ROV潛水機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)在黃浦江過江倒虹管的運(yùn)用實(shí)踐

徐 禪，鮑月全，孫躍平，吳建東

（上海市城市排水有限公司，上海市 201103）

ROV潛水機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)在黃浦江過江倒虹管的運(yùn)用實(shí)踐

徐 禪，鮑月全，孫躍平，吳建東

（上海市城市排水有限公司，上海市 201103）

城市污水管網(wǎng)由于部分管道埋設(shè)深、距離長(zhǎng)，且長(zhǎng)期處于滿水狀態(tài)，難以實(shí)施檢測(cè)，如橫跨大型河流的倒虹管等。結(jié)合實(shí)際檢測(cè)案例，介紹把管道聲納檢測(cè)探頭搭載于ROV潛水機(jī)器人進(jìn)行管道檢測(cè)的技術(shù),以及形成一體化檢測(cè)的技術(shù)方案,并總結(jié)對(duì)上海市黃浦江下三根倒虹污水管實(shí)施檢測(cè)的成果。

ROV潛水機(jī)器人；聲納檢測(cè)；倒虹管；長(zhǎng)距離檢測(cè)；不停輸檢測(cè)

0　引言

在城市污水管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)工作中，絕大多數(shù)污水管網(wǎng)都能通過各種檢測(cè)設(shè)備或人工潛水等方式進(jìn)行檢測(cè)，但埋設(shè)較深、距離較長(zhǎng)且長(zhǎng)期處于滿水運(yùn)行的管道，如穿越大型河流的倒虹管等，實(shí)施內(nèi)部檢測(cè)作業(yè)非常困難。這部分管道經(jīng)過長(zhǎng)期使用后逐漸老化，可能處于帶病運(yùn)行的工作狀態(tài)，給管網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來許多不安定因素。因此，需要盡早實(shí)施管內(nèi)檢測(cè)，把握管道內(nèi)部情況，把問題解決在搖籃之中。

1　工程概況

上海市地處長(zhǎng)江入海口，地理位置獨(dú)特，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，雨量充沛。上海是中國(guó)的經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易、航運(yùn)中心，其中心城區(qū)的排水防汛和污水輸送干線的運(yùn)營(yíng)管理關(guān)系到整座城市的安全穩(wěn)定。為確保管網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，不僅需要進(jìn)行日常巡視養(yǎng)護(hù)工作，同時(shí)還需有計(jì)劃地對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)檢測(cè)。

為了消除對(duì)黃浦江過江倒虹管的檢測(cè)盲區(qū)，采用ROV（潛水機(jī)器人）上面搭載管道聲納檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)，對(duì)黃浦江過江倒虹管進(jìn)行檢測(cè)，摸清管道的使用現(xiàn)狀。

本次實(shí)施檢測(cè)的管道為：（1）吳閔外排污水倒虹管，1根，直徑DN2 200 mm，長(zhǎng)度為716 m，距黃浦江底部最深約30 m；（2）污水二期陸家浜污水倒虹管，2根，直徑DN2 200 mm，長(zhǎng)度各為543 m，距黃浦江底部最深約20 m。圖1為倒虹管位置示意圖。

圖1　倒虹管示意圖

2　黃浦江過江倒虹管檢測(cè)難點(diǎn)分析

目前，常用的管道檢測(cè)手段有CCTV電視檢測(cè)、聲納檢測(cè)、電子潛望鏡檢測(cè)、潛水員進(jìn)入管道檢測(cè)等技術(shù)。其中，直徑在DN250～DN1 350 mm的中小型管道檢測(cè)普遍采用CCTV檢測(cè)、聲納檢測(cè)、電子潛望鏡檢測(cè)等技術(shù)，直徑在DN1 500以上的大型、特大型管道通常采用潛水員進(jìn)入管道檢測(cè)。

黃浦江過江倒虹管管徑大，距離長(zhǎng)，污水輸送量多，檢測(cè)難度非常大。目前擁有的檢測(cè)手段都無法滿足黃浦江倒虹管檢測(cè)需求。難點(diǎn)分析如下：

