清淤及检测一体化装置辅助施工技术

2021-09-26田锦虎周书东张彤炜刘正刚赵永涛

城市建筑空间 2021年8期

田锦虎，张益，周书东，张彤炜，刘正刚，韩笑，赵永涛

（1.中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610000；2.东莞市建筑科学研究所，广东东莞 523000）

0 引言

随着社会发展，人民对环境的要求越来越高，水环境综合整治和治理项目越来越多，原有的暗涵清淤项目也相应大量增加。现有暗涵清淤尤其是截面较小的管涵或箱涵清淤，主要是通过高压水枪、水压清淤喷头等进行清淤，每次清淤的效果不能实时进行检测，为保证清淤效果，往往需重复清淤多次（closed circuit television）。清淤结束后，清淤效果的检测一般采用CCTV（closed circuit television）检测设备，若检测结果不达标，不达标位置需重新清淤，并再次进行CCTV检测，重复清淤及检测直至全部达标后，清淤工作才算完成，其清淤效果不可控，花费的人力物力较大，施工工期较长，造成浪费，工程成本较高。暗涵清淤及检测施工一般为分开进行，需要的人员和设备较多，花费作业时间长，资源浪费严重，清淤效果较难保障，工程成本偏高，信息化程度低。目前虽对清淤机器人进行一定研究，但缺少清淤效果可控、清淤检测一体化且经济节约的施工方法。

为解决上述问题，开发出清淤及检测一体化装置辅助施工技术，本技术在茅洲河流域综合整治（东莞部分）一期项目——截污次支管网工程、东莞市石马河流域综合治理项目EPC+O工程、2019年龙岗区龙岗河流域与观澜河流域消除黑臭及河流水质保障工程（平湖街道-平湖工区）等项目得到成功应用。本文通过具体项目，阐述清淤及检测一体化装置辅助施工技术的主要内容。

1 工程概况

东莞石马河流域综合治理EPC+O项目位于东莞市凤岗镇，管网畅通工程及支流河涌生态修复工程为该项目的2个子项。

1）管网畅通工程中沿河主干管及历史存量管道修复工程是对已建管道中存在缺陷进行修复。通过清淤检测，修复或改造老旧管，保证已建系统的正常运行；凤岗镇目前主干管及历史存量管网修复总长约12.5km，其中管直径600～2000mm，箱涵截面尺寸为宽400～2 000mm，高600～2 000mm，暗管（涵）总长4.0km，占总量的32%。

2）支流河涌生态修复工程是对内河涌底泥进行清淤，以改善流域水环境。凤岗镇目前需清淤内河涌暗涵长度总计30km，其中箱涵截面尺寸为宽400～2 000mm，高600～2 000mm，暗涵总长为8.0km，占总量的26.6%。

清淤及检测是系统畅通及支流河涌生态修复不可或缺的一步，系统的畅通将进一步提高凤岗镇的整体污水收集率，同时保证原有系统的正常运行，极大减少污水直排河道现象的发生；而河涌清淤可直接使生态得到有效改善。

2 关键技术

2.1 清淤及检测一体化施工设备设计

清淤及检测一体化装置辅助施工技术相关案例少，未形成技术体系和施工技术。针对此类工程项目，提出可实现暗渠清淤和检测施工的一体化装备。本装置在充分考虑清淤和检测装置特点、清淤和检测工作技术特点，分析暗管（涵）淤积情况的基础上提出。

2.1.1 设备组成

针对管涵直径为600～1200mm，箱涵宽为400～1000mm、高为600～1 200mm的暗涵，根据暗涵曲直情况设计可转向型和不可转向型清淤及检测一体化施工设备（见图1），施工装备长约45cm，宽约24cm，总高约48cm（喷头部分高30cm，高清摄像头高18cm），总重约15～20kg，外接加压装置注水压力量程0～40MPa。本施工设备包括：1高清摄像头（101摄像镜头、102无线信号线、103竖向转轴、104水平向转轴、105摄像头台座、106上连接板）、2清淤喷头（201清淤壳体、202注水孔、203出水孔、204导流及防护架、205紧固螺栓、206下连接板、207注水空腔、208分仓隔板、209钢珠填充物）、3压力注水管、4连接螺栓，其中高清摄像头具有无线防水可转动可夜视等功能，其可通过笔记本计算机对其进行控制、查看摄制内容及录制摄像视频等；清淤喷头可通过在喷头填料空腔仓内填充钢珠增加自重，从而提高其自稳定功能，由于清淤喷头是有1个注水空腔或2个相互独立对称的注水空腔，可通过控制压力注水管的开合或压力控制设备的前进或转向；压力注水管可通过外接的清洗吸污车上的加压注水设备，控制注水压力的开合和注水压力。各构件可通过厂家定制，设备造价较低，各构件通过螺栓进行组装，安装快捷。

