顧海東

省時(shí)省錢的地下管線敷設(shè)技術(shù)——F?ckersperger管線敷設(shè)犁系統(tǒng)探秘

顧海東

地下管道線纜的敷設(shè)是個(gè)頗為費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工程，而來自德國的F?ckersperger敷設(shè)犁系統(tǒng)以其精妙的設(shè)計(jì)提供了一套近乎完美的解決方案，無論是敷設(shè)效率、施工質(zhì)量還是經(jīng)濟(jì)成本都比傳統(tǒng)方式優(yōu)越得多。

現(xiàn)代社會(huì)離不開各種管道和線纜，比如自來水管道、污水管道、燃?xì)夤艿?，以及電纜、通信線纜等，涉及到人們工作生活的方方面面。它們組成了一張龐大的生命之網(wǎng)，維系著人類社會(huì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如此數(shù)量眾多的管道線纜，必須合理妥善地敷設(shè)才能有效地為人類服務(wù)。

常見的管道線纜敷設(shè)方式

由于管道和線纜的種類及用途繁多，各自有其不同的架設(shè)場合，在陸地上和海洋中均可見到它們的蹤影，其中陸地自然是占據(jù)多數(shù)。

陸地上的管線敷設(shè)可分為兩大類。一是架空敷設(shè)，以石化裝置管道和輸電線纜最為常見，具有便于施工、維修、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是需占用地面上的空間；另一種是地下敷設(shè)，可充分利用地表層，并不需要地面上的支撐設(shè)施。

地下敷設(shè)又可分為兩類。一是管溝敷設(shè)，管線被布設(shè)在綜合管溝中，內(nèi)部配備有專用維修口、吊裝口、排水設(shè)施和監(jiān)測系統(tǒng)等，方便維修管理，但管溝建造的成本昂貴，占地面積大，適合城市內(nèi)統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)；二是直埋敷設(shè)（如圖1），它不需要砌筑地溝，具有成本低、施工進(jìn)度快、占地小等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)管線的腐蝕性強(qiáng)，且檢修困難。

事實(shí)上，陸地上大部分的管線敷設(shè)均以直埋為主，畢竟成本和施工速度都是重要的考量點(diǎn)。即便如此，國內(nèi)的直埋敷設(shè)還是要耗費(fèi)大量的人力物力和經(jīng)歷繁瑣的步驟。首先得用挖掘機(jī)或人工方式在地面上開出一定深度和寬度的凹溝；然后敷設(shè)管道線纜時(shí)仍需大量勞動(dòng)力參與（如圖1）；最后再重新蓋上土埋住管線又可能需要人工操作。整個(gè)敷設(shè)過程分為多個(gè)不連貫的階段，即使其中有機(jī)械輔助，還是需要大量的人員參與，施工效率和成本都無法讓人滿意，而且對(duì)環(huán)境的破壞和影響也非常明顯。

圖1　人工方式進(jìn)行直埋敷設(shè)

F?ckersperger管線敷設(shè)犁系統(tǒng)

來自德國的F?ckersperger敷設(shè)犁技術(shù)專門針對(duì)管線的直埋敷設(shè)領(lǐng)域，把整個(gè)施工過程變成了流暢的一站式服務(wù)流程，省時(shí)省力，極大地提高了效率和施工質(zhì)量。

1Frank F?ckersperger公司簡介

Frank F?ckersperger是一家歷史悠久的德國公司，其前身最早可追溯到1865年Johann Heinrich Müller在其家鄉(xiāng)創(chuàng)建的機(jī)械公司。直到1971年，Georg F?ckersperger開始設(shè)計(jì)制造管道線纜敷設(shè)犁，從此開創(chuàng)了F?ckersperger管線敷設(shè)犁這一世界知名的產(chǎn)品。到2004年，Georg F?ckersperger公司演變?yōu)樯a(chǎn)數(shù)控設(shè)備的Günter F?ckersperger公司和專注于敷設(shè)犁的Frank F?ckersperger公司。Frank F?ckersperger公司在敷設(shè)犁領(lǐng)域不斷專研，產(chǎn)品推陳出新，成為該領(lǐng)域的佼佼者，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷世界各地。

