浅析城市排水管道机械清通设备的改进与应用

朱柳峰

(上海市宝山区给排水管理所，上海市 200940)

浅析城市排水管道机械清通设备的改进与应用

朱柳峰

(上海市宝山区给排水管理所，上海市 200940)

随着我国城市化建设进程的不断加快，城市排水管道设施的规模日益扩大，对排水管道的清通工作也提出了更高的要求。介绍当前我国排水管道维护现状和管道清通技术，对比不同管道清通技术的适用条件，重点介绍了一种高效便捷的排水管道疏通机械，有较强的应用推广价值。

排水管道；清通技术；疏通机械

0 引言

城市排水管网担负着收集和输送雨、污水的作用，是城市防汛排水保障体系的重要组成部分，被称为城市的静脉。然而，路面的尘土、垃圾，建筑工地的渣土、泥浆和来自厨房的油脂及工业废水中的悬浮固体未经处理或管理不当进入公共排水管道后，容易造成管道的淤积甚至堵塞，影响管道的排水能力，对城市的防汛和污水排水造成影响。近年来，随着我国城市化建设进程的加快，城市排水设施规模也增长迅速。以上海为例，截至2013年，全市共有公共排水管道19 425 km，其中，污水管道6 833 km，雨水管道7 982 km，合流管道1 034 km，支管3 576 km。随着我国社会经济的快速发展，人们对城市水环境和防汛排水安全也日益重视，面对日益增长的排水管网设施，选择合理高效的管道养护手段，确保管通水畅，显得尤为重要。

1 城市排水主要疏通方法分析

我国目前采用的管道清通方法主要有：人工疏通、机械疏通和水力疏通。清通方法的选择取决于清通的位置、设备条件、淤泥情况、管径大小等因素，有时还需要将多种方法联合使用，如表1所示。

1.1 人工疏通

人工疏通是最古老的管道疏通方法，随着管道清通技术的不断改进，该方法的应用范围逐渐缩减，但由于受作业场地、管径大小等因素的限制，许多管道仍使用人工疏通的方法进行维护。人工疏通主要包括推杆疏通、下井疏通两种方法。

表1 主要管道疏通技术

1.1.1 推杆疏通

推杆疏通是指用人力将竹片、钢条、沟棍等工具推入管道内清除堵塞的疏通方法。其具有设备简单，成本低的优点，主要用于小型管道。但是推杆疏通后留下的堵塞物通常被冲向下游，并没有被彻底清除出管道［1］。

1.1.2 下井疏通

下井疏通是指工作人员直接进入到排水管道中，使用铁铲等工具将沉淀物铲除并通过送料车运送到地面上的方法［2］。该方法劳动强度大，工作效率低，需要多人配合操作。同时，该方法存在很大的人身安全隐患，所以，在正常情况下，管道疏通应首选不下井的方法。但是有些大型和特大型雨水管、合流管，特别是矩形箱涵，采用绞车或射水疏通很难取得满意的效果，下井疏通则可疏通得更彻底，而且效率更高。

为了保证员工安全，作业时必须严格遵守相关安全技术规程的规定。下井作业的管道必须是通风良好的大口径管道(管径大于900 mm)，且管内流速还需低于0.5 m/s，同时，下井作业时，维护人员还应穿戴供压缩空气的隔离式防护装具。

1.2 机械疏通法

根据疏通时使用机械的不同，机械疏通法可分为：转杆疏通、绞车疏通、射水疏通。

1.2.1 转杆疏通

疏通杆以旋转方式进入管道打通堵塞的方法称为转杆疏通。转杆疏通机配有不同的钻头，分别具有钻通泥沙，勾除布条，切割树根等功能，转杆的动力来自电动机或内燃机。转杆疏通主要用于小型管道，因需要提供电源，目前主要采用于住宅小区和厂区内，在市政排水管道中使用较少［3］。

