淺析城市排水管道機械清通設備的改進與應用

朱柳峰

(上海市寶山區給排水管理所，上海市 200940)

淺析城市排水管道機械清通設備的改進與應用

朱柳峰

(上海市寶山區給排水管理所，上海市 200940)

隨著我國城市化建設進程的不斷加快，城市排水管道設施的規模日益擴大，對排水管道的清通工作也提出了更高的要求。介紹當前我國排水管道維護現狀和管道清通技術，對比不同管道清通技術的適用條件，重點介紹了一種高效便捷的排水管道疏通機械，有較強的應用推廣價值。

排水管道；清通技術；疏通機械

0 引言

城市排水管網擔負著收集和輸送雨、污水的作用，是城市防汛排水保障體系的重要組成部分，被稱為城市的靜脈。然而，路面的塵土、垃圾，建筑工地的渣土、泥漿和來自廚房的油脂及工業廢水中的懸浮固體未經處理或管理不當進入公共排水管道后，容易造成管道的淤積甚至堵塞，影響管道的排水能力，對城市的防汛和污水排水造成影響。近年來，隨著我國城市化建設進程的加快，城市排水設施規模也增長迅速。以上海為例，截至2013年，全市共有公共排水管道19 425 km，其中，污水管道6 833 km，雨水管道7 982 km，合流管道1 034 km，支管3 576 km。隨著我國社會經濟的快速發展，人們對城市水環境和防汛排水安全也日益重視，面對日益增長的排水管網設施，選擇合理高效的管道養護手段，確保管通水暢，顯得尤為重要。

1 城市排水主要疏通方法分析

我國目前采用的管道清通方法主要有：人工疏通、機械疏通和水力疏通。清通方法的選擇取決于清通的位置、設備條件、淤泥情況、管徑大小等因素，有時還需要將多種方法聯合使用，如表1所示。

1.1 人工疏通

人工疏通是最古老的管道疏通方法，隨著管道清通技術的不斷改進，該方法的應用范圍逐漸縮減，但由于受作業場地、管徑大小等因素的限制，許多管道仍使用人工疏通的方法進行維護。人工疏通主要包括推桿疏通、下井疏通兩種方法。

表1 主要管道疏通技術

1.1.1 推桿疏通

推桿疏通是指用人力將竹片、鋼條、溝棍等工具推入管道內清除堵塞的疏通方法。其具有設備簡單，成本低的優點，主要用于小型管道。但是推桿疏通后留下的堵塞物通常被沖向下游，并沒有被徹底清除出管道［1］。

1.1.2 下井疏通

下井疏通是指工作人員直接進入到排水管道中，使用鐵鏟等工具將沉淀物鏟除并通過送料車運送到地面上的方法［2］。該方法勞動強度大，工作效率低，需要多人配合操作。同時，該方法存在很大的人身安全隱患，所以，在正常情況下，管道疏通應首選不下井的方法。但是有些大型和特大型雨水管、合流管，特別是矩形箱涵，采用絞車或射水疏通很難取得滿意的效果，下井疏通則可疏通得更徹底，而且效率更高。

為了保證員工安全，作業時必須嚴格遵守相關安全技術規程的規定。下井作業的管道必須是通風良好的大口徑管道(管徑大于900 mm)，且管內流速還需低于0.5 m/s，同時，下井作業時，維護人員還應穿戴供壓縮空氣的隔離式防護裝具。

1.2 機械疏通法

根據疏通時使用機械的不同，機械疏通法可分為：轉桿疏通、絞車疏通、射水疏通。

1.2.1 轉桿疏通

疏通桿以旋轉方式進入管道打通堵塞的方法稱為轉桿疏通。轉桿疏通機配有不同的鉆頭，分別具有鉆通泥沙，勾除布條，切割樹根等功能，轉桿的動力來自電動機或內燃機。轉桿疏通主要用于小型管道，因需要提供電源，目前主要采用于住宅小區和廠區內，在市政排水管道中使用較少［3］。