Frank F?ckersperger公司不僅生產(chǎn)和銷售敷設(shè)犁產(chǎn)品，同時(shí)還提供完善的帶有操作人員的租賃業(yè)務(wù)，與德國內(nèi)外不少土建工程和管道安裝公司、建筑工程承包商保持著業(yè)務(wù)往來。

2敷設(shè)犁系統(tǒng)組成

敷設(shè)犁技術(shù)并不是采用單一的設(shè)備來完成所有功能，而是包含了一系列各司其職的產(chǎn)品，它們組成一個(gè)分工協(xié)作的系統(tǒng)共同完成施工項(xiàng)目（如圖25）。打個(gè)簡單的比方，整個(gè)系統(tǒng)就像中國古代耕地的方式——用牛拉動(dòng)犁來松土。

這種分離式的設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)的可用性更加多樣靈活，系統(tǒng)各部分也可以按最有利于自身功能的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到最優(yōu)化。敷設(shè)犁系統(tǒng)主要包含以下設(shè)備。

1. 敷設(shè)犁

整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備便是敷設(shè)犁，F(xiàn)?ckersperger擁有多種針對(duì)不同管道線纜的敷設(shè)犁，但其結(jié)構(gòu)原理大體相同。

敷設(shè)犁是一輛外形奇特的車輛，車身周圍裝有4根懸臂，懸臂的末端各有一個(gè)橡膠輪胎的車輪，整輛車活像一只4條腿的大蜘蛛（如圖2、3）。通過各處的液壓裝置可以任意獨(dú)立調(diào)節(jié)4根懸臂的方向、高度以及各個(gè)車輪的轉(zhuǎn)向（如圖4），這使它幾乎可通過任何障礙，實(shí)現(xiàn)全地形作業(yè)。無論是傾斜的山坡、路堤或沼澤地區(qū)，還是公路鐵路沿線，甚至是淺層水域都是敷設(shè)犁的用武之地（如圖5、9、24），而其低高度的設(shè)計(jì)也適合在森林地區(qū)使用。

圖2　敷設(shè)犁前視圖

圖3　敷設(shè)犁側(cè)視圖

敷設(shè)犁擁有強(qiáng)大的力量，而簡潔的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻使其僅有很輕的自重，操作和維修都非常方便，也不會(huì)把土壤過度壓實(shí)。位于車輪頂部的懸掛系統(tǒng)使得車身與地面間留有足夠的間隙（如圖4），這在面對(duì)復(fù)雜地形時(shí)是很有利的，敷設(shè)犁甚至可以騎跨公路護(hù)欄施工（如圖5）。

車身的后部安裝有犁片（如圖3），犁片可以用液壓方式調(diào)整插入到地面的深度和角度；而犁片與牽引用的連接件用鉸鏈穩(wěn)固地鉸接在一起，即便是牽引時(shí)產(chǎn)生橫向偏移也不會(huì)對(duì)牢固度產(chǎn)生影響。

圖4　懸臂可任意調(diào)整高度和方向

緊挨著犁片所后方的是安裝槽（如圖6、22），管道和線纜便通過它埋入犁片開出的空間里（如圖7）。

車身的尾部還有一些可調(diào)節(jié)的輔助結(jié)構(gòu)，可以幫助限定待安裝管線的位置（如圖6），也可以自身掛上線纜盤直接敷設(shè)（如圖10）。

敷設(shè)犁可以在一次行程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)管道、線纜和警示帶的布放（如圖6、8、26），大大提高了敷設(shè)效率。

