水下機器人在水庫大壩滲漏檢測中的應用

劉 福，馬保東，馬 祥，陳 靜，董芮佺，李長雁

（1.國網新源控股有限公司,北京 100761；2.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司,湖北 黃岡 438600；3.中國船舶重工集團公司七五〇試驗場,云南 昆明 650033；4.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司,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,甘再水電站項目包括PH1 電站、PH2 電站和壩后PH3 電站。電站具有發電、灌溉、供水、旅游等多項功能,樞紐工程由碾壓混凝土大壩、反調節堰、引水隧洞及三個發電廠房等水工建筑物組成。水電站最大壩高112.00 m,庫容7.173億m3,發電系統由壩后PH3 廠房、PH1 引水發電系統和反調節堰PH2發電廠房組成,總裝機容量19.32 萬kW。主體工程于2007年9月18日動工,2008年11月18日,大壩截流成功,2009年10月20日首臺機組發電,2011年11月1日工程竣工。

甘再水電站在安全生產年中大檢查時,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,發現排水管滲漏水量對比以往偏大,根據現場巡視檢查及記錄情況,該排水孔滲漏伴隨絮狀淤泥及細顆粒骨料,隨即安排運行部監測人員對該排水孔實施人工監測,掌握其滲漏情況。

對大壩進行水下檢查的方法主要有潛水員水下探摸觀察和水下機器人檢查兩種。水下機器人檢查相對于潛水員水下探摸觀察的優勢在于更安全、方便、快捷、高效,其能夠搭載配備光學高清攝像、聲吶、機械手等設備適應并完成眾多環境條件下的檢查?，F在水下機器人檢查技術方法正在逐步運用到更多水利水電工程領域［1-5］。因此,本文以甘再水電站為研究對象,對水下機器人在水庫大壩進行檢測的實際做法和經驗進行分析及總結。

2 檢查方法

水下無人潛器（Remotely Operated Vehicle,簡稱ROV）,也叫水下機器人,是能夠在水下環境中長時間作業的高科技裝備,尤其是在潛水員無法承擔的高強度水下作業、潛水員不能到達的深度和危險條件下更顯現出其明顯的優勢。ROV作為水下作業平臺,由于采用了可重組的開放式框架結構、數字傳輸的計算機控制方式、電力或液壓動力的驅動形式,在其驅動功率和有效載荷允許的情況,幾乎可以覆蓋全部水下作業任務,針對不同的水下使命任務,在ROV上配置不同的儀器設備、作業工具和取樣設備,即可準確、高效地完成各種調查、水下干預作業、勘探、觀測與取樣等作業任務。

本工程主要用水下遙控潛器（ROV）攜帶高清攝像頭、水深計、紅色示蹤劑等進行水下視頻、圖像檢查,通過分析視頻、圖像資料達到上述目的。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 孔內裂縫和滲水情況。上游壩面重點檢查右岸6#、7#壩段,見圖1中斜線范圍,視檢查成果,決定是否擴大檢查工作面。

圖1 檢查重點區域示意圖

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現一個滲漏孔,見圖2,滲漏孔位于壩軸線樁號壩右0+86.1,高程為74.6 m處,孔口吸附了大量的樹枝、樹葉等雜物；操作ROV擾動孔口表面附著物時明顯見到附著物被吸入孔內,見圖3,表面附著物隨水流入孔；ROV搭載鋼卷尺對孔口進行測量,見圖4,孔口直徑約15 cm。在該滲漏點附近范圍內進行詳細排查,未見其他滲漏點。

圖2 漏水孔ROV水下攝像圖

圖3 孔口附著物被吸入孔內瞬間照片

圖4 孔口直徑水下量測

3.2 滲漏通道推斷

大壩88m廊道到60m廊道BL3-30排水孔漏水,樁號為壩右0+87.5,高程為74.6 m且周圍排水孔未見漏水；壩前漏水孔位于壩軸線樁號壩右0+86.1,高程為74.6 m且周圍未見其他滲漏點。鉆孔成像顯示BL3-30 孔內漏水點在孔內位于左岸側,而壩前漏水點相對孔內出水點壩軸線樁號往左岸偏移了1.4 m,同孔內出水點在孔內的方位基本一致。滲漏入水點和出水點在壩體內相對位置斷面圖見圖5和圖6。針對以上檢查成果,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 排水孔內漏水點存在一個連通的滲漏通道。

4 結論

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,范圍和內容包括右岸6#、7#壩段上游壩面的層間縫、誘導縫、結構縫在內的混凝土裂縫的位置、長度、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 孔內裂縫和滲水情況。分析檢查數據可知：（1）檢查區域上游壩面未見明顯的裂縫,層間縫、誘導縫、結構縫未見張開現象,未見示蹤劑和附著物隨水入縫的現象。（2）88 m廊道到60 m廊道BL3-30排水孔孔內存在一處滲漏出水點,出水點壩軸線樁號為壩右0+87.5、高程74.6 m；壩前發現一個滲漏孔,滲漏孔位于壩軸線樁號壩右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 排水孔內漏水點存在一個連通的滲漏通道。初步判定出口和入口內存在一個連通的滲漏通道。前期監測資料顯示該滲漏通道的滲漏量隨著時間的推移在不斷變大,建議及時進行修復。

水下機器人可代替人在危險復雜的水域環境下工作,既保障了安全,又提高工作效率。在水利水電領域,本文的技術成功應用說明了水下機器人是可以在水庫大壩或其他水下構筑的全覆蓋水下詳細檢查中應用的,可以發現缺陷并通過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行準確定位。