ROV 在沿海核电站取排水管廊检查中的应用

李智强 郭 强

（1.中核核电运行管理有限公司，嘉兴 314300；2.上海交大海洋水下工程科学研究院有限公司，上海 200231）

在沿海核电站基础设施中，取排水管道是重要的设施之一，其运行状况直接关系电站能否正常运行。取排水管道长期在海底运行，需要进行定期检测。但是，在检测中存在很多难点问题。首先，首尾高差较大，检查设备需具备上下坡能力。其次，设备拖缆的阻力大，而且容易被剐蹭损坏。再次，检查窗口期不固定。最后，管廊中存在障碍物，会对检查作业带来不利影响。管廊的检查一般较困难，目前海底管廊主要检查方法包括排空检查和潜水员检查。这两种方法存在较大缺陷，很多工况下都无法开展，导致多数沿海核电站海底管廊建成后数十年连续运行，未进行内部检测。

国内外已有采用无人遥控潜水器（Remotely Operated Vehicle，ROV）检测水下长隧洞的研究和工程应用。1995 年，美国Raystown 水电站采用ROV开展了水下引水隧洞检测，长度为283 m。王文辉[1]、王继敏[2]、刘福[3]等从工程应用方面开展了ROV 检测电站大型引水隧洞的研究，并提出适用的设备、工艺流程及成果分析方法。刘振方[4]、孙长保[5]等研究了ROV 海底管道检测方法，表明ROV 可以检测海底管道内外部。武彬等研究了长隧洞检测的影像和声呐数据处理方法，并提出缺陷判别方法[6]。但是，以往研究应用成果主要集中在大型水利水电工程，采用的设备主要是中型以上的大功率ROV，仅适用于场地开阔、结构简单的大直径隧洞。

小型大功率ROV 的出现为海底长距离取排水管廊的检测提供了一种安全、高效、可行的解决方案。这种ROV 与其他设备的区别主要是功效比高和零浮力电缆。较大的功效比可以保证同等体积和质量情况下能够适应更狭窄的空间，产生更大的推力，航行更远的距离。零浮力电缆可以最大限度减少电缆与洞壁之间的摩擦力，降低阻力，而且可以大幅度降低被缠绕的可能性。

因此，采用具备复杂管道环境中避障、高清摄像和浑水观测的小型ROV 开展检测，能够解决沿海核电站海底管廊结构中的检测问题。

1 系统组成和检测过程

ROV 的主要组成结构包括水面控制系统、脐带电缆、本体和搭载设备4 部分。其中：水面控制系统一般位于船上或岸上；脐带电缆用于连接水下本体和控制系统，实现供电和信号传输；搭载设备安装在水下本体上并随本体同步运动，按照控制指令执行各种动作。工作人员通过大屏幕观察水下环境，从而获取的各类信息。为了安全、高效地下放和回收体形较大的ROV，在船体上还需要装有吊放系统，其主要由A 型吊和绞车组成。

检测作业中，需要根据检测要求、进洞条件、断面尺寸、长度、水流和水质等因素综合分析选择合适的ROV 设备。海底隧洞检测的一般流程如下。首先，吊放ROV 入洞并进行结构检测和信息采集，采集信息一般包括地形、结构和缺陷特征等。其次，操纵ROV航行至检测部位，并操作声呐、影像设备采集信息。最后，分析和处理采集到的数据，识别隧洞内部的结构缺陷和损伤情况，并评价结构的稳定性和安全性[7]。

2 工程应用

2.1 工程概况

秦山核电站一厂排水管廊上方的地面，在涨潮时海水透过地基涌出地面，造成地面积水。该厂组织对积水进行成分化验，确定为海水倒灌。经过初步判断，可能原因是排水箱涵结构止水系统局部失效，海水渗漏进入地基并涌出地面。

排水箱涵位于上游虹吸井和下游连接井之间，全长约160 m，共包括8 个双孔箱涵（其中1 个为弧形结构）和9 条结构缝，平均坡度为4%。管廊横截面尺寸，如图1 所示。该管廊为双孔结构，横截面长为7.35 m，高为3.9 m，壁厚为45 cm，为现浇C20 结构混凝土，坐落在基岩上。

图1 管廊横截面尺寸图（单位：m）

2.2 检测方法

为了探明箱涵漏水原因，采用ROV 对接缝进行检测。上游虹吸井因特殊原因无法打开，下游连接井无入口。连接井下游为通向排水口的圆形混凝土管廊，全长129 m。排水口有与混凝土管廊相通的垂直检修孔，可供人员、设备上下吊运。因此，从排水口将ROV 吊放入井，然后向上游航行，穿过圆形管道和连接井后进入方形排水箱涵，逐个检查接缝，确认漏水情况，如图2 所示。

图2 管廊结构图

项目中采用了能效比较高的小型ROV，搭载了Blueview M900 图像声呐，用于隧洞内导航、避障和结构外形检测，接缝检测采用水下高清相机。其主要技术参数如表1 所示。

表1 ROV 主要技术参数统计表

2.3 检测中的问题及对策

按照检测流程对排水箱涵接缝处进行渗漏检测，检测中遇到的问题和应对措施如表2 所示。

表2 ROV 水下隧洞检测中的问题及应对措施

2.4 检测结果分析

采用ROV 搭载声呐和高清相机的方法检查了A、B 两条排水隧洞的接缝，通过分析接缝位置的水流特征，确认了渗漏部位和渗漏程度。根据接缝渗漏引起的水流变化特征，可以将接缝分为4 类，如表3 所示。

表3 渗漏等级分类表

通过气泡和水流判断接缝处存在渗漏，潮汐涨落造成空气进入地基内部，并以气泡的形式附着在土体表面。在海水水位降低时，地下水夹杂气泡从渗漏通道进入管道内。通过检测和分析所有接缝，得到渗漏情况统计结果，如表4 所示。

表4 排水管道接缝检测结果统计表

3 结语

通过深入研究ROV 在沿海核电站排水管廊检查中的应用及关键技术，为海底管廊检查提供一种高效可行的方法，同时为ROV 在其他类似领域的应用提供了借鉴与启示。小型ROV 适用于沿海核电站海底取排水管廊的检测，可以在空间狭小、结构复杂的工况下进入管道内部进行检查。根据核电站海底长隧洞检测的不同工况和需求，ROV 可以搭载声呐、相机等不同的设备进行解决。

该方法也存在一定不足，需要后续改进设备和工艺予以解决。一方面，目前ROV 的灵活性、感知能力与人工方法相比，整体上仍存在一定差距。另一方面，ROV 在长隧洞中被严重卡阻后很难自行脱困，从而搁置洞中，严重影响核电站的正常运行。