除了上述常規(guī)的敷設(shè)犁，F(xiàn)?ckersperger還有一種專門針對(duì)大直徑管道敷設(shè)的火箭犁（如圖23）。其車體的結(jié)構(gòu)和常規(guī)敷設(shè)犁類似，主要區(qū)別在于布放的管道被直接連接在犁片后的延伸體（稱為火箭）的后面，因此就可以把管道拉進(jìn)延伸體造成的空間內(nèi)（如圖11）。延伸體排開的空間最大直徑可以達(dá)到500mm，這樣就可一次將200～300m的預(yù)先接好頭的管道直接在犁的帶動(dòng)下敷設(shè)入地下，借助于安裝在延伸體后面的溜槽，還可以布放外加的纜線和警示帶?；鸺缈捎糜诜笤O(shè)PE管（直徑可達(dá)335mm）、軟管和鋼管等，由于存在牽引，管道必須具有一定的抗拉性。

圖5　敷設(shè)犁跨過護(hù)欄敷設(shè)線纜　　

圖6　敷設(shè)犁可同時(shí)敷設(shè)多根線纜

　圖7　線纜從安裝槽埋入犁出的空間

圖8　敷設(shè)犁從管線運(yùn)輸車上抽取線纜敷設(shè)

圖9　敷設(shè)犁在沼澤地區(qū)施工時(shí)四輪裝上滑板　　

圖10　敷設(shè)犁自帶線纜盤

圖11　火箭犁牽引管道敷設(shè)

2. 絞盤車

敷設(shè)犁在破開地面敷設(shè)管線時(shí)會(huì)遇到土壤巨大的阻力，依靠自身的動(dòng)力顯然是不夠的，還需要絞盤車的牽引助力。

絞盤車一般采用MAN或Mercedes-Benz底盤（有2軸和3軸版本，如圖12、13），最大功率可達(dá)480馬力。一個(gè)強(qiáng)勁的牽引絞盤被安裝在向后傾斜的臺(tái)座上，可以保證牽引時(shí)纜索不會(huì)摩擦到車身。而車的尾部則裝有一個(gè)巨大的雙叉支撐板，可通過液壓系統(tǒng)調(diào)整其上下位置及角度，當(dāng)把支撐板插入土壤中，就可把絞盤車?yán)卫喂潭ㄗ。ㄈ鐖D16），從而提供多達(dá)156～200 t的牽引力。另外絞盤和支撐板的基座整體也可以調(diào)整左右傾斜程度（如圖14、15），這使得絞盤車無論在什么地形都能找到穩(wěn)固的支撐點(diǎn)。比如車身不用離開道路卻仍能把支撐板牢牢固定在道旁的土壤中（如圖19），從而減少對(duì)環(huán)境的破壞。

圖12　Mercedes-Benz底盤的絞盤車

圖13　MAN底盤的絞盤車

強(qiáng)力的絞盤車幾乎可以在任何地方工作，陡峭的斜坡、街道、停機(jī)坪、沼澤、小溪等各種類型的地形都可見到它的身影。在一些特定的場合，絞盤車也可加裝一些設(shè)備，以增強(qiáng)其適應(yīng)性，比如在松軟的泥地上，可再額外增加一組寬大的后輪（如圖20），以便加大接觸面積，提高抓地能力。

絞盤車的所有操作都可以在駕駛室中由司機(jī)獨(dú)自完成，手柄加上按鈕的操作方式直觀易用（如圖17），而后視的攝像頭則可實(shí)時(shí)回傳絞盤和支撐板的工作狀況（如圖18），方便操作監(jiān)控。

絞盤車還有橡膠履帶的版本（如圖21），適合沼澤等不利于輪胎式絞盤車施工的場合。

絞盤車除了能和各種敷設(shè)犁搭配使用外，還可用來牽引管道、回收設(shè)備等。

3. 管線運(yùn)輸車

除了少量待敷設(shè)的線纜可以直接把線纜盤掛在敷設(shè)犁的輔助支架上外（如圖10），大部分情況下都需要有專門的運(yùn)輸車來運(yùn)輸管線盤，負(fù)責(zé)隨時(shí)向敷設(shè)犁輸送管線（如圖27）。施工過程中，這些管線不用從運(yùn)輸車上卸下，而是直接由敷設(shè)犁一邊敷設(shè)一邊從運(yùn)輸車上抽?。ㄈ鐖D8、25），這種流水化的作業(yè)方式，很少需要人工干預(yù)。