1.2.2 绞车疏通

用绞车牵引铲泥工具来疏通管道的方法称为绞车疏通，即在需疏通管道段两端检查井上分别设置一台绞车，通过穿绳器将一辆绞车上的钢丝绳连接到另一辆绞车处，利用绞车来回绞动钢丝绳，带动铲泥工具在管道中刮行，从而达到清通管道的目的。该方法主要适用于管道淤积较严重、淤泥粘结密实但未完全堵塞的情况，适用的管径大小约为200～800 mm的管道断面，能满足疏通工具的通过即可。针对不同种类的沉积物还可选择钢丝刷、铁牛、骨骼形松土器等疏通工具。

绞车疏通具有设备简单、价格便宜、不需下井作业，能适用于各种不同类型的沉积物等优点，在我国许多城市被采用。但是，其也有速度比较慢，费工费时等缺点。

1.2.3 射水疏通

采用高压射水车清通管道的办法称为射水疏通。射水疏通是先从下游检查井开始，在反射水流的推动下喷头自动前进，到达上游井后再用绞盘将喷头拖回，将淤泥冲入检查井。

射水疏通在小型管道中使用具有速度快、效率高、清洁效果好的优点，除了可清除管底积泥外，还能清除管壁的泥垢，装上特殊喷嘴后还能切除树根。在中型以上的管道中，由于喷头离上部管壁距离较大，清除上部管壁的效果也随之变差。在高水位的大管道中，受水的阻力的影响，疏通效果会显著下降。因此，射水疏通主要用于小型管道，如疏通中型以上管道则需在低水位时进行。

1.3 水力疏通

水力疏通法是指通过提高管道中的水流压力，用较大的流速冲刷管道内的沉积物，该方法对排水管道的管径和形状没有严格限制。

管道水力疏通法主要利用挡水装置，提高水头差，通过高流速冲洗管道内沉积物，达到疏通管道的目的。提高水头差的方式有在管道中安装闸门、放入水力疏通球以及调整泵站等。一般而言，当管径为200～600 mm时具有最佳冲洗效果，但要求上游管道内蓄水丰富，下游排水通畅，上游水不会从支管中流走，同时要求冲向下游的污水最终应进入污水处理厂。水力疏通适用于各种尺寸的管道，设备简单，成本低，但该方法一般不适用于雨水管道［4］。

2 上海市管道养护机械化发展

上海自19世纪中叶起，租界敷设排水管道。早期的管道养护较简单，直通江河的排水管道利用每日2次潮水进行冲刷，其它管道以竹片、摇车等通沟工具往复疏通。伴随着排水管道的兴建，管道疏通工具在后来的几十年中进行了一些革新改造，但基本上还是沿用摇车、铁勺、竹片等简单工具。20世纪80年代，曾从美国等西方国家引进过高压冲水车等疏通设备，但是受限于管道管径小、管龄大等因素，未能广泛使用［4］。

2000年以后，上海市逐级实行排水设施“管养分开”，排水管道养护市场逐步放开，但新兴的小型养护企业为节约成本，大都以简易养护设备和人工养护为主，工效低，养护质量难以保证。

为了推动上海市养护机械应用，自2005年，上海市在积极推广新型养护机械的同时，仿效其它行业做法，采取了市级资金补助的方式，调动区级和企业资金购置专用养护机械，自此，冲水车、抓泥车、联合式冲吸车、污泥运输车等一大批养护机械被应用于上海市排水管道设施养护中，成为“2009～2010年养护大会战”取得成功的基础。2011年为了进一步巩固“养护大会战”所取得的成绩，稳步提高行业排水管道养护管理的整体水平，上海市水务局对本市排水管道设施养护提出了管理工作常态化的要求，在工作目标中明确提出希望各区县排水管理单位能进一步提高排水管道的机械化养护水平，养护机械使用率达到85%以上。近年来，上海各区(县)排水管道机械化养护水平得到不断提高，全市养护机械化疏通率从2008年的不足70%增长至2013年的近90%。养护机械的应用，大大提升了养护质量和效率，为保障上海市防汛排水和污水输送安全做出了积极贡献，同时减少了养护职工作业强度和养护作业对交通的影响。图1为上海市历年机械化养护率。