（1）受上游運(yùn)行限制，管道停水時(shí)間很短，無法排空管道積水，人員無法進(jìn)入檢測(cè)；

（2）待檢測(cè)的倒虹管位于黃浦江江底，普遍深度在20 m以上，超過潛水人員下潛深度，無法實(shí)施檢測(cè)；

（3）管道為下倒虹管，常年處于滿水狀態(tài)，CCTV、電子潛望鏡等設(shè)備無法實(shí)施檢測(cè)；

（4）待檢管道距離較長(zhǎng)，分別達(dá)到543 m和716 m，普通檢測(cè)設(shè)備受性能限制無法滿足全程檢測(cè)的要求。

3　 ROV搭載聲納檢測(cè)技術(shù)

3.1 ROV檢測(cè)技術(shù)

ROV(REMOTE OPERATED VEHICLES)遙控潛水器，也稱潛水機(jī)器人,是一種水下極限作業(yè)機(jī)器人，可解決潛水人員在極端水下環(huán)境中所受到的某些限制問題,廣泛使用在科考、海油工程、軍警水下探測(cè)等場(chǎng)合。其工作方式是技術(shù)人員在地面的控制臺(tái)操縱ROV，進(jìn)行水下視頻攝像、聲納探測(cè)等，還可以通過遙控機(jī)械手臂進(jìn)行管道內(nèi)作業(yè)。

本次檢測(cè)采用的ROV Seamor型潛水機(jī)器人系統(tǒng)屬于觀測(cè)級(jí)，主要用于深潛觀測(cè)作業(yè)，最大潛水深度達(dá)到300 m，裝備有高清晰彩色攝像機(jī)、四支強(qiáng)力推進(jìn)器、定位儀、壓力和深度傳感器等。設(shè)備控制簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，可自動(dòng)巡航、懸停、左右橫向移動(dòng)，其開放式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以搭載多種測(cè)量設(shè)備，如圖2所示。

圖2　ROV Seamor型潛水機(jī)器人

3.2聲納檢測(cè)技術(shù)

聲納檢測(cè)技術(shù)（sonar inspection）是采用聲波反射技術(shù)對(duì)管道及其他設(shè)施內(nèi)的水中物體進(jìn)行探測(cè)和定位，并能夠提供準(zhǔn)確的量化數(shù)據(jù)，從而檢測(cè)和鑒定管道病害情況的一種檢測(cè)方法。適用于污水、雨水、合流等管道功能狀況檢測(cè)和部分結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)時(shí)的結(jié)果只能作為參考，現(xiàn)有設(shè)備適用管徑DN300～DN6 000 mm，可對(duì)不同管材的管道進(jìn)行檢測(cè)。

4　 ROV檢測(cè)技術(shù)在黃浦江污水倒虹管運(yùn)用實(shí)踐

4.1檢測(cè)方法的選擇

為了解黃浦江過江倒虹管道的運(yùn)行現(xiàn)狀，上海市城市排水有限公司聯(lián)合上海有專業(yè)資質(zhì)的檢測(cè)單位，對(duì)吳閔外排污水倒虹管、污水二期陸家浜污水倒虹管進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)調(diào)閱待調(diào)查管道的竣工平面圖和倒虹井的結(jié)構(gòu)圖等資料，并與上下游泵站管理單位溝通及現(xiàn)場(chǎng)勘查，考慮實(shí)施檢測(cè)的難度，決定采用ROV搭載管道聲納技術(shù)進(jìn)行排水管道檢測(cè)，并編制了相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)方案。

4.2檢測(cè)技術(shù)措施

（1）利用ROV Seamor潛水機(jī)器人搭載平臺(tái)的作用，搭載聲納系統(tǒng)進(jìn)入水下30 m深的豎管管道中，實(shí)施檢測(cè)。

（2）為了解決長(zhǎng)距離檢測(cè)過程中電纜重力問題，使用了“0”浮力電纜，該電纜有一定的拉伸強(qiáng)度，可在應(yīng)急情況下起到牽拉ROV繩索作用，確保設(shè)備在失去動(dòng)力的情況下安全進(jìn)出管道。

