黃色的機身、厚厚的履帶、尖銳的攪吸頭……8月19日上午，在世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋——常泰長江大橋6號主塔墩施工現(xiàn)場，一臺外形貌似微型“坦克”的智能履帶式絞吸機器人，被吊裝著慢慢進入主塔墩沉井內(nèi)下水。

 

　　大型橋梁沉井作業(yè)的難點之一是“盲區(qū)”取土。由于水下地形復(fù)雜，沉井隔倉形成的盲區(qū)又難以視探，以往的吸泥設(shè)備，存在取土不均勻，沉井安裝傾斜、突然下沉的風(fēng)險。智能履帶式絞吸機器人設(shè)計方介紹，他們自主研發(fā)的這款目前國內(nèi)首個大型沉井水下取土的機器人，可以在水下行走，并能通過智能感應(yīng)系統(tǒng)給沉井下沉的河床區(qū)域做“B超”，探明工作環(huán)境，將施工效率提升4-6倍，同時助力安全施工、減少人力。

 

　　挑戰(zhàn)盲區(qū)取土、

 

　　泥面深度、泥水比重、機器人俯仰角度、絞頭轉(zhuǎn)速、液壓艙參數(shù)……在常泰長江大橋6號主塔墩施工現(xiàn)場的控制室內(nèi)，屏幕上顯示著智能履帶式絞吸機器人的水下作業(yè)環(huán)境。

 

　　在不遠(yuǎn)處的江面，一臺智能履帶式絞吸機器人，被慢慢調(diào)入江面。隨著攪吸頭的轉(zhuǎn)動，江水逐漸渾濁。

 

智能履帶式絞吸機器人，金鳳攝

 

　　在建的常泰長江大橋是長江上首座集高速公路、城際鐵路、一級公路“三位一體”的過江通道，于2019年1月9日開建。其中主航道橋為主跨1176米的斜拉橋，超過目前世界最大跨度斜拉橋、滬蘇通大橋。

 

建成后的常泰長江大橋效果圖，中鐵大橋局二公司供圖

 

　　由中鐵大橋局施工的6號墩沉井，是國內(nèi)目前平面尺寸最大的水中沉井。相當(dāng)于13個籃球場大小、1.2萬輛家用小汽車的重量。

 

　　要將這么重的一個大家伙破土安置在長江河床上，需要扎實的“底盤”。“目前，大型橋梁沉井施工最大的挑戰(zhàn)就是盲區(qū)取土困難。”中鐵大橋局常泰長江大橋項目經(jīng)理湯忠國說，所謂的盲區(qū)，指的是沉井的隔倉。

 

　　6號墩沉井內(nèi)，眾多鋼梁組合成一張蜘蛛網(wǎng)狀的隔倉，將沉井分隔成一個個空洞洞的井孔，這張“蜘蛛網(wǎng)”就是沉井施工的“盲區(qū)”。

 

　　“沉井下沉?xí)r，隔倉的倉壁、倉底會遭遇泥土的阻力，下沉越深，阻力越大。而此次沉井的最大入土深度達(dá)48米，地下有3層粉質(zhì)黏土層，其中粉質(zhì)黏土層總厚度達(dá)21米，這意味著阻力更大。以往的吸泥設(shè)備，有吸泥不均勻、取土量難以控制的問題，這可能存在沉井局部傾斜或者突然下沉的風(fēng)險，對于沉井結(jié)構(gòu)、沉井內(nèi)的設(shè)備和施工人員會造成威脅。”湯忠國介紹。

 

　　6號墩沉井的盲區(qū)占沉井總面積的45%，如何這么大區(qū)域內(nèi)的水下看清沉井的著床、取土情況，讓沉井安全著床？一年半前，湯忠國團隊開始設(shè)計智能履帶式絞吸機器人。

 

智能履帶式絞吸機器人，金鳳攝

 

 

　　在施工現(xiàn)場，科技日報記者看到，下水的機器人，兩側(cè)底座有履帶，車前的機械臂上，有個尖銳的攪吸頭。湯忠國介紹，他們?yōu)闄C器人設(shè)計了水下走行系統(tǒng)、水下智能感應(yīng)系統(tǒng)、水下液壓電氣系統(tǒng)、自動攪吸排渣系統(tǒng)和岸上的操作控制系統(tǒng)，其中最核心的就是水下智能感應(yīng)傳感系統(tǒng)。

 

機器人在水中的位置顯示及參數(shù)，中鐵大橋局二公司供圖

 

　　“每個井孔的水下地形有高低起伏，我們在沉井下方埋了很多土壓力盒，可以判斷土的壓力。機器人處理完井孔中的泥土后，利用水下聲吶傳感系統(tǒng)和攝像系統(tǒng)，辨別盲區(qū)位置，并將感應(yīng)信號傳到地面。工作人員決定吸泥量、吸泥深度、機械臂的位置和吸泥范圍，通過調(diào)節(jié)液壓機械臂的角度，選擇盲區(qū)攪吸的刃角角度，清理盲區(qū)泥土。這樣一來可以確保均勻取土，二來保護沉井壁的隔倉不被破壞。”湯忠國介紹，機械臂單次的作業(yè)半徑為6-8米，探測精度可達(dá)厘米級，每層可以攪吸約30厘米后的泥土。

 

　　作業(yè)完畢后，機器人還將通過氣舉法產(chǎn)生風(fēng)壓，將泥土和殘渣吸到江面上運走。“傳統(tǒng)吸泥設(shè)備每小時約吸土40立方米，但智能履帶機器人可以吸土200立方米左右，工作效率提高4-6倍。”

 

常泰長江大橋6號主塔墩施工現(xiàn)場，金鳳攝

 

　　水下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，取土中，萬一用力過猛，可能遭遇“沒頂之災(zāi)”。對此，湯忠國團隊還給機器人設(shè)計了“自救”功能，“取土過程中，沉井有可能下沉或移動，一旦監(jiān)測到下沉速度超過一定范圍，系統(tǒng)會自動預(yù)警，在10秒內(nèi)，將機器人拉上來。”

 

　　基于這樣的智能控制，沉井取土的機械化、自動化，也將大大節(jié)省人力，湯忠國算過一筆帳，采用傳統(tǒng)吸泥設(shè)備，大約需要6人作業(yè)，但現(xiàn)在只需1人便可操作該機器人。

 

　　“機器人的使用，將使沉井下沉、著床的姿態(tài)可測量可視可控，也有利于確保沉井內(nèi)設(shè)備和人員的安全，這解決了困擾行業(yè)多年的盲區(qū)取土的難題，為今后的施工提供了中國方案。”湯忠國說，根據(jù)目前的施工進度，預(yù)計明年春節(jié)左右，沉井將下沉到設(shè)計位置。   記者 金鳳