许多地方值得改进。在安全标准越来越高的大环境下，清淤机器人将是未来城市暗涵清淤疏浚的发展方向。