（3）三根倒虹管在黃浦江的東西兩岸分別設(shè)有專用的檢測(cè)工作井。考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，吳閔外排污水倒虹管檢測(cè)從黃浦江西岸工作井（泵站出水高位井）放入檢測(cè)機(jī)器人向管道中央位置檢測(cè)，污水二期中建設(shè)的污水倒虹管檢測(cè)從黃浦江東岸工作井（閘門井）進(jìn)入檢測(cè)。

4.3檢測(cè)施工的流程

采用ROV檢測(cè)技術(shù)施工的流程見圖3。

圖3　ROV潛水檢測(cè)流程圖

4.4檢測(cè)結(jié)果分析

通過管道聲納檢測(cè)，可提供完整的聲納掃描圖像，圖像能十分清晰地反應(yīng)出管道結(jié)構(gòu)和積淤情況。通過相關(guān)處理軟件把每一秒檢查數(shù)據(jù)自動(dòng)保存至專用的PC硬盤中，隨時(shí)提取、播放、截取，并能根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出管道內(nèi)的淤泥量的形成變化曲線和總量數(shù)據(jù)，從而結(jié)合建設(shè)部行業(yè)規(guī)范《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》（CJJ 181-2012）判斷管道是否需要養(yǎng)護(hù)或有無重大缺陷隱患。圖4、圖5為聲納檢測(cè)軟件界面截圖。

圖4　管道聲納回波掃描圖像

圖5　聲納檢測(cè)軟件界面截圖

4.5檢測(cè)的結(jié)論

通過對(duì)管道的聲納檢測(cè)結(jié)果錄像，可以發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部的變形及重大破裂等結(jié)構(gòu)缺陷，并可以對(duì)管道內(nèi)部的淤泥堆積情況進(jìn)行判斷，為這些倒虹管的養(yǎng)護(hù)維修提供第一手的依據(jù)。本次管道采用ROV技術(shù)檢測(cè)的結(jié)果見表1。

表1　黃浦江倒虹管檢測(cè)結(jié)果表

從表1可知，本次檢測(cè)的三段橫跨黃浦江管道的淤泥堆積程度都小于20%，根據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)判斷：本次檢測(cè)的三段橫跨黃浦江的污水倒虹管道情況良好，都無需養(yǎng)護(hù)。同時(shí)，從得到的檢測(cè)圖像可知，倒虹管內(nèi)部都沒有變形和重大破裂等缺陷，結(jié)構(gòu)性情況也處于正常狀態(tài)。

5　結(jié)　語(yǔ)

在相關(guān)部門的多方配合下，本次檢測(cè)項(xiàng)目于2016年6月完成，填補(bǔ)了上海黃浦江過江倒虹管檢測(cè)的空白，為大型長(zhǎng)距離過江倒虹管道的檢測(cè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有推廣意義和實(shí)用價(jià)值。在當(dāng)前采用傳統(tǒng)的技術(shù)對(duì)大型長(zhǎng)距離管道很難實(shí)施不停輸檢測(cè)的情況下，本次采用ROV搭載管道聲納技術(shù)對(duì)大型長(zhǎng)距離管道不停輸檢測(cè)的成功為國(guó)內(nèi)同類管道檢測(cè)提供了先例。隨著城市大型管道檢測(cè)養(yǎng)護(hù)工作要求的不斷提高，希望在地下管線檢測(cè)領(lǐng)域能夠研制出更多先進(jìn)的檢測(cè)方法，以便今后在實(shí)施大深度長(zhǎng)距離地下管道檢測(cè)時(shí)有更多的方案選擇。

[1]CJJ 181-2012，城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程[S].

[2]DB31/T444-2009，排水管道電視和聲納檢測(cè)評(píng)估技術(shù)規(guī)程[S].

TU992.4

B

1009-7716（2016）10-0118-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.037

2016-08-31

徐禪（1985-），男，浙江平湖人，助理工程師，從事排水管網(wǎng)技術(shù)管理工作。