4. 自動(dòng)埋砂車

在松軟的土壤中敷設(shè)線纜時(shí)，由于敷設(shè)犁破開的地面缺口非常狹窄，敷設(shè)完成后往往無需特殊處理，一段時(shí)間后土壤裂口便會(huì)在重力和環(huán)境等的影響下像傷口那樣逐漸愈合而不留痕跡；但是對(duì)于土質(zhì)偏硬的巖化地區(qū)，則必須填埋犁出的空隙。F?ckersperger的自動(dòng)埋砂車便是專為此而設(shè)計(jì)，它可以直接連接在管線敷設(shè)犁的尾部（如圖22、23），通過砂槽來保證犁出的空隙被均勻的填埋，這替代了費(fèi)時(shí)費(fèi)力的手工勞動(dòng)。

為了避免對(duì)環(huán)境造成的破壞，自動(dòng)埋砂車并不直接在填埋的軌跡上運(yùn)作，而是在側(cè)面的路徑上工作。這對(duì)于公路邊的敷設(shè)作業(yè)而言，埋砂車完全可以行駛在公路上填埋路邊的空隙。這項(xiàng)技術(shù)的使用，減少了環(huán)境破壞，使施工者的修復(fù)工作大為縮減。

5. 敷設(shè)犁運(yùn)輸拖車

敷設(shè)犁的運(yùn)輸轉(zhuǎn)場也非常方便，一部3軸的全掛拖車便是它的座駕，此時(shí)絞盤車可用來充當(dāng)拖車的牽引車（如圖30）。

敷設(shè)犁靈活的懸臂結(jié)構(gòu)在上下拖車時(shí)又大發(fā)神威。以上車為例，首先敷設(shè)犁調(diào)整懸臂方向使兩側(cè)輪間距大于拖車的寬度，并且車身底部高于拖車承載面，這樣就可以把敷設(shè)犁直接開到拖車的正上方（如圖2 8）；然后依次抬起4根懸臂把車輪放置在拖車上（如圖29），收攏體型后固定在拖車上便大功告成。簡直就像一只大蜘蛛自己爬到了拖車上！

圖14　支撐板基座可大幅度左右傾斜

圖15　放下狀態(tài)傾斜的支撐板

圖16　放下支撐板的絞盤車

圖17　可通過手柄和按鈕等操作絞盤車　　

圖18　駕駛室中通過攝像頭可觀察后方情況

圖19　絞盤車的支撐板斜插入側(cè)面土壤中

圖20　松軟土地上絞盤車加裝后輪

圖21　橡膠履帶的絞盤車

3工作流程

F?ckersperger敷設(shè)犁系統(tǒng)的工作流程非常流暢，一氣呵成。

對(duì)于常規(guī)敷設(shè)犁而言，到達(dá)施工場地后，絞盤車的絞索需要和敷設(shè)犁上的連接件固定在一起，有必要的話，管線運(yùn)輸車和自動(dòng)埋砂車也各自就位（如圖22、25）；然后犁片以管線所要求的埋深插入預(yù)先挖好的起始井中；接著絞盤車行駛到敷設(shè)犁前方一段距離，選擇合適的位置旋下支撐板插入土壤固定（如圖24）；在絞盤車絞盤牽引力的拉動(dòng)下，敷設(shè)犁的犁片排開土壤并依靠自重維持在起始的深度，同時(shí)與其連接的可縱橫移動(dòng)的安裝槽使得槽溝底部平滑，以此方式可在所需埋深處獲得敷設(shè)管線的空間，從隨行的管線運(yùn)輸車處輸送過來的管線則源源不斷地經(jīng)由安裝槽敷設(shè)入剛剛形成的溝槽底部（如圖22），且對(duì)管線不會(huì)造成外力拉扯；而敷設(shè)完管線后留下的空間則可由掛在后方的自動(dòng)埋砂車依序填埋；當(dāng)敷設(shè)犁前進(jìn)到靠近絞盤車時(shí)，絞盤車收起支撐板，前行一段距離后再重新放下支撐板，于是下一輪敷設(shè)過程再次開始，周而復(fù)始，直到所有管線都敷設(shè)完成。