图1 上海市历年机械化养护率(单位：%)

截至2013年底，据不完全统计，上海公共排水设施养护单位拥有养护疏通设备353台，其中绞车199台，占比超过五成。可见，绞车疏通是养护市场的主要设备，但受制机械绞车成本较高等因素，在这近两百台的绞车中，机械绞车仅有20台，占比为10%。图2为2013年上海市各类疏通机械统计。

图2 2013年上海市各类疏通机械统计表

从图1、图2可以看出：近年来，上海市市政管道养护机械化大量采用，大大提高了养护质量和效率。但由于排水管道高水位运行，大口径管道养护质量不高等问题制约了冲水车等设备的使用，使得绞车疏通仍是养护疏通工作的主要机械。传统人工绞车养护成本功效低，作业条件恶劣，且维护人工成本大幅度提升，已不适应上海市养护工作需求，现需要研制小型高效的管道疏通机械来取代传统的人工绞车等疏通设备。

3 新型排水管道疏通机械

3.1 传统人工绞车介绍

绞车的作用是提供牵引铁牛动力并收放钢索，主要由牵引动力、离合器、减速齿轮、防倒转棘轮(刹车)、卷扬筒(也称绳鼓)、钢索等部件组成。绞车的牵引力大多在0.5～1.5 N之间。由于多数情况下需要铁牛在管道内来回疏通多次，所以通常要在上下游井口各安放一台绞车。根据牵引动力的不同，可将绞车分为人工绞车(摇手柄牵引)和机械绞车(发动机牵引)两种［3］。

因为人工绞车装有摇手柄，故在一些城市称为摇车。传统的人工绞车采用的是简单的脚轮装置，仅适用施工现场的移动。运输时用专门的货车负责装运，待使用时需要6人以上装卸。在操作时需要在穿好引绳后，两台摇车在井的两侧双向对拉，最少同时需要4人操作，采用全人力，劳动效率低下，且无法进行长时间的劳动，单位时间的产值很低。但由于价格较低，所以养护单位目前大多都在使用人工绞车，现人工绞车约占上海市政管道养护市场90%的份额。

3.2 常用的机械绞车介绍

区别于用摇手柄牵引的人工绞车，机械绞车则是用发动机牵引通沟牛在管道内疏通。常用的机械绞车是以货车或皮卡为底盘改装的，其后车厢设有不锈钢水箱及清洗水枪，而绞车是附装在车厢尾部底盘下方，通过发动机变速箱带动左右绞盘完成各自独立的正反向运转。

操作时先用穿管工具将钢丝绳引至所需清淤另一管道口，将淤链或淤泥盘挂上，再利用发动机带动绞盘转动，清淤工作正式开始，如此反复，可以通过绞盘的双向转动来使通沟牛在管道内来回拖动，直至清理完毕为止。整个操作过程仅需要1人即可。

该类机械绞车解决了绞车运输困难的难题，而且其功率大，工作效率高，但由于该类绞车采用车辆底盘改装，经济成本较高，因此也制约了机械绞车在养护市场的普及。

3.3 新型机械绞车介绍

3.3.1 设备简介

为了节约成本，提高疏通效率，上海研发了新型机械绞车。该设备是一种下水道清淤作业中取代传统人力摇车的升级换代产品，外观为两轮单节车厢，移动时只需小型轻卡牵引，车厢内整合发动系统、液压系统、联动系统、双筒绞盘和钢丝牵引绳等。其摆脱电力条件的限制，传动效果好且安全稳定。图3为新型机械绞车外观图。

