“坦克”机器人勇闯江底：水下取土新变革

在桥梁建设的宏大版图中，常泰长江大桥宛如一颗璀璨的明星，闪耀着创新与突破的光芒。它是长江上第一座集高速公路、普通公路、铁路于一体的跨江大桥，如此独特的定位，使其从规划之初便备受瞩目。这座大桥的建设，是对工程技术极限的挑战，更是对创新思维的深度探索 。

常泰长江大桥的建设过程，堪称一部充满挑战与突破的奋斗史。复杂的地质条件、严苛的水文环境以及超高的建设标准，无一不是横亘在建设者面前的巨大阻碍。其中，主塔沉井基础的施工，更是难中之难。由于处于江中，对基础的稳固性要求极高，下沉深度也远超常规。传统的施工设备和技术在面对这样的挑战时，显得力不从心。就在大家为解决这个难题绞尽脑汁时，智能机器人的出现，让局面迎来了转机。

在智能机器人参与桥梁建设之前，传统的空气吸泥机是水下取土的主要设备 。然而，这种设备在面对复杂的水下环境时，暴露出了诸多问题。

传统空气吸泥机的工作效率较低，在粉质黏土层中，其吸泥作业常常遭遇阻碍。常泰长江大桥的 6 号主塔墩沉井需要穿越 3 层粉质黏土层，这对于传统空气吸泥机来说，是一个巨大的挑战。在这些土层中，吸泥机的吸力难以有效发挥，导致取土速度缓慢，大大延长了施工周期。据相关数据统计，在类似的工程中，使用传统空气吸泥机进行取土作业，每天的取土量仅能达到几十立方米，远远无法满足工程的进度需求。

取土盲区的存在也是传统空气吸泥机的一大痛点。由于设备的结构和工作原理限制，在沉井的某些区域，如刃脚部位和井壁附近，空气吸泥机无法有效到达，从而形成取土盲区。这些盲区的存在，使得沉井底部的土体受力不均匀，在下沉过程中容易出现倾斜、扭转等问题，严重影响沉井的稳定性和施工质量。一旦沉井发生倾斜，后续的纠偏工作不仅难度大，而且成本高，甚至可能导致整个工程的延误。 此外，传统空气吸泥机的操作还依赖大量人工，这不仅增加了人力成本，还存在一定的安全风险。在水下作业环境中，工作人员面临着高压、缺氧等诸多危险，稍有不慎就可能发生意外事故。

在常泰长江大桥的建设中，一款外形酷似坦克的智能机器人 —— 履带式绞吸机器人，成为了水下取土作业的 “明星”。它的出现，为解决水下取土难题带来了全新的思路和方法 。

履带式绞吸机器人的外形设计极具特色，它就像一辆威风凛凛的坦克，拥有坚固的履带底盘。这种履带底盘是机器人能够在复杂水底环境中稳定行走的关键。水底的地形往往高低不平，布满了各种障碍物，传统的轮式设备在这样的环境中很容易陷入困境，无法正常前行。而履带式绞吸机器人的履带底盘则具有强大的适应性，它能够分散机器人的重量，增加与水底地面的接触面积，从而提供更好的抓地力和稳定性。即使在泥泞、崎岖的水底，机器人也能如履平地，轻松地到达指定的取土位置 。

这款机器人配备了先进的传感监测系统，就像是为它赋予了一双双 “智慧的眼睛” 和 “灵敏的耳朵”。机器人上自带的测距仪和检测设备，能够实时测量机器人与周围环境的距离和各种参数，操作人员可以根据这些数据，精确地调整机器人的位置。同时，机器人还搭载了水下视频监控、前视声呐和避碰声呐传感器。水下视频监控可以让操作人员直观地看到水下的情况，前视声呐能够探测前方的障碍物和地形，避碰声呐则能及时发现周围的物体，避免机器人在移动过程中发生碰撞。通过这些设备的协同工作，操作人员可以全面、实时地掌握机器人所处的环境信息，将机器人调整至最佳工作状态，实现精准取土。 比如，在常泰长江大桥的 6 号主塔墩沉井施工中，操作人员通过机器人的传感监测系统，能够清晰地了解到沉井底部的土质分布情况，以及刃脚等关键部位的状态，从而有针对性地控制机器人进行取土作业，确保取土的准确性和安全性 。

在水下进行土体掘削工作时，履带式绞吸机器人的绞吸头发挥了重要作用。绞吸头位于机器人的前端，它通过高速旋转，能够将坚硬的泥土打碎，使其变成易于处理的泥浆状。然后，利用气举的原理，将打碎的泥土送入排渣系统。气举是一种利用气体浮力将液体或固体提升的技术，在这个过程中，压缩空气被注入到排泥管中，与泥浆混合后，形成密度小于水的气液混合物，从而在浮力的作用下，将泥浆沿着排泥管输送到指定的位置 。机器人的工作臂设计也十分巧妙，它能够绕本体旋转、伸缩，这使得机器人在取土时能够覆盖到井孔内及刃脚等传统设备难以到达的盲区。无论是沉井的中心区域，还是边缘的刃脚部位，机器人都能轻松地进行取土作业，真正实现了取土无盲区，大大提高了取土效率和沉井施工的质量 。

