能做“B超”能自救，国内首个沉井作业智能搅吸机器人开工

        黄色的机身、厚厚的履带、尖锐的搅吸头……8月19日上午，在世界最大跨度公铁两用斜拉桥——常泰长江大桥6号主塔墩施工现场，一台外形貌似微型“坦克”的智能履带式绞吸机器人，被吊装着慢慢进入主塔墩沉井内下水。 

　　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，同时助力安全施工、减少人力。

 　　挑战盲区取土、
　　黏土层吸泥难题 　

　泥面深度、泥水比重、机器人俯仰角度、绞头转速、液压舱参数……在常泰长江大桥6号主塔墩施工现场的控制室内，屏幕上显示着智能履带式绞吸机器人的水下作业环境。 

　　在不远处的江面，一台智能履带式绞吸机器人，被慢慢调入江面。随着搅吸头的转动，江水逐渐浑浊。 
智能履带式绞吸机器人，金凤摄 

　　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，超过目前世界最大跨度斜拉桥、沪苏通大桥。 
建成后的常泰长江大桥效果图，中铁大桥局二公司供图 　　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个篮球场大小、1.2万辆家用小汽车的重量。 　　要将这么重的一个大家伙破土安置在长江河床上，需要扎实的“底盘”。“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，所谓的盲区，指的是沉井的隔仓。 　　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”就是沉井施工的“盲区”。 　　“沉井下沉时，隔仓的仓壁、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，地下有3层粉质黏土层，其中粉质黏土层总厚度达21米，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，对于沉井结构、沉井内的设备和施工人员会造成威胁。”汤忠国介绍。 　　6号墩沉井的盲区占沉井总面积的45%，如何这么大区域内的水下看清沉井的着床、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。 
智能履带式绞吸机器人，金凤摄 　　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，科技日报记者看到，下水的机器人，两侧底座有履带，车前的机械臂上，有个尖锐的搅吸头。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、自动搅吸排渣系统和岸上的操作控制系统，其中最核心的就是水下智能感应传感系统。 
机器人在水中的位置显示及参数，中铁大桥局二公司供图

 　　“每个井孔的水下地形有高低起伏，我们在沉井下方埋了很多土压力盒，可以判断土的压力。机器人处理完井孔中的泥土后，利用水下声呐传感系统和摄像系统，辨别盲区位置，并将感应信号传到地面。工作人员决定吸泥量、吸泥深度、机械臂的位置和吸泥范围，通过调节液压机械臂的角度，选择盲区搅吸的刃角角度，清理盲区泥土。这样一来可以确保均匀取土，二来保护沉井壁的隔仓不被破坏。”汤忠国介绍，机械臂单次的作业半径为6-8米，探测精度可达厘米级，每层可以搅吸约30厘米后的泥土。

 　　作业完毕后，机器人还将通过气举法产生风压，将泥土和残渣吸到江面上运走。“传统吸泥设备每小时约吸土40立方米，但智能履带机器人可以吸土200立方米左右，工作效率提高4-6倍。” 
常泰长江大桥6号主塔墩施工现场，金凤摄

 　　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，“取土过程中，沉井有可能下沉或移动，一旦监测到下沉速度超过一定范围，系统会自动预警，在10秒内，将机器人拉上来。”

 　　基于这样的智能控制，沉井取土的机械化、自动化，也将大大节省人力，汤忠国算过一笔帐，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。

 　　“机器人的使用，将使沉井下沉、着床的姿态可测量可视可控，也有利于确保沉井内设备和人员的安全，这解决了困扰行业多年的盲区取土的难题，为今后的施工提供了中国方案。”汤忠国说，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。   记者 金凤