图1 清淤及检测一体化施工设备组成

2.1.2 工作原理

首先对施工设备进行组装，安装压力注水管，注水管连接好清洗吸污车的压力注水装置或其他压力注水装置。通过笔记本计算机利用无线信号对高清摄像头进行连接，利用计算机上的摄像头控制软件对高清摄像头进行控制，并查看及录制高清摄像头拍摄内容。在地面通过调试注水压力并控制设备前进，确定设备前进平缓稳定时的注水压力，以其作为清淤作业时的初始注水压力。关闭压力注水，将设备平稳置于暗涵入口，打开压力注水，将注水压力调至初始压力值后进行清淤。通过观察清淤效果和前进速度，在初始压力值的基础上增大或减小注水压力值。对于弯曲暗涵，可利用可转向型清淤及检测一体化施工设备，通过控制左右2个压力注水管的开关和注水压力实现清淤过程转向。对于暗涵清淤不佳位置，可在关闭压力注水后，通过回拖注水管回拖施工设备，同时结合摄像头的可视功能，将设备精确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，关闭压力注水，回拖注水管回拖施工设备，同时摄像头拍摄录制暗涵全断面清淤检测视频。

2.2 清淤及检测一体化装置辅助施工步骤

1）将无线防水可转动可夜视高清摄像头和清淤喷头组装，接入压力注水管，注水管与清洗吸污车的压力注水装置连接，并将笔记本计算机与高清摄像头进行无线信号连接，实现计算机对摄像头的功能控制，以及对拍摄内容的实时查看和录制，将摄像镜头方向和前进方向调成一致，打开注水压力对设备进行调试，确定清淤及前进的初始注水压力值为16MPa。

2）将清淤及检测一体化设备放入所需清淤管涵，开启镜头夜视功能；清淤及检测一体化设备放入所需清淤管涵时，应将设备平稳放置管涵的中间位置，这样可有效保障设备在清淤前进过程的稳定性及清淤效果。

3）根据高清摄像头看到管涵内淤积情况，打开清洗吸污车的加压注水开关，控制注水压力，逐渐增大到初始压力值，进行清淤及前进；根据淤积情况适当加大初始压力，实现清淤效果最大化。管涵内淤积层厚度、主要成分等情况的推测，主要依靠管涵的截面尺寸、摄像头拍到的淤积画面进行判断。

4）清淤一段距离后停止压力注水，控制旋转摄像镜头转至入口向，观察此清淤段清淤效果，若清淤效果较好则旋转摄像镜头至前进方向并重复步骤3），若清淤效果较差，则回拖清淤及检测一体化设备至清淤效果较差位置，旋转摄像镜头至前进方向，重复步骤3）。清淤效果应按照国家、行业等相关规范规定进行判定。

5）重复步骤4）直至管涵出口位置，旋转摄像镜头至入口向，对管涵清淤后情况进行录像，同时入口井作业工人回拖清淤及检测一体化设备。清淤及检测一体化设备在回拖及录像过程中，应控制回拖速度，宜使拍摄画面平稳和清晰，且拍摄范围应涵盖管涵全断面。

6）回拖及录像至入口位置，提出清淤及检测一体化设备至地面，则完成此段管涵的清淤及检测工作。清淤及检测一体化设备回拖至入口位置后，作业人员在提出设备时，应避免高清摄像头与井壁、管壁发生碰撞。

上述施工步骤施工方便，操作较简单，可实现清淤工作可视化，需要作业人员少，清淤效率高，真正实现清淤及检测的一体化施工，大大提高清淤效果和效率，且节省大量的水资源和人力物力，很好地践行了绿色节约的社会理念。

3 适用范围

清淤及检测一体化装置辅助施工技术适用于暗涵尤其是截面较小的管涵或箱涵，人员不能进入或进入不便的暗涵的清淤及检测施工，暗涵材质不限。本施工技术在管涵直径为600～1 200mm，箱涵宽为 400～1 000mm、高为 600～1 200mm，淤积厚度≤200mm的暗涵清淤工程中效果最佳，可适用于当前大部分市政污水管网的清淤疏浚，社会效益和经济效益明显。

4 经济及社会效益

与传统高压水枪+CCTV清淤工艺相比，清淤及检测一体化装置辅助施工技术具有实现清淤工作可视化、清淤效果可控、清淤及检测工作一体化等优点，可极大缩短施工工期，平均每km节约5d，大大减少工人劳动量，降低劳动强度。使用清淤及检测一体化装置辅助施工技术其施工质量和效率大大提高，每km人工费节省2.40万元，材料费节省约1.05万元，设备租赁费节省约3.54万元，其他费用节省1.00万元，每km总节省费用约7.99万元，具有较好的经济效益。

使用清淤及检测一体化装置辅助施工技术，极大降低工地文明施工强度，提高现场施工的信息化程度，提升现场文明施工形象，大大提升公司整体竞争力。