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(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(jī)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(jī)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，同時減少人力。

破解水下盲區(qū)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(yùn)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(nèi)目前平面尺寸最大的水中沉井，相當(dāng)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(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，在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)”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(dá)48米，其中黏土層總厚度達(dá)21米，相對堅硬，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題，這可能存在沉井局部傾斜或者突然下沉的風(fēng)險，會對沉井結(jié)構(gòu)、沉井內(nèi)的設(shè)備和施工人員造成威脅。”湯忠國介紹。

6號墩沉井的盲區(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，湯忠國團(tuán)隊開始設(shè)計智能履帶式絞吸機(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，湯忠國介紹，他們?yōu)闄C(jī)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)信號傳到地面。工作人員設(shè)定吸泥深度等數(shù)據(jù)，通過調(diào)節(jié)液壓機(jī)械臂的角度，清理盲區(qū)泥土。這樣一來可以確保均勻取土，二來保護(hù)沉井的井壁不被破壞。”湯忠國說。

挖土后，機(jī)器人還會將泥土和殘渣吸到江面上運(yùn)走。湯忠國說：“傳統(tǒng)吸泥設(shè)備每小時吸土約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，萬一用力過猛，可能遭遇“沒頂之災(zāi)”。對此，湯忠國團(tuán)隊還給機(jī)器人設(shè)計了“自救”功能，“取土中，系統(tǒng)一旦監(jiān)測到沉井下沉速度超過一定范圍，會自動預(yù)警，迅速將機(jī)器人拉上來”。

基于這樣的智能控制，吸土過程也將大大節(jié)省人力，湯忠國算過一筆賬，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)計明年春節(jié)左右，沉井將下沉到設(shè)計位置。”