火箭犁的工作流程基本類似（如圖23），在此不再贅述。

圖22　常規(guī)敷設(shè)犁施工原理圖

圖23　火箭犁施工原理圖

圖24　工作中的絞盤車和敷設(shè)犁

圖26　敷設(shè)型在敷設(shè)線纜時(shí)間上警示帶

圖27　管線運(yùn)輸車　　

圖28　敷設(shè)犁行駛到拖車的正上方

圖29　敷設(shè)犁爬上拖車

圖30　絞盤車牽引拖車運(yùn)輸敷設(shè)犁

4功能特點(diǎn)

F?ckersperger敷設(shè)犁系統(tǒng)與常規(guī)敷設(shè)方法相比，有著巨大的優(yōu)勢。

一是擁有極高的敷設(shè)效率和施工質(zhì)量。敷設(shè)犁一天便內(nèi)可安全敷設(shè)5 000 m的管道或線纜，而且能保證優(yōu)秀的施工質(zhì)量。為了確保敷設(shè)位置和深度的精確性，還動(dòng)用了GPS和激光定位技術(shù)隨時(shí)監(jiān)控，以修正誤差。

二是經(jīng)濟(jì)成本大為縮減。整個(gè)系統(tǒng)超高的產(chǎn)能大大縮短了施工周期，高度自動(dòng)化的操作又可節(jié)省大量的勞動(dòng)力成本，燃料消耗也比常規(guī)方式減少90%，總體可比傳統(tǒng)方式節(jié)省50%的成本。

三是生態(tài)環(huán)境保護(hù)非常到位。敷設(shè)時(shí)所需的工作空間遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)方式；相關(guān)設(shè)備施工時(shí)盡可能地不直接行駛在敷設(shè)路線上（如圖5、19、24），可有效減少土壤壓實(shí)和對(duì)植被的破壞；敷設(shè)犁在破開土壤時(shí)無需表土剝離，不同深度的土壤不會(huì)混合（如圖26），也不需要改變地下水位，施工后的痕跡很快就會(huì)消失。

四是應(yīng)用范圍的多樣性。敷設(shè)犁的方法尤其適合于農(nóng)村地區(qū)需要長距離敷設(shè)管線的地方，同樣也適用于較短的距離或通過地形復(fù)雜的區(qū)域。敷設(shè)犁可靈活調(diào)節(jié)的懸臂系統(tǒng)使其即便在陡峭的斜坡或小型近岸水域甚至低于地下水位的情況仍可游刃有余（如圖9、24）。它能敷設(shè)的管線種類也非常豐富，電話線、光纜、電纜、自來水管、下水道、天然氣管道等均能輕松應(yīng)付。

結(jié)語

化零為整是很多產(chǎn)品設(shè)計(jì)常用的手段，這有利于一物多用和功能的集成，但它并非萬能良藥。而F?ckersperger管線敷設(shè)犁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則讓人耳目一新。它摒棄了大而全的一體化設(shè)計(jì)，反其道而行之，采用化整為零的方法 ，反而使得各部分功能最優(yōu)化，使用方式也更具多樣性。此外，該系統(tǒng)對(duì)環(huán)境保護(hù)所作的諸多貼心設(shè)計(jì)同樣是非常值得我們借鑒學(xué)習(xí)的。

2016-06-28