水下機(jī)器人在水庫(kù)大壩滲漏檢測(cè)中的應(yīng)用

劉 福，馬保東，馬 祥，陳 靜，董芮佺，李長(zhǎng)雁

（1.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司,北京 100761；2.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司,湖北 黃岡 438600；3.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司七五〇試驗(yàn)場(chǎng),云南 昆明 650033；4.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,云南 昆明 650033）

1 工程概況

甘再水電站位于柬埔寨貢布（Kampot）省會(huì)城市上游約15 km的甘再河干流上。距金邊150 km,甘再水電站項(xiàng)目包括PH1 電站、PH2 電站和壩后PH3 電站。電站具有發(fā)電、灌溉、供水、旅游等多項(xiàng)功能,樞紐工程由碾壓混凝土大壩、反調(diào)節(jié)堰、引水隧洞及三個(gè)發(fā)電廠房等水工建筑物組成。水電站最大壩高112.00 m,庫(kù)容7.173億m3,發(fā)電系統(tǒng)由壩后PH3 廠房、PH1 引水發(fā)電系統(tǒng)和反調(diào)節(jié)堰PH2發(fā)電廠房組成,總裝機(jī)容量19.32 萬(wàn)kW。主體工程于2007年9月18日動(dòng)工,2008年11月18日,大壩截流成功,2009年10月20日首臺(tái)機(jī)組發(fā)電,2011年11月1日工程竣工。

甘再水電站在安全生產(chǎn)年中大檢查時(shí),在大壩60.00 m廊道靠近IP8倒垂孔附近的排水管（壩右0+087.500）處,發(fā)現(xiàn)排水管滲漏水量對(duì)比以往偏大,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查及記錄情況,該排水孔滲漏伴隨絮狀淤泥及細(xì)顆粒骨料,隨即安排運(yùn)行部監(jiān)測(cè)人員對(duì)該排水孔實(shí)施人工監(jiān)測(cè),掌握其滲漏情況。

對(duì)大壩進(jìn)行水下檢查的方法主要有潛水員水下探摸觀察和水下機(jī)器人檢查兩種。水下機(jī)器人檢查相對(duì)于潛水員水下探摸觀察的優(yōu)勢(shì)在于更安全、方便、快捷、高效,其能夠搭載配備光學(xué)高清攝像、聲吶、機(jī)械手等設(shè)備適應(yīng)并完成眾多環(huán)境條件下的檢查。現(xiàn)在水下機(jī)器人檢查技術(shù)方法正在逐步運(yùn)用到更多水利水電工程領(lǐng)域［1-5］。因此,本文以甘再水電站為研究對(duì)象,對(duì)水下機(jī)器人在水庫(kù)大壩進(jìn)行檢測(cè)的實(shí)際做法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析及總結(jié)。

2 檢查方法

水下無(wú)人潛器（Remotely Operated Vehicle,簡(jiǎn)稱ROV）,也叫水下機(jī)器人,是能夠在水下環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的高科技裝備,尤其是在潛水員無(wú)法承擔(dān)的高強(qiáng)度水下作業(yè)、潛水員不能到達(dá)的深度和危險(xiǎn)條件下更顯現(xiàn)出其明顯的優(yōu)勢(shì)。ROV作為水下作業(yè)平臺(tái),由于采用了可重組的開(kāi)放式框架結(jié)構(gòu)、數(shù)字傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)控制方式、電力或液壓動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)形式,在其驅(qū)動(dòng)功率和有效載荷允許的情況,幾乎可以覆蓋全部水下作業(yè)任務(wù),針對(duì)不同的水下使命任務(wù),在ROV上配置不同的儀器設(shè)備、作業(yè)工具和取樣設(shè)備,即可準(zhǔn)確、高效地完成各種調(diào)查、水下干預(yù)作業(yè)、勘探、觀測(cè)與取樣等作業(yè)任務(wù)。

本工程主要用水下遙控潛器（ROV）攜帶高清攝像頭、水深計(jì)、紅色示蹤劑等進(jìn)行水下視頻、圖像檢查,通過(guò)分析視頻、圖像資料達(dá)到上述目的。另外采用鉆孔全景圖像方法,檢查88.00 m廊道至60.00 m廊道壩體排水孔BL3-30 孔內(nèi)裂縫和滲水情況。上游壩面重點(diǎn)檢查右岸6#、7#壩段,見(jiàn)圖1中斜線范圍,視檢查成果,決定是否擴(kuò)大檢查工作面。

