李婧琳 緱變彩 楊志遠(yuǎn)

(1.武漢科技大學(xué)城市學(xué)院，湖北 武漢 430080； 2.武漢中地?cái)?shù)碼科技有限公司，湖北 武漢 430070)

市政排水管道清淤技術(shù)淺談

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(1.武漢科技大學(xué)城市學(xué)院，湖北 武漢 430080； 2.武漢中地?cái)?shù)碼科技有限公司，湖北 武漢 430070)

結(jié)合當(dāng)前市政排水管道普遍存在的淤積堵塞現(xiàn)象，介紹了市政管道的絞車清淤法、高壓水射流清淤法、水沖刷清淤法等傳統(tǒng)清淤技術(shù)以及以蠕動(dòng)式、履帶式、腳式和輪式四種方式行走機(jī)器人清淤新技術(shù)，通過對(duì)比分析，闡明了市政排水管道清淤技術(shù)發(fā)展的新方向。

排水管道，清淤技術(shù)，管道機(jī)器人

市政排水管道系統(tǒng)是當(dāng)今城市非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，為了給人們提供一個(gè)安全舒適的生產(chǎn)和生活環(huán)境，排水管道系統(tǒng)就必須做到有效地收集和輸送生活污水、工業(yè)廢水和大氣降水，并及時(shí)可靠地將其排除，但是隨著城市的不斷發(fā)展以及管道的長(zhǎng)期運(yùn)行，淤積堵塞導(dǎo)致的排水不暢愈加嚴(yán)重[1]，從而對(duì)城市的正常運(yùn)行帶來很大的影響，在汛期甚至?xí)饑?yán)重的城市內(nèi)澇。所以，對(duì)淤積物及時(shí)進(jìn)行清理就顯得尤為重要。

1 傳統(tǒng)清淤技術(shù)

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)的管道清淤方法有以下三種，現(xiàn)分別進(jìn)行介紹。

1.1絞車清淤法

絞車清淤法也叫機(jī)械清淤法，該方法要求先用竹片穿過待清通管道,通過拖拽竹片一端，將系在竹片另一端的鋼絲繩帶動(dòng)從而穿過管段。鋼絲繩中部綁定清通工具，兩端分別系在待清通管段的兩側(cè)檢查井上的兩臺(tái)絞車上，通過啟動(dòng)絞車來回往復(fù)拉動(dòng)鋼絲繩來帶動(dòng)清通工具將淤泥刮至下游檢查井，然后用吸泥車吸走，其原理如圖1所示。

這種清淤方法能解決管道淤積嚴(yán)重,淤泥粘結(jié)密實(shí)的情況,而且能夠適應(yīng)各種直徑的排水管道，所以在我國(guó)廣泛使用。存在的主要缺點(diǎn)是從一個(gè)井口向另一個(gè)井口穿竹片需人工下井完成,井下非常惡劣的工作環(huán)境給工人帶來極大不便,危害工人的健康,甚至?xí)＜肮と说纳?。因?只要穿鋼纜的問題能解決,這種方法還是比較有效的[2]。

1.2高壓水射流清淤法

這也是被廣泛采用的一種管道清淤法。通過用增壓車,將水加壓后送入射水噴頭沖洗管道壁，將管道內(nèi)的沉積物沖到下游檢查井，再由吸泥車將其吸走。另一方面，由于污泥的存在，射水產(chǎn)生較大的反作用力,使射水噴頭及其攜帶的膠管同時(shí)向相反方向前進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。這種方法適用于各種口徑的下水管道,但由于用水量大,成本相對(duì)比較高[3]。

1.3水沖刷清淤法

起源于歐洲的排水管道水力沖刷技術(shù)現(xiàn)已相對(duì)成熟，該方法通過蓄水、瞬時(shí)排水兩個(gè)過程不斷循環(huán)，完成清淤工作。其中蓄水過程是將流經(jīng)管道內(nèi)的污水予以攔截，當(dāng)蓄水量達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，立即啟動(dòng)排水過程，使得蓄水在瞬間排除，該過程形成強(qiáng)大的水流能對(duì)管底淤積物產(chǎn)生沖刷作用進(jìn)而被帶走[4]。但是由于國(guó)內(nèi)的排水管道源頭控制不善等原因造成污水中纏繞性垃圾較多導(dǎo)致蓄水不足、排水不暢而使其喪失既有功能。

2 機(jī)器人清淤技術(shù)

由于傳統(tǒng)的清淤方法存在的各種問題，工程師們開始尋求一種全新的清淤理念，清淤機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。采用機(jī)器人進(jìn)行清淤，是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。管道機(jī)器人，是專為管道清淤作業(yè)而設(shè)計(jì)的一種新型機(jī)械設(shè)備，除機(jī)械部分以外，還設(shè)有監(jiān)控通訊設(shè)備和清淤裝置，依靠這些先進(jìn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)地面操作機(jī)器人在管道中行走并有針對(duì)性地完成清淤工作，解決傳統(tǒng)清淤工作的諸多難題，為更有效地完成排水管道的清淤疏通工作提供了新的解決方案[5]。

