清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術

田錦虎，張 益 ，周書東 ，張彤煒 ，劉正剛，韓 笑 ，趙永濤

（1.中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000；2.東莞市建筑科學研究所，廣東 東莞 523000）

0 引言

隨著社會發展，人民對環境的要求越來越高，水環境綜合整治和治理項目越來越多，原有的暗涵清淤項目也相應大量增加。現有暗涵清淤尤其是截面較小的管涵或箱涵清淤，主要是通過高壓水槍、水壓清淤噴頭等進行清淤，每次清淤的效果不能實時進行檢測，為保證清淤效果，往往需重復清淤多次（closed circuit television）。清淤結束后，清淤效果的檢測一般采用CCTV（closed circuit television）檢測設備，若檢測結果不達標，不達標位置需重新清淤，并再次進行CCTV檢測，重復清淤及檢測直至全部達標后，清淤工作才算完成，其清淤效果不可控，花費的人力物力較大，施工工期較長，造成浪費，工程成本較高。暗涵清淤及檢測施工一般為分開進行，需要的人員和設備較多，花費作業時間長，資源浪費嚴重，清淤效果較難保障，工程成本偏高，信息化程度低。目前雖對清淤機器人進行一定研究，但缺少清淤效果可控、清淤檢測一體化且經濟節約的施工方法。

為解決上述問題，開發出清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術，本技術在茅洲河流域綜合整治（東莞部分）一期項目——截污次支管網工程、東莞市石馬河流域綜合治理項目EPC+O工程、2019年龍崗區龍崗河流域與觀瀾河流域消除黑臭及河流水質保障工程（平湖街道-平湖工區）等項目得到成功應用。本文通過具體項目，闡述清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術的主要內容。

1 工程概況

東莞石馬河流域綜合治理EPC+O項目位于東莞市鳳崗鎮，管網暢通工程及支流河涌生態修復工程為該項目的2個子項。

1）管網暢通工程中沿河主干管及歷史存量管道修復工程是對已建管道中存在缺陷進行修復。通過清淤檢測，修復或改造老舊管，保證已建系統的正常運行；鳳崗鎮目前主干管及歷史存量管網修復總長約12.5km，其中管直徑600～2000mm，箱涵截面尺寸為寬400～2 000mm，高600～2 000mm，暗管（涵）總長4.0km，占總量的32%。

2）支流河涌生態修復工程是對內河涌底泥進行清淤，以改善流域水環境。鳳崗鎮目前需清淤內河涌暗涵長度總計30km，其中箱涵截面尺寸為寬400～2 000mm，高600～2 000mm，暗涵總長為8.0km，占總量的26.6%。

清淤及檢測是系統暢通及支流河涌生態修復不可或缺的一步，系統的暢通將進一步提高鳳崗鎮的整體污水收集率，同時保證原有系統的正常運行，極大減少污水直排河道現象的發生；而河涌清淤可直接使生態得到有效改善。

2 關鍵技術

2.1 清淤及檢測一體化施工設備設計

清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術相關案例少，未形成技術體系和施工技術。針對此類工程項目，提出可實現暗渠清淤和檢測施工的一體化裝備。本裝置在充分考慮清淤和檢測裝置特點、清淤和檢測工作技術特點，分析暗管（涵）淤積情況的基礎上提出。

2.1.1 設備組成

針對管涵直徑為600～1200mm，箱涵寬為400～1000mm、高為600～1 200mm的暗涵，根據暗涵曲直情況設計可轉向型和不可轉向型清淤及檢測一體化施工設備（見圖1），施工裝備長約45cm，寬約24cm，總高約48cm（噴頭部分高30cm，高清攝像頭高18cm），總重約15～20kg，外接加壓裝置注水壓力量程0～40MPa。本施工設備包括：1高清攝像頭（101攝像鏡頭、102無線信號線、103豎向轉軸、104水平向轉軸、105攝像頭臺座、106上連接板）、2清淤噴頭（201清淤殼體、202注水孔、203出水孔、204導流及防護架、205緊固螺栓、206下連接板、207注水空腔、208分倉隔板、209鋼珠填充物）、3壓力注水管、4連接螺栓，其中高清攝像頭具有無線防水可轉動可夜視等功能，其可通過筆記本計算機對其進行控制、查看攝制內容及錄制攝像視頻等；清淤噴頭可通過在噴頭填料空腔倉內填充鋼珠增加自重，從而提高其自穩定功能，由于清淤噴頭是有1個注水空腔或2個相互獨立對稱的注水空腔，可通過控制壓力注水管的開合或壓力控制設備的前進或轉向；壓力注水管可通過外接的清洗吸污車上的加壓注水設備，控制注水壓力的開合和注水壓力。各構件可通過廠家定制，設備造價較低，各構件通過螺栓進行組裝，安裝快捷。

圖1 清淤及檢測一體化施工設備組成

2.1.2 工作原理

首先對施工設備進行組裝，安裝壓力注水管，注水管連接好清洗吸污車的壓力注水裝置或其他壓力注水裝置。通過筆記本計算機利用無線信號對高清攝像頭進行連接，利用計算機上的攝像頭控制軟件對高清攝像頭進行控制，并查看及錄制高清攝像頭拍攝內容。在地面通過調試注水壓力并控制設備前進，確定設備前進平緩穩定時的注水壓力，以其作為清淤作業時的初始注水壓力。關閉壓力注水，將設備平穩置于暗涵入口，打開壓力注水，將注水壓力調至初始壓力值后進行清淤。通過觀察清淤效果和前進速度，在初始壓力值的基礎上增大或減小注水壓力值。對于彎曲暗涵，可利用可轉向型清淤及檢測一體化施工設備，通過控制左右2個壓力注水管的開關和注水壓力實現清淤過程轉向。對于暗涵清淤不佳位置，可在關閉壓力注水后，通過回拖注水管回拖施工設備，同時結合攝像頭的可視功能，將設備精確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，關閉壓力注水，回拖注水管回拖施工設備，同時攝像頭拍攝錄制暗涵全斷面清淤檢測視頻。

