管道机器人在顶管施工质量控制中的应用

管道机器人在顶管施工质量控制中的应用

杨鹏，杨玉坤，刘智，刘忠宸，吴沈镇

中国建筑第八工程局有限公司，上海市浦东新区201306

摘 要：国民经济水平的不断发展和科学技术的进步促进各种智能化，自动化设备发展，管道机器人作为一种由人工和电子设备进行操控，能够携带一种或多种传感器沿着管道移动，完成管道维护的自动化工作系统在市政发展和工业发展中体现了重要作用，尤其是在城市化建设进程不断推进的发展过程中，城市管道数量激增，管道机器人应用越来越广泛，基于此，本文以三个方面内容分析管道机器人在顶管施工质量控制中的应用，希望被后续管道机器人施工质量管控提供理论参考。首先，文章阐述管道机器人的分类；其次，分析管道检测目的；最后，分析管道机器人在污水管道施工中的应用。

关键词：管道机器人；顶管施工；应用

引言

科学技术的进步和经济发展存在相辅相成的关系，科技进步是经济发展的重要支撑，经济的快速发展又能反哺科学技术的不断进步，近些年随着城市化进程和工业化社会的不断发展，各种智能化，自动化设备应用频率越来越高，尤其是机器人在一些危险岗位或者人工执行难度较大的工作场景当中体现了重要作用，降低人工劳动量，例如市政建设，管道维护工程的管道机器人应用。传统的管道维护成本较高且效率低，而管道机器人可以由PC设备或者人工进行操控，携带多种传感器以及维护设备，完成市政管道的维护，简单来讲，管道机器人可携带摄像头在管道内进行拍摄，为工作人员提供准确可靠的管道内状况，然后工作人员控制机器人进行管道维护。管道机器人的发展历史可追溯至上世纪50年代，近几十年管道机器人一直处于迅猛发展状态中，现阶段在管道清理，探伤，维修，焊接等领域发挥了重要作用，基于此，本文以污水管道为例，对管道机器人在顶管施工质量控制中的应用进行探讨。

1管道机器人的分类

经过长期发展，管道机器人类型会发多样，主要包括滚轮式，履带式，流体驱动式等等。

1.1滚轮式管道机器人

滚轮式管道机器人结构简单，行走速度快，人工操作简单快捷，且经济成本较低，在商业活动中应用比较广泛，主要是以滚轮作为行走结构。滚轮式管道机器人有一定优势，但也存在不足之处，实际工业应用和商业机构应用当中一般使用三轮或者四轮式的滚轮管道机器人，研究发现无论是三轮或者四轮式的机器人都仅仅适用于地形情况较简单的管道当中，而一些复杂管道或者障碍物较多的管道，滚轮式管道机器人无法通过，所以适用性较低。

1.2履带式管道机器人

履带式管道机器人同样在具有牵引力大，不易打滑，性能好的优点的同时也具有结构复杂，重量大，控制困难等缺陷。所以在实践应用过程中，履带式管道机器人更适用于地形较为复杂的场景。

1.3流体驱动式管道机器人

流体驱动式管道机器人属于新型机器人类型，主要借助流体力学的相关知识，实现机器人的顺利操作，相对于滚轮机器人和履带式机器人行走速度控制比较困难的缺点来说来讲，流体驱动式机器人主要通过流体压力实现行走，技术人员可以通过力学知识精准控制机器人的行进情况，确保整个工作过程的稳定可靠，而且还可以利用和管道内壁的摩擦，提升机器人的工作效率和工作距离。然而流体驱动式机器人也有一定缺点，由于工作过程已有流体压力为主要驱动来源，所以只有在大直径管道内才能有效运行。

2管道检测目的

管道检测工作的开展是后续一系列管道维护工作得以顺利进行的基础，所以在管道维护过程中管道检测具有重要作用。技术人员进行理论研究和实践分析，发现前期管道维护过程中的管道检测工作一般人工完成，但是由于管道安装结构比较复杂，且地形变化多样，所以实际检查工作难度系数较高，很容易出现检测误差，影响后续维护。而管道式机器人的出现，大大缩减人工工作压力，通过机器人携带的影像设备可以及时进行管道内部结构性和功能性缺陷的检查，具体表现为工作人员通过管道内部视频明确管道结构是否出现变形，渗漏或者污垢堆积等等问题，大大提升后续管道维护参考数据的精确性。另外，管道检测还可以为管道性能评估以及管道功能评估提供参考依据，便于维修工作人员根据缺陷情况给出设计修复方案。