根據(jù)在管道內(nèi)的行走方式不同，清淤機(jī)器人分為蠕動(dòng)式、履帶式、腳式和輪式等，現(xiàn)分別對(duì)其加以介紹：

1)蠕動(dòng)式清淤機(jī)器人。蠕動(dòng)式清淤機(jī)器人由自身的結(jié)構(gòu)相互配合，使其能夠像蚯蚓一樣利用腹部與管壁的摩擦前進(jìn)，并以此摩擦力對(duì)管壁的污泥予以清理。但其要求管壁光滑，而我國(guó)大多數(shù)混凝土材料的排水管管壁相對(duì)粗糙，此方式并不適用[6]。

2)履帶式清淤機(jī)器人。履帶式清淤機(jī)器人是通過履帶行走，越障能力非常強(qiáng)，在泥濘的環(huán)境中也能移動(dòng)，但是履帶的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且受到功率、負(fù)載和空間等條件的制約，履帶式管道機(jī)器人主要應(yīng)用于中、大管徑的管道[7]。

3)腳式清淤機(jī)器人。由美國(guó)的Auotmatik公司研制，命名為ITGRE的腳式管道清淤機(jī)器人,其基本工作原理是通過腿推壓管道壁來支撐身體,再利用裝有彈簧的傾斜支撐臂把腿上的車輪緊壓在管道內(nèi)壁上,使其產(chǎn)生預(yù)壓力,利用軟軸將扭矩作用使機(jī)器人向前行走[8],這種方式可以輕松地越過障礙物，便于在各種形狀的管道內(nèi)行走,適合在400 mm～900 mm的可變直徑的管道中工作。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，行走較慢，效率較低，尚處于理論研究當(dāng)中。

4)輪式清淤機(jī)器人。輪式管道機(jī)器人由佛羅里達(dá)大學(xué)于21世紀(jì)初成功研發(fā)，命名為OPCR-OH,車輪緊貼管壁，對(duì)稱分布，對(duì)管壁產(chǎn)生較大壓力，爬坡力強(qiáng)，能沿著各個(gè)方向行走，應(yīng)用較為廣泛。

清淤機(jī)器人通過以上四種方式實(shí)現(xiàn)在管道中行走，其目的是為了清理不同管段的淤泥，為了達(dá)到這一目的，機(jī)器人往往還需具備如清淤斗、清淤螺旋等除泥設(shè)備，這些設(shè)備通過自動(dòng)控制進(jìn)行作業(yè)，理論上能夠?qū)崿F(xiàn)疏浚管道的目的。

除此之外，清淤機(jī)器人有效地作業(yè)還應(yīng)滿足以下幾個(gè)要求：

1)在管道的污水和污泥環(huán)境中保持密閉，因此機(jī)器人本體一般會(huì)采用一體化箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2)需要電源，除了為機(jī)器人行走提供動(dòng)力外，還向監(jiān)控系統(tǒng)提供電源以及為清淤設(shè)備運(yùn)行提供動(dòng)力，往往采用內(nèi)置蓄電池供電；3)需要通訊系統(tǒng)以便很好地對(duì)清淤機(jī)器人進(jìn)行控制。為了減少電纜與管壁之間的摩擦，可采用無線通訊系統(tǒng)，機(jī)器人的作業(yè)行程及運(yùn)動(dòng)靈活性均得到提高[9]。

3 結(jié)語

我國(guó)排水管道清淤工作目前較多地采用傳統(tǒng)清淤方式，對(duì)于清淤機(jī)器人的研究和應(yīng)用也在不斷進(jìn)行，其發(fā)展有賴于機(jī)械以及通訊技術(shù)的進(jìn)步，其使用將會(huì)大大提高清淤作業(yè)的自動(dòng)化水平，改善傳統(tǒng)清淤技術(shù)的諸多弊端，具有廣闊的市場(chǎng)推廣前景。

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Discussionondredgingtechnologyofmunicipaldrainagepipeline

LiJinglin1GouBiancai1YangZhiyuan2

(1.CityCollege,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430080,China;2.ZhongdiCyberTechnologyCo.,Ltd,Wuhan430070,China)

Combined with the current clogging of municipal drainage pipelines, the traditional dredging techniques and the robot dredging techniques are introduced. Traditional methods include mechanical dredging, high pressure water dredging and water scouring and dredging method. The new technology of dredging robot is carried out in four ways: crawling, caterpillar, foot and wheel. The new development direction of municipal drainage pipeline dredging technology is expounded by the contrast analysis.

drainage pipeline, dredging technique, pipeline robot

TU992.1

A

1009-6825(2017)27-0104-02

2017-07-13

李婧琳(1984- )，女，助教