黃色的機(jī)身、厚厚的履帶、尖銳的絞吸頭……8月19日上午，常泰長(zhǎng)江大橋6號(hào)主塔墩施工現(xiàn)場(chǎng)，一臺(tái)外形貌似微型“坦克”的智能履帶式絞吸機(jī)器人，被吊裝著慢慢進(jìn)入主塔墩沉井內(nèi)。

大型橋梁沉井作業(yè)的難點(diǎn)之一是“盲區(qū)”取土。由于水下地形復(fù)雜，沉井隔倉(cāng)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(xiǎn)。智能履帶式絞吸機(jī)器人設(shè)計(jì)方介紹，他們自主研發(fā)的這款目前國(guó)內(nèi)首個(gè)大型沉井水下取土的機(jī)器人，可以在水下行走，并能通過(guò)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(shí)減少人力。

破解水下盲區(qū)取土難題

在建的常泰長(zhǎng)江大橋是長(zhǎng)江上首座集高速公路、城際鐵路、一級(jí)公路“三位一體”的過(guò)江通道，于2019年1月9日開(kāi)建。其中主航道橋?yàn)橹骺?176米的斜拉橋，超過(guò)今年7月1日剛剛開(kāi)通運(yùn)營(yíng)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(hào)墩沉井，是國(guó)內(nèi)目前平面尺寸最大的水中沉井，相當(dāng)于13個(gè)籃球場(chǎng)的面積、1.2萬(wàn)輛家用小汽車的重量。

“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(zhǎng)江大橋項(xiàng)目經(jīng)理湯忠國(guó)說(shuō)，在6號(hào)墩沉井內(nèi)，眾多鋼梁組合成一張蜘蛛網(wǎng)狀的隔倉(cāng)，將沉井分隔成一個(gè)個(gè)空洞洞的井孔，這張“蜘蛛網(wǎng)”下的河床區(qū)域就是沉井施工的“盲區(qū)”。

“沉井下沉?xí)r，隔倉(cāng)的倉(cāng)底會(huì)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，其中黏土層總厚度達(dá)21米，相對(duì)堅(jiān)硬，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(wèn)題，這可能存在沉井局部?jī)A斜或者突然下沉的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)對(duì)沉井結(jié)構(gòu)、沉井內(nèi)的設(shè)備和施工人員造成威脅。”湯忠國(guó)介紹。

6號(hào)墩沉井的盲區(qū)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(guó)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始設(shè)計(jì)智能履帶式絞吸機(jī)器人。

為大橋沉井水下環(huán)境做“B超”，工作效率提高4—6倍

在施工現(xiàn)場(chǎng)，湯忠國(guó)介紹，他們?yōu)闄C(jī)器人設(shè)計(jì)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(dòng)絞吸排渣系統(tǒng)和岸上的操作控制系統(tǒng)，相當(dāng)于一邊給沉井的水下作業(yè)環(huán)境做“B超”，一邊施工。

“每個(gè)井孔的水下地形有高低起伏，機(jī)器人處理完井孔中的泥土后，利用水下聲吶傳感和攝像設(shè)備，辨別盲區(qū)位置，并將感應(yīng)信號(hào)傳到地面。工作人員設(shè)定吸泥深度等數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓機(jī)械臂的角度，清理盲區(qū)泥土。這樣一來(lái)可以確保均勻取土，二來(lái)保護(hù)沉井的井壁不被破壞。”湯忠國(guó)說(shuō)。

挖土后，機(jī)器人還會(huì)將泥土和殘?jiān)浇嫔线\(yùn)走。湯忠國(guó)說(shuō)：“傳統(tǒng)吸泥設(shè)備每小時(shí)吸土約40立方米，但智能履帶式絞吸機(jī)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(zhì)環(huán)境復(fù)雜，取土中，萬(wàn)一用力過(guò)猛，可能遭遇“沒(méi)頂之災(zāi)”。對(duì)此，湯忠國(guó)團(tuán)隊(duì)還給機(jī)器人設(shè)計(jì)了“自救”功能，“取土中，系統(tǒng)一旦監(jiān)測(cè)到沉井下沉速度超過(guò)一定范圍，會(huì)自動(dòng)預(yù)警，迅速將機(jī)器人拉上來(lái)”。

基于這樣的智能控制，吸土過(guò)程也將大大節(jié)省人力，湯忠國(guó)算過(guò)一筆賬，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(jī)器人。“根據(jù)目前的施工進(jìn)度，預(yù)計(jì)明年春節(jié)左右，沉井將下沉到設(shè)計(jì)位置。”