3管道机器人在污水管道施工中的应用

随着科学技术的不断进步，我国管道机器人技术也实现了质的飞跃，现阶段可用的管道机器人类型越来越多样，可以携带的检测设备也正在不断增加，有原先的仅能安装单一的摄像头和拍摄设备，逐渐转换为可以安装先进的摄像头及灯光系统和远程操控监控器等等，相对于传统管道机器人来讲，新型机器人具有更优秀的影响处理和信息数据传输功能能够在短时间内完成高质量视频的拍摄和上传，为后续管道维护工作提供了更加可靠的参考数据。分析现阶段常用的管道机器人类型，发现机器人主要由四轮驱动的摄像小车和计算机组成，具体工作过程中有技术人员进行管道直径尺寸测量，然后根据尺寸结果选择合适的管道机器人型号。传统的管道检测工作由人工完成，但是经常遇到馆内情况无法顺利检查的情况，这种情况下管道机器人更能体现其中作用，管道机器人进入管道后，沿着污水管道进行有效检查，明确污水管道内部是否出现了结构性和功能性问题，同时管道机器人还能检查包括与管道相连的各个阀门、检查口的具体情况，为后期整个管道维护提供依据。

3.1检测方法和具体应用

各种类型机器人在实际管道检测的具体控制要点如下:（1）首先要做好管道检查区段的划分并进行堵抽水检测，正常情况下要求200m为界限进行管道划分，封堵区域的管道要满足临时排水需求，同时内部水位要降低到符合管道机器人行走标准。（2）明确管道内的水流方向，然后将管道机器人所携带的爬行器行进方向更改到和水流方向相同，减少摩擦力和阻力的影响，提升检测效果和效率。（3）做好管道机器人行进速度的控制工作。检测过程中，机器人速度过快和过慢都会造成不良影响，机器人速度过快的情况下，虽然能够提升检测效率，但是可能会造成视频拍摄误差，技术人员无法及时发现并进行管道缺陷修正；速度过慢，严重影响工作效率，所以实际工作过程中要求是速度大致保持在0.15m/s。（4）做好管道机器人摄像设备的保护。为了更加明确的了解到管道内部的情况，机器人所携带的摄像设备精度较高，成本高，而且重量较大，所以可能需要用到辅助设备，确保摄像装置始终保持头朝下的状态，避免出现磕碰。（5）做好摄像头清洁工作和灯光系统的调节工作。为了更加清楚的了解到管道内部的实际情况，管道机器人会携带灯光系统，在正式进入管道之前，技术人员要做好摄像头清洁，并且根据不同管材选择合适的灯光亮度，确保成相清晰。（6）必要时以人工输入的方式进行详细路段和环境信息的输入，确保最终检测结果的准确性，为后续管道维护提供参考依据。（7）如果管道机器人需要进行下一区段的检查，那么要将计米器数据清零。（8）在管道直径较大前内部障碍较多的情况下，建议使用大号爬轮，或者流体驱动式机器人。

结束语

综上所述，管道机器人技术的快速发展，为管网排查和管道维护工作提供技术支持，本篇文章主要通过管道机器人的分类和实际应用以及具体检测过程的分析进行管道机器人在顶管施工质量控制中的应用研究，为后续管网排查工作的长期稳定运行提供可靠参考依据，促进文明城市的进一步发展。

参考文献：

[1]左福浩. 城市污水管道壁面损伤图像采集机器人的研制[D]. 北京:北京交通大学,2019.

[2]朱英. 污水管道机器人视觉SLAM研究[D]. 四川:西南交通大学,2018.

[3]陆震云. 基于管道机器人的管道检测技术研究[D]. 江苏:江苏科技大学,2018.