智能絞吸機器人破解水下盲區取土難題

黃色的機身、厚厚的履帶、尖銳的絞吸頭……8月19日上午，常泰長江大橋6號主塔墩施工現場，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。

大型橋梁沉井作業的難點之一是“盲區”取土。由于水下地形復雜，沉井隔倉形成的盲區又難以視探，以往的吸泥設備，存在取土不均勻，沉井安裝傾斜、突然下沉的風險。智能履帶式絞吸機器人設計方介紹，他們自主研發的這款目前國內首個大型沉井水下取土的機器人，可以在水下行走，并能通過智能感應系統給沉井下沉的河床區域做“B超”，探明工作環境，將施工效率提升4—6倍，同時減少人力。

破解水下盲區取土難題

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，超過今年7月1日剛剛開通運營的世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋——滬蘇通大橋。

由中鐵大橋局施工的6號墩沉井，是國內目前平面尺寸最大的水中沉井，相當于13個籃球場的面積、1.2萬輛家用小汽車的重量。

“目前，大型橋梁沉井施工最大的挑戰就是盲區取土困難。”中鐵大橋局常泰長江大橋項目經理湯忠國說，在6號墩沉井內，眾多鋼梁組合成一張蜘蛛網狀的隔倉，將沉井分隔成一個個空洞洞的井孔，這張“蜘蛛網”下的河床區域就是沉井施工的“盲區”。

“沉井下沉時，隔倉的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48米，其中黏土層總厚度達21米，相對堅硬，這意味著阻力更大。以往的吸泥設備，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險，會對沉井結構、沉井內的設備和施工人員造成威脅。”湯忠國介紹。

6號墩沉井的盲區占沉井平面總面積的45%，如何在這么大的水域看清沉井的取土情況，讓沉井安全著床?一年半前，湯忠國團隊開始設計智能履帶式絞吸機器人。

為大橋沉井水下環境做“B超”，工作效率提高4—6倍

在施工現場，湯忠國介紹，他們為機器人設計了水下走行系統、水下智能感應系統、水下液壓電氣系統、自動絞吸排渣系統和岸上的操作控制系統，相當于一邊給沉井的水下作業環境做“B超”，一邊施工。

“每個井孔的水下地形有高低起伏，機器人處理完井孔中的泥土后，利用水下聲吶傳感和攝像設備，辨別盲區位置，并將感應信號傳到地面。工作人員設定吸泥深度等數據，通過調節液壓機械臂的角度，清理盲區泥土。這樣一來可以確保均勻取土，二來保護沉井的井壁不被破壞。”湯忠國說。

挖土后，機器人還會將泥土和殘渣吸到江面上運走。湯忠國說：“傳統吸泥設備每小時吸土約40立方米，但智能履帶式絞吸機器人可以吸土200立方米左右，工作效率提高4—6倍。”

水下地質環境復雜，取土中，萬一用力過猛，可能遭遇“沒頂之災”。對此，湯忠國團隊還給機器人設計了“自救”功能，“取土中，系統一旦監測到沉井下沉速度超過一定范圍，會自動預警，迅速將機器人拉上來”。

基于這樣的智能控制，吸土過程也將大大節省人力，湯忠國算過一筆賬，采用傳統吸泥設備，大約需要6人作業，但現在只需1人便可操作該機器人。“根據目前的施工進度，預計明年春節左右，沉井將下沉到設計位置。”