2.2 清淤及檢測一體化裝置輔助施工步驟

1）將無線防水可轉動可夜視高清攝像頭和清淤噴頭組裝，接入壓力注水管，注水管與清洗吸污車的壓力注水裝置連接，并將筆記本計算機與高清攝像頭進行無線信號連接，實現計算機對攝像頭的功能控制，以及對拍攝內容的實時查看和錄制，將攝像鏡頭方向和前進方向調成一致，打開注水壓力對設備進行調試，確定清淤及前進的初始注水壓力值為16MPa。

2）將清淤及檢測一體化設備放入所需清淤管涵，開啟鏡頭夜視功能；清淤及檢測一體化設備放入所需清淤管涵時，應將設備平穩放置管涵的中間位置，這樣可有效保障設備在清淤前進過程的穩定性及清淤效果。

3）根據高清攝像頭看到管涵內淤積情況，打開清洗吸污車的加壓注水開關，控制注水壓力，逐漸增大到初始壓力值，進行清淤及前進；根據淤積情況適當加大初始壓力，實現清淤效果最大化。管涵內淤積層厚度、主要成分等情況的推測，主要依靠管涵的截面尺寸、攝像頭拍到的淤積畫面進行判斷。

4）清淤一段距離后停止壓力注水，控制旋轉攝像鏡頭轉至入口向，觀察此清淤段清淤效果，若清淤效果較好則旋轉攝像鏡頭至前進方向并重復步驟3），若清淤效果較差，則回拖清淤及檢測一體化設備至清淤效果較差位置，旋轉攝像鏡頭至前進方向，重復步驟3）。清淤效果應按照國家、行業等相關規范規定進行判定。

5）重復步驟4）直至管涵出口位置，旋轉攝像鏡頭至入口向，對管涵清淤后情況進行錄像，同時入口井作業工人回拖清淤及檢測一體化設備。清淤及檢測一體化設備在回拖及錄像過程中，應控制回拖速度，宜使拍攝畫面平穩和清晰，且拍攝范圍應涵蓋管涵全斷面。

6）回拖及錄像至入口位置，提出清淤及檢測一體化設備至地面，則完成此段管涵的清淤及檢測工作。清淤及檢測一體化設備回拖至入口位置后，作業人員在提出設備時，應避免高清攝像頭與井壁、管壁發生碰撞。

上述施工步驟施工方便，操作較簡單，可實現清淤工作可視化，需要作業人員少，清淤效率高，真正實現清淤及檢測的一體化施工，大大提高清淤效果和效率，且節省大量的水資源和人力物力，很好地踐行了綠色節約的社會理念。

3 適用范圍

清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術適用于暗涵尤其是截面較小的管涵或箱涵，人員不能進入或進入不便的暗涵的清淤及檢測施工，暗涵材質不限。本施工技術在管涵直徑為600～1 200mm，箱涵寬為 400～1 000mm、高為 600～1 200mm，淤積厚度≤200mm的暗涵清淤工程中效果最佳，可適用于當前大部分市政污水管網的清淤疏浚，社會效益和經濟效益明顯。

4 經濟及社會效益

與傳統高壓水槍+CCTV清淤工藝相比，清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術具有實現清淤工作可視化、清淤效果可控、清淤及檢測工作一體化等優點，可極大縮短施工工期，平均每km節約5d，大大減少工人勞動量，降低勞動強度。使用清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術其施工質量和效率大大提高，每km人工費節省2.40萬元，材料費節省約1.05萬元，設備租賃費節省約3.54萬元，其他費用節省1.00萬元，每km總節省費用約7.99萬元，具有較好的經濟效益。

使用清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術，極大降低工地文明施工強度，提高現場施工的信息化程度，提升現場文明施工形象，大大提升公司整體競爭力。

5 結語

1）根據當前清淤和檢測分開施工效率低、清淤效果較難保障的情況，設計可實現清淤和檢測一體化施工的設置，實現清淤效果可控，并提高清淤及檢測施工效率。

2）通過高清攝像頭、清淤噴頭、壓力注水管、連接螺栓等組成清淤及檢測一體化施工設備，實現可視化、精確化清淤，在清淤完成后同步進行檢測工作，大大提高清淤和檢測施工效率與精度。

3）清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術在直徑為600～1 200mm的管涵，寬為400～1 000mm高為600～1 200mm的箱涵，淤積厚度≤200mm的暗涵清淤工程中效果最佳，可適用于當前大部分市政污水管網的清淤疏浚。

4）清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術在工期上平均每km節約5d，總節省費用每km約7.99萬元，具有較好的經濟效益。

5）清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術在多個暗涵清淤及檢測項目取得較好的應用效果，隨著類似項目的增多，清淤及檢測一體化裝置輔助施工在其他暗涵疏浚及檢測的應用和實踐也將越來越多。

6）清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術具有縮短施工工期、降低勞動強度、提高工作效率、施工信息化程度高等優勢，在暗涵清淤疏浚工程中具有較高的應用價值，隨著技術不斷完善，清淤及檢測一體化裝置輔助施工技術將得到大量推廣與應用。