图3 新型机械绞车外观图

3.3.2 构造组成

新型机械绞车主要由发动机、液压马达和传送齿轮等机械构成。其原理采用发动机作为动力源，带动液压马达驱动可分离双离合主动转轮传动从动轮转动的一种装置。

3.3.3 操作步骤

操作步骤主要分为以下4个部分：(1)牵引现场。通过小型轻卡的牵引，将新型机械绞车运输至作业现场。(2)固定机器，将新型机械绞车绞盘对准检查井井口；调整车身四周的4个支架，固定管道疏通机。(3)疏通准备。养护工人将圆形的污泥刮板挂上牵引绳，放入下水道一端。(4)管道疏通。操作人员启动新型机械绞车，圆形刮板将从远端牵引至近端检查井(养护工人将清捞污泥，并清运至污泥处理场地)。

该新型机械绞车仅需要1～2人操作，人员效率是传统绞车的2～4倍，作业时间却可以节约40%，大大的节约了人力成本，且不需要车辆底盘。造价较常用的机械绞车大幅下降。

3.3.4 设备特点

相比于传统人工手摇车，该类排水管道疏通机械具有快捷简便、机动性强，高效耐用、运行稳定及作业安全等优势。各类型绞车对比见表2。

表2 各类型绞车对比

(1)采用发动机和液压传统，摆脱电力条件的限制，并且采用单轴轮式移动拖挂，机身结构简单紧凑，便于进出作业现场，且适用于小街道、居民区等可用作业面积较小的排水支管的清通工作；在操作上十分快捷简便，能够及时有效地完成市政排水管道疏通工作，且节省大量施工劳动力。

(2)汽油发动机带动液压马达传送主动小齿轮啮合带动从动大齿轮(及钢丝绳轮轴)，牵引力可达15 000 N，清通效率高，大容量液压油箱及高效的冷却系统，保证机器长时间稳定作业，机械传动系统中的主动、从动齿轮材质选用优质钢材，并经热处理；液压系统中的泵、阀采用进口件，经久耐用。

(3)其将两套齿轮组控制器-齿轮组-绞盘整合于一身，交替操纵可牵引污泥刮板往返运动，可将排水管道中的泥沙、污垢快速、高效地清除至两端的检查井中。

(4)配装自动卸荷装置，作业中超出安全拉力(设定为14 700 N)负荷时可自动卸荷，保证了作业的安全性。

3.3.5 新型机械绞车的应用

目前该类排水管道疏通车已应用于上海市宝山、普陀等各区(县)下水道养护工作，实践证明，该设备能较好地适应当前城市排水管道清通工作的需求，其作业面小的特点尤其适用于路幅狭窄的街道及交通流量大的道路作业，具有较强的推广性。

4 结语

近年来，上海市乃至全国主要城市都不同程度受到灾害天气的影响，造成城市内涝。排水管道通畅与否直接影响防汛和排水安全，因而越来越引起人们的重视。自2008年起，上海市加强了对排水管道养护的检查和考核，同期，大批专用机械应用于排水管道养护中，提高了上海市排水管道养护水平。新型机械绞车是在此背景下诞生的，大大降低了人力成本，提高作业效率，改善作业环境，可全面取代传统的人工绞车，具有较强推广价值。

［1］ 朱保罗. 国内外排水管道养护技术比较［J］. 给水排水，2007, 33 (2)∶ 94-99.

［2］ 李树平, 刘遂庆. 城市排水灌渠系统 ［M］. 北京∶ 中国建筑工业出版社, 2009.

［3］ 郑阳. 基于市政排水管道养护技术的探究 ［J］. 中华民居，2013 (36)∶ 190.

［4］ 张人龙, 陈国梁，等. 上海市政工程志［M］. 上海∶ 上海社会科学院出版社, 1998.

TU992.23

B

1009-7716(2015)08-0115-04

2015-03-17

上海市科委研发基地建设项目(13DZ2251700)

朱柳峰(1975-)，男，上海人，工程师，从事市政给排水管理工作。