1.2.2 絞車疏通

用絞車牽引鏟泥工具來疏通管道的方法稱為絞車疏通，即在需疏通管道段兩端檢查井上分別設置一臺絞車，通過穿繩器將一輛絞車上的鋼絲繩連接到另一輛絞車處，利用絞車來回絞動鋼絲繩，帶動鏟泥工具在管道中刮行，從而達到清通管道的目的。該方法主要適用于管道淤積較嚴重、淤泥粘結密實但未完全堵塞的情況，適用的管徑大小約為200～800 mm的管道斷面，能滿足疏通工具的通過即可。針對不同種類的沉積物還可選擇鋼絲刷、鐵牛、骨骼形松土器等疏通工具。

絞車疏通具有設備簡單、價格便宜、不需下井作業，能適用于各種不同類型的沉積物等優點，在我國許多城市被采用。但是，其也有速度比較慢，費工費時等缺點。

1.2.3 射水疏通

采用高壓射水車清通管道的辦法稱為射水疏通。射水疏通是先從下游檢查井開始，在反射水流的推動下噴頭自動前進，到達上游井后再用絞盤將噴頭拖回，將淤泥沖入檢查井。

射水疏通在小型管道中使用具有速度快、效率高、清潔效果好的優點，除了可清除管底積泥外，還能清除管壁的泥垢，裝上特殊噴嘴后還能切除樹根。在中型以上的管道中，由于噴頭離上部管壁距離較大，清除上部管壁的效果也隨之變差。在高水位的大管道中，受水的阻力的影響，疏通效果會顯著下降。因此，射水疏通主要用于小型管道，如疏通中型以上管道則需在低水位時進行。

1.3 水力疏通

水力疏通法是指通過提高管道中的水流壓力，用較大的流速沖刷管道內的沉積物，該方法對排水管道的管徑和形狀沒有嚴格限制。

管道水力疏通法主要利用擋水裝置，提高水頭差，通過高流速沖洗管道內沉積物，達到疏通管道的目的。提高水頭差的方式有在管道中安裝閘門、放入水力疏通球以及調整泵站等。一般而言，當管徑為200～600 mm時具有最佳沖洗效果，但要求上游管道內蓄水豐富，下游排水通暢，上游水不會從支管中流走，同時要求沖向下游的污水最終應進入污水處理廠。水力疏通適用于各種尺寸的管道，設備簡單，成本低，但該方法一般不適用于雨水管道［4］。

2 上海市管道養護機械化發展

上海自19世紀中葉起，租界敷設排水管道。早期的管道養護較簡單，直通江河的排水管道利用每日2次潮水進行沖刷，其它管道以竹片、搖車等通溝工具往復疏通。伴隨著排水管道的興建，管道疏通工具在后來的幾十年中進行了一些革新改造，但基本上還是沿用搖車、鐵勺、竹片等簡單工具。20世紀80年代，曾從美國等西方國家引進過高壓沖水車等疏通設備，但是受限于管道管徑小、管齡大等因素，未能廣泛使用［4］。

2000年以后，上海市逐級實行排水設施“管養分開”，排水管道養護市場逐步放開，但新興的小型養護企業為節約成本，大都以簡易養護設備和人工養護為主，工效低，養護質量難以保證。

為了推動上海市養護機械應用，自2005年，上海市在積極推廣新型養護機械的同時，仿效其它行業做法，采取了市級資金補助的方式，調動區級和企業資金購置專用養護機械，自此，沖水車、抓泥車、聯合式沖吸車、污泥運輸車等一大批養護機械被應用于上海市排水管道設施養護中，成為“2009～2010年養護大會戰”取得成功的基礎。2011年為了進一步鞏固“養護大會戰”所取得的成績，穩步提高行業排水管道養護管理的整體水平，上海市水務局對本市排水管道設施養護提出了管理工作常態化的要求，在工作目標中明確提出希望各區縣排水管理單位能進一步提高排水管道的機械化養護水平，養護機械使用率達到85%以上。近年來，上海各區(縣)排水管道機械化養護水平得到不斷提高，全市養護機械化疏通率從2008年的不足70%增長至2013年的近90%。養護機械的應用，大大提升了養護質量和效率，為保障上海市防汛排水和污水輸送安全做出了積極貢獻，同時減少了養護職工作業強度和養護作業對交通的影響。圖1為上海市歷年機械化養護率。

