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大型桥梁沉井作业的难点之一是“盲区”取土。由于水下地形复杂，沉井隔仓形成的盲区又难以视探，以往的吸泥设备，存在取土不均匀，沉井安装倾斜、突然下沉的风险。智能履带式绞吸机器人设计方介绍，他们自主研发的这款目前国内首个大型沉井水下取土的机器人，可以在水下行走，并能通过智能感应系统给沉井下沉的河床区域做“B超”，探明工作环境，将施工效率提升4—6倍，同时减少人力。

 

破解水下盲区取土难题

 

在建的常泰长江大桥是长江上首座集高速公路、城际铁路、一级公路“三位一体”的过江通道，于2019年1月9日开建。其中主航道桥为主跨1176米的斜拉桥，超过今年7月1日刚刚开通运营的世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥——沪苏通大桥。

 

由中铁大桥局施工的6号墩沉井，是国内目前平面尺寸最大的水中沉井，相当于13个篮球场的面积、1.2万辆家用小汽车的重量。

 

“目前，大型桥梁沉井施工最大的挑战就是盲区取土困难。”中铁大桥局常泰长江大桥项目经理汤忠国说，在6号墩沉井内，众多钢梁组合成一张蜘蛛网状的隔仓，将沉井分隔成一个个空洞洞的井孔，这张“蜘蛛网”下的河床区域就是沉井施工的“盲区”。

 

“沉井下沉时，隔仓的仓底会遭遇泥土的阻力，下沉越深，阻力越大。而此次沉井的最大入土深度达48米，其中黏土层总厚度达21米，相对坚硬，这意味着阻力更大。以往的吸泥设备，有吸泥不均匀、取土量难以控制的问题，这可能存在沉井局部倾斜或者突然下沉的风险，会对沉井结构、沉井内的设备和施工人员造成威胁。”汤忠国介绍。

 

6号墩沉井的盲区占沉井平面总面积的45%，如何在这么大的水域看清沉井的取土情况，让沉井安全着床？一年半前，汤忠国团队开始设计智能履带式绞吸机器人。

 

为大桥沉井水下环境做“B超”，工作效率提高4—6倍

 

在施工现场，汤忠国介绍，他们为机器人设计了水下走行系统、水下智能感应系统、水下液压电气系统、自动绞吸排渣系统和岸上的操作控制系统，相当于一边给沉井的水下作业环境做“B超”，一边施工。

 

“每个井孔的水下地形有高低起伏，机器人处理完井孔中的泥土后，利用水下声呐传感和摄像设备，辨别盲区位置，并将感应信号传到地面。工作人员设定吸泥深度等数据，通过调节液压机械臂的角度，清理盲区泥土。这样一来可以确保均匀取土，二来保护沉井的井壁不被破坏。”汤忠国说。

 

挖土后，机器人还会将泥土和残渣吸到江面上运走。汤忠国说：“传统吸泥设备每小时吸土约40立方米，但智能履带式绞吸机器人可以吸土200立方米左右，工作效率提高4—6倍。”

 

水下地质环境复杂，取土中，万一用力过猛，可能遭遇“没顶之灾”。对此，汤忠国团队还给机器人设计了“自救”功能，“取土中，系统一旦监测到沉井下沉速度超过一定范围，会自动预警，迅速将机器人拉上来”。

 

基于这样的智能控制，吸土过程也将大大节省人力，汤忠国算过一笔账，采用传统吸泥设备，大约需要6人作业，但现在只需1人便可操作该机器人。“根据目前的施工进度，预计明年春节左右，沉井将下沉到设计位置。”