圖1 檢查重點(diǎn)區(qū)域示意圖

3 檢查成果分析

3.1 滲漏檢查情況

ROV水下攝像檢查在壩前發(fā)現(xiàn)一個(gè)滲漏孔,見(jiàn)圖2,滲漏孔位于壩軸線樁號(hào)壩右0+86.1,高程為74.6 m處,孔口吸附了大量的樹(shù)枝、樹(shù)葉等雜物；操作ROV擾動(dòng)孔口表面附著物時(shí)明顯見(jiàn)到附著物被吸入孔內(nèi),見(jiàn)圖3,表面附著物隨水流入孔；ROV搭載鋼卷尺對(duì)孔口進(jìn)行測(cè)量,見(jiàn)圖4,孔口直徑約15 cm。在該滲漏點(diǎn)附近范圍內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)排查,未見(jiàn)其他滲漏點(diǎn)。

圖2 漏水孔R(shí)OV水下攝像圖

圖3 孔口附著物被吸入孔內(nèi)瞬間照片

圖4 孔口直徑水下量測(cè)

3.2 滲漏通道推斷

大壩88m廊道到60m廊道BL3-30排水孔漏水,樁號(hào)為壩右0+87.5,高程為74.6 m且周?chē)潘孜匆?jiàn)漏水；壩前漏水孔位于壩軸線樁號(hào)壩右0+86.1,高程為74.6 m且周?chē)匆?jiàn)其他滲漏點(diǎn)。鉆孔成像顯示BL3-30 孔內(nèi)漏水點(diǎn)在孔內(nèi)位于左岸側(cè),而壩前漏水點(diǎn)相對(duì)孔內(nèi)出水點(diǎn)壩軸線樁號(hào)往左岸偏移了1.4 m,同孔內(nèi)出水點(diǎn)在孔內(nèi)的方位基本一致。滲漏入水點(diǎn)和出水點(diǎn)在壩體內(nèi)相對(duì)位置斷面圖見(jiàn)圖5和圖6。針對(duì)以上檢查成果,初步判定上游壩面壩右0+86.1、高程為74.6 m漏水孔與88 m廊道到60 m廊道BL3-30 排水孔內(nèi)漏水點(diǎn)存在一個(gè)連通的滲漏通道。

4 結(jié)論

甘再水電站上游壩面裂縫及滲漏ROV水下檢查采用ROV水下攝像檢查和鉆孔全景圖像檢查方法,范圍和內(nèi)容包括右岸6#、7#壩段上游壩面的層間縫、誘導(dǎo)縫、結(jié)構(gòu)縫在內(nèi)的混凝土裂縫的位置、長(zhǎng)度、寬度、走向、滲漏等情況,以及88.00 m廊道至60.00 m廊道壩體排水孔BL3-30 孔內(nèi)裂縫和滲水情況。分析檢查數(shù)據(jù)可知：（1）檢查區(qū)域上游壩面未見(jiàn)明顯的裂縫,層間縫、誘導(dǎo)縫、結(jié)構(gòu)縫未見(jiàn)張開(kāi)現(xiàn)象,未見(jiàn)示蹤劑和附著物隨水入縫的現(xiàn)象。（2）88 m廊道到60 m廊道BL3-30排水孔孔內(nèi)存在一處滲漏出水點(diǎn),出水點(diǎn)壩軸線樁號(hào)為壩右0+87.5、高程74.6 m；壩前發(fā)現(xiàn)一個(gè)滲漏孔,滲漏孔位于壩軸線樁號(hào)壩右0+86.1、高程為74.6 m處。判定上游壩面壩右0+86.1,高程為74.6 m漏水孔與88 m廊道到60 m廊道BL3-30 排水孔內(nèi)漏水點(diǎn)存在一個(gè)連通的滲漏通道。初步判定出口和入口內(nèi)存在一個(gè)連通的滲漏通道。前期監(jiān)測(cè)資料顯示該滲漏通道的滲漏量隨著時(shí)間的推移在不斷變大,建議及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。

水下機(jī)器人可代替人在危險(xiǎn)復(fù)雜的水域環(huán)境下工作,既保障了安全,又提高工作效率。在水利水電領(lǐng)域,本文的技術(shù)成功應(yīng)用說(shuō)明了水下機(jī)器人是可以在水庫(kù)大壩或其他水下構(gòu)筑的全覆蓋水下詳細(xì)檢查中應(yīng)用的,可以發(fā)現(xiàn)缺陷并通過(guò)示蹤裝置噴墨判斷該部位是否存在滲漏,再利用二維圖像聲吶進(jìn)行準(zhǔn)確定位。