圖1 上海市歷年機械化養護率(單位：%)

截至2013年底，據不完全統計，上海公共排水設施養護單位擁有養護疏通設備353臺，其中絞車199臺，占比超過五成。可見，絞車疏通是養護市場的主要設備，但受制機械絞車成本較高等因素，在這近兩百臺的絞車中，機械絞車僅有20臺，占比為10%。圖2為2013年上海市各類疏通機械統計。

圖2 2013年上海市各類疏通機械統計表

從圖1、圖2可以看出：近年來，上海市市政管道養護機械化大量采用，大大提高了養護質量和效率。但由于排水管道高水位運行，大口徑管道養護質量不高等問題制約了沖水車等設備的使用，使得絞車疏通仍是養護疏通工作的主要機械。傳統人工絞車養護成本功效低，作業條件惡劣，且維護人工成本大幅度提升，已不適應上海市養護工作需求，現需要研制小型高效的管道疏通機械來取代傳統的人工絞車等疏通設備。

3 新型排水管道疏通機械

3.1 傳統人工絞車介紹

絞車的作用是提供牽引鐵牛動力并收放鋼索，主要由牽引動力、離合器、減速齒輪、防倒轉棘輪(剎車)、卷揚筒(也稱繩鼓)、鋼索等部件組成。絞車的牽引力大多在0.5～1.5 N之間。由于多數情況下需要鐵牛在管道內來回疏通多次，所以通常要在上下游井口各安放一臺絞車。根據牽引動力的不同，可將絞車分為人工絞車(搖手柄牽引)和機械絞車(發動機牽引)兩種［3］。

因為人工絞車裝有搖手柄，故在一些城市稱為搖車。傳統的人工絞車采用的是簡單的腳輪裝置，僅適用施工現場的移動。運輸時用專門的貨車負責裝運，待使用時需要6人以上裝卸。在操作時需要在穿好引繩后，兩臺搖車在井的兩側雙向對拉，最少同時需要4人操作，采用全人力，勞動效率低下，且無法進行長時間的勞動，單位時間的產值很低。但由于價格較低，所以養護單位目前大多都在使用人工絞車，現人工絞車約占上海市政管道養護市場90%的份額。

3.2 常用的機械絞車介紹

區別于用搖手柄牽引的人工絞車，機械絞車則是用發動機牽引通溝牛在管道內疏通。常用的機械絞車是以貨車或皮卡為底盤改裝的，其后車廂設有不銹鋼水箱及清洗水槍，而絞車是附裝在車廂尾部底盤下方，通過發動機變速箱帶動左右絞盤完成各自獨立的正反向運轉。

操作時先用穿管工具將鋼絲繩引至所需清淤另一管道口，將淤鏈或淤泥盤掛上，再利用發動機帶動絞盤轉動，清淤工作正式開始，如此反復，可以通過絞盤的雙向轉動來使通溝牛在管道內來回拖動，直至清理完畢為止。整個操作過程僅需要1人即可。

該類機械絞車解決了絞車運輸困難的難題，而且其功率大，工作效率高，但由于該類絞車采用車輛底盤改裝，經濟成本較高，因此也制約了機械絞車在養護市場的普及。

3.3 新型機械絞車介紹

3.3.1 設備簡介

為了節約成本，提高疏通效率，上海研發了新型機械絞車。該設備是一種下水道清淤作業中取代傳統人力搖車的升級換代產品，外觀為兩輪單節車廂，移動時只需小型輕卡牽引，車廂內整合發動系統、液壓系統、聯動系統、雙筒絞盤和鋼絲牽引繩等。其擺脫電力條件的限制，傳動效果好且安全穩定。圖3為新型機械絞車外觀圖。

