2007 年,北京市有關(guān)部門專門編制了《北京市南水北調(diào)配套工程總體規(guī)劃》,提出了“兩大動(dòng)脈、六大水廠、兩個(gè)樞紐、一條環(huán)路和三大應(yīng)急水源地”的供水格局。東干渠工程是北京市南水北調(diào)配套工程“一條環(huán)路”中線路最長(zhǎng),投資最大的項(xiàng)目。其輸水隧洞工程沿五環(huán)路,北起北五環(huán)上清橋,南至亦莊經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),全長(zhǎng) 44.7 公里,最大過水流量為 26 立方米每秒,直接或間接供水的水廠規(guī)模約占北京市南水北調(diào)工程供水水廠總規(guī)模的 50%。
東干渠工程的實(shí)施對(duì)實(shí)現(xiàn)北京市多水源聯(lián)合調(diào)度,保證北京市中心城和新城主要水廠具備雙水源條件,保障首都的供水安全及可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。
北京南水北調(diào)配套工程總體規(guī)劃圖
東干渠輸水隧洞十廠分水口至通州分水口段現(xiàn)有3處地表滲水點(diǎn),博雅工道根據(jù)南水北調(diào)環(huán)線管理處要求,在輸水隧洞排空前針對(duì)部分地表滲水點(diǎn)段開展機(jī)器人檢測(cè)工作,重點(diǎn)檢測(cè)了隧洞伸縮縫及滲漏點(diǎn)。此次檢測(cè)的目的主要為人工進(jìn)洞檢測(cè)相互印證,積累不停水隧洞滲漏檢測(cè)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),驗(yàn)證新技術(shù)的可行性。
南水北調(diào)配套工程亦莊調(diào)節(jié)池
地下管網(wǎng)的常見的檢測(cè)難點(diǎn)是管道過于狹窄,而東干渠作為輸水隧洞檢測(cè)難點(diǎn)問題不在空間小,而是空間太大。行業(yè)規(guī)定超過800mm孔徑的管道可以下人檢測(cè),東干渠管內(nèi)孔徑達(dá)到了4.6m(4600mm)。這種孔徑大且路徑長(zhǎng)的輸水隧洞,要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模全面檢測(cè),常規(guī)的人工檢測(cè)方法需要在排空隧洞后進(jìn)行多人多輪次的作業(yè)。除此之外,根據(jù)數(shù)據(jù)整理分析的結(jié)果,還要針對(duì)關(guān)鍵位置進(jìn)行二次的專項(xiàng)檢測(cè)。
傳統(tǒng)檢測(cè)方式為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),檢測(cè)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)且較難預(yù)估。排空檢測(cè)在一定程度上會(huì)影響輸水隧洞的日常使用,因此如何在有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)大口徑輸水隧洞管道實(shí)現(xiàn)全覆蓋檢測(cè),是檢測(cè)任務(wù)的一大難點(diǎn),也是這類輸水隧洞檢測(cè)的關(guān)鍵所在。
北京南水北調(diào)配套工程總體規(guī)劃圖
創(chuàng)新性檢測(cè)技術(shù)
水下機(jī)器人技術(shù)在大口徑地下輸水隧洞檢測(cè)中的集成應(yīng)用與示范
2022 年 9 月-10 月,我單位在南水北調(diào)東干渠亦莊分水口不同管段進(jìn)行了多次檢測(cè)。創(chuàng)新性地使用最新的水下機(jī)器人技術(shù),在管道不排空的情況下實(shí)施帶水檢測(cè)。
此次檢測(cè)內(nèi)容包括水下機(jī)器人光學(xué)檢測(cè)、聲學(xué)檢測(cè)、激光測(cè)量及滲漏試驗(yàn)。檢測(cè)人員根據(jù)地表滲水點(diǎn)的位置,在臨近的排氣閥井布放 R1-20Pro 水下機(jī)器人。在排氣閥井上下游各 300 米范圍管段,使用水下高清攝像頭、前視多波束聲吶和管道聲吶進(jìn)行全覆蓋掃描。
檢測(cè)使用的 R1-20Pro 水下機(jī)器人搭載水下高清攝像頭、前視多波束聲吶、管道聲吶、激光測(cè)量尺和噴墨示蹤裝置,共檢測(cè)了約 685 條環(huán)縫,總距離約為 10 公里。
在排氣閥井進(jìn)行布放的現(xiàn)場(chǎng)
博雅工道水下觀測(cè)系列產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì),可搭載聲吶、機(jī)械臂、激光測(cè)量尺、噴墨示蹤裝置等多種配件,能夠完成水下設(shè)施、建筑物的檢查、維修、維護(hù)和拆除的工作。通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù),在復(fù)雜水域可以保持穩(wěn)定工作,矢量分布的水平推進(jìn)器使得水下動(dòng)作更加靈活可控。
檢測(cè)方法除了傳統(tǒng)的駐足檢測(cè),還創(chuàng)新性地結(jié)合多種方式,對(duì)重點(diǎn)關(guān)注部位和異常區(qū)域使用搭載的激光測(cè)量尺、噴墨示蹤裝置和滲漏檢測(cè)儀器進(jìn)行重點(diǎn)滲漏試驗(yàn),并做好對(duì)應(yīng)標(biāo)記進(jìn)行進(jìn)一步滲漏檢測(cè)和激光尺掃描。同時(shí)對(duì)低洼管段的隧洞洞底淤積檢測(cè)及隧洞洞身裂縫檢測(cè)。
駐足檢測(cè)、激光尺檢測(cè)、噴墨示蹤滲漏試驗(yàn)
最終檢測(cè)結(jié)果與人工排查檢測(cè)結(jié)果相對(duì)比,缺陷類型全面,結(jié)果準(zhǔn)確。根據(jù)聲吶探測(cè)結(jié)果繪制出的管道的淤積深度分布更為后續(xù)研究隧洞淤積機(jī)理提供了精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。
管道聲吶圖像
此次帶水狀態(tài)檢測(cè),證明了水下機(jī)器人在前期運(yùn)維階段非排空狀態(tài)檢測(cè)的重要意義,能夠?yàn)樯a(chǎn)運(yùn)維提供可靠的數(shù)據(jù)和視頻依據(jù),為后期排空作業(yè)、預(yù)警排期、運(yùn)維計(jì)劃有著重要的參考價(jià)值。水下機(jī)器人能夠?qū)艿赖幕窘】禒顟B(tài)進(jìn)行評(píng)估,極大的節(jié)省了排空成本,降低了人員運(yùn)維難度。