除了履带式绞吸机器人，智能龙门式绞吸机器人在常泰长江大桥的建设中也发挥了重要作用，它以独特的设计和先进的功能，为水下取土作业带来了更高的效率和精度 。

智能龙门式绞吸机器人采用框架式结构，主框架稳稳地撑在沉井内壁，形成了一个坚固的支撑体系。整个机器人共分为三级框架，每一级框架都有着明确的分工和独特的功能 。一级框架作为设备的最外围框架，承担着设备的所有重量，是整个机器人的 “基石”，为后续的作业提供了稳定的基础 。二级框架可以在一级框架上灵活行走，通过这种移动方式，实现了机器人在纵向方向上的移动，就像一个灵活的 “舞者”，能够在沉井的纵向空间内自由穿梭 。三级框架则进一步丰富了机器人的移动能力，它可以实现机器人的横向移动，使得机器人在取土时能够覆盖到更广泛的区域 。通过这三级框架的协同工作，龙门式绞吸机器人能够在沉井内实现全方位的移动，无论是在沉井的中心区域，还是在边缘的各个角落，都能轻松到达，为无盲区取土提供了有力保障 。

在取土作业时，操作人员无需亲临危险的水下环境，只需在水上操作平台，通过传感器实时监测取土情况 。这些传感器就像是机器人的 “神经末梢”，能够将水下的各种信息，如取土位置、取土量、土体的性质等，及时准确地传输到操作平台上 。同时，操作人员还可以通过计算机软件预设轨迹，机器人会根据预设的轨迹自动进行取土作业 。这种自动化的作业方式，不仅大大提高了取土的效率，还减少了人为因素对作业的影响，提高了作业的精度和稳定性 。以常泰长江大桥的施工为例，操作人员在水上操作平台，通过计算机软件预设好取土轨迹，龙门式绞吸机器人便会按照指令，自动在沉井内进行取土作业，整个过程高效、精准，大大缩短了施工周期 。

龙门式绞吸机器人的智能感应系统堪称一绝，它能够给沉井的河床区域做 “B 超” 。机器人绞吸臂上装有高度计及前视成像声呐，高度计就像一个精准的 “标尺”，用于检测机器人距离下方作业面的距离，让操作人员随时了解机器人的位置信息 。前视成像声呐则像是一台高清的 “水下摄像机”，可扫描出作业面的情况，探明工作环境 。在主控制平台的显示屏上，3D 图会随着参数的变化而实时动作，将水下作业情况清晰地展示出来 。操作人员通过多方向操纵杆来控制水下机器人，配合水下声呐传感和摄像设备，能够对沉井刃脚等盲区位置一览无余 。在实际施工中，通过智能 “B 超” 探测，操作人员可以提前了解到沉井底部的地质情况，如是否存在坚硬的岩石、土层的分布情况等，从而有针对性地调整取土策略，确保取土作业的安全和顺利进行 。

在常泰长江大桥的建设中，智能机器人的应用使施工效率得到了极大的提升。与传统的空气吸泥机相比，履带式绞吸机器人和龙门式绞吸机器人的取土效率大幅提高。在粉质黏土层中，传统空气吸泥机每天的取土量仅为几十立方米，而智能机器人的取土量则能达到数百立方米，是传统设备的数倍甚至数十倍 。这使得沉井施工的周期大大缩短，原本可能需要数月甚至数年的施工时间，在智能机器人的助力下，能够提前完成，为整个大桥的建设争取了宝贵的时间 。

智能机器人的精准取土能力和实时监测功能，为沉井施工的安全提供了有力保障。通过传感监测系统，机器人能够实时监测取土情况，及时发现并避免因取土不均匀导致的沉井倾斜、扭转等问题 。在遇到复杂的地质条件时，机器人可以根据预设的程序和操作人员的指令，灵活调整取土策略，确保沉井的稳定性 。同时，由于操作人员无需直接在水下作业，避免了高压、缺氧等危险环境对人体的伤害，大大降低了施工过程中的安全风险 。

智能机器人在水下取土领域的成功应用，为未来桥梁建设及相关行业的智能化发展指明了方向 。它展示了智能化技术在复杂工程施工中的巨大潜力，预示着未来的桥梁建设将更加高效、安全、智能 。随着技术的不断进步和成本的降低，智能机器人有望在更多的桥梁建设项目中得到应用，推动整个桥梁建设行业的智能化变革 。此外，智能机器人的应用经验也将为其他水下工程，如港口建设、海底隧道施工等提供借鉴，促进整个水下工程领域的技术升级 。