圖3 新型機械絞車外觀圖

3.3.2 構造組成

新型機械絞車主要由發動機、液壓馬達和傳送齒輪等機械構成。其原理采用發動機作為動力源，帶動液壓馬達驅動可分離雙離合主動轉輪傳動從動輪轉動的一種裝置。

3.3.3 操作步驟

操作步驟主要分為以下4個部分：(1)牽引現場。通過小型輕卡的牽引，將新型機械絞車運輸至作業現場。(2)固定機器，將新型機械絞車絞盤對準檢查井井口；調整車身四周的4個支架，固定管道疏通機。(3)疏通準備。養護工人將圓形的污泥刮板掛上牽引繩，放入下水道一端。(4)管道疏通。操作人員啟動新型機械絞車，圓形刮板將從遠端牽引至近端檢查井(養護工人將清撈污泥，并清運至污泥處理場地)。

該新型機械絞車僅需要1～2人操作，人員效率是傳統絞車的2～4倍，作業時間卻可以節約40%，大大的節約了人力成本，且不需要車輛底盤。造價較常用的機械絞車大幅下降。

3.3.4 設備特點

相比于傳統人工手搖車，該類排水管道疏通機械具有快捷簡便、機動性強，高效耐用、運行穩定及作業安全等優勢。各類型絞車對比見表2。

表2 各類型絞車對比

(1)采用發動機和液壓傳統，擺脫電力條件的限制，并且采用單軸輪式移動拖掛，機身結構簡單緊湊，便于進出作業現場，且適用于小街道、居民區等可用作業面積較小的排水支管的清通工作；在操作上十分快捷簡便，能夠及時有效地完成市政排水管道疏通工作，且節省大量施工勞動力。

(2)汽油發動機帶動液壓馬達傳送主動小齒輪嚙合帶動從動大齒輪(及鋼絲繩輪軸)，牽引力可達15 000 N，清通效率高，大容量液壓油箱及高效的冷卻系統，保證機器長時間穩定作業，機械傳動系統中的主動、從動齒輪材質選用優質鋼材，并經熱處理；液壓系統中的泵、閥采用進口件，經久耐用。

(3)其將兩套齒輪組控制器-齒輪組-絞盤整合于一身，交替操縱可牽引污泥刮板往返運動，可將排水管道中的泥沙、污垢快速、高效地清除至兩端的檢查井中。

(4)配裝自動卸荷裝置，作業中超出安全拉力(設定為14 700 N)負荷時可自動卸荷，保證了作業的安全性。

3.3.5 新型機械絞車的應用

目前該類排水管道疏通車已應用于上海市寶山、普陀等各區(縣)下水道養護工作，實踐證明，該設備能較好地適應當前城市排水管道清通工作的需求，其作業面小的特點尤其適用于路幅狹窄的街道及交通流量大的道路作業，具有較強的推廣性。

4 結語

近年來，上海市乃至全國主要城市都不同程度受到災害天氣的影響，造成城市內澇。排水管道通暢與否直接影響防汛和排水安全，因而越來越引起人們的重視。自2008年起，上海市加強了對排水管道養護的檢查和考核，同期，大批專用機械應用于排水管道養護中，提高了上海市排水管道養護水平。新型機械絞車是在此背景下誕生的，大大降低了人力成本，提高作業效率，改善作業環境，可全面取代傳統的人工絞車，具有較強推廣價值。

［1］ 朱保羅. 國內外排水管道養護技術比較［J］. 給水排水，2007, 33 (2)∶ 94-99.

［2］ 李樹平, 劉遂慶. 城市排水灌渠系統 ［M］. 北京∶ 中國建筑工業出版社, 2009.

［3］ 鄭陽. 基于市政排水管道養護技術的探究 ［J］. 中華民居，2013 (36)∶ 190.

［4］ 張人龍, 陳國梁，等. 上海市政工程志［M］. 上?！?上海社會科學院出版社, 1998.

TU992.23

B

1009-7716(2015)08-0115-04

2015-03-17

上海市科委研發基地建設項目(13DZ2251700)

朱柳峰(1975-)，男，上海人，工程師，從事市政給排水管理工作。