ROV 在沿海核電站取排水管廊檢查中的應用

李智強 郭 強

（1.中核核電運行管理有限公司，嘉興 314300；2.上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司，上海 200231）

在沿海核電站基礎設施中，取排水管道是重要的設施之一，其運行狀況直接關系電站能否正常運行。取排水管道長期在海底運行，需要進行定期檢測。但是，在檢測中存在很多難點問題。首先，首尾高差較大，檢查設備需具備上下坡能力。其次，設備拖纜的阻力大，而且容易被剮蹭損壞。再次，檢查窗口期不固定。最后，管廊中存在障礙物，會對檢查作業帶來不利影響。管廊的檢查一般較困難，目前海底管廊主要檢查方法包括排空檢查和潛水員檢查。這兩種方法存在較大缺陷，很多工況下都無法開展，導致多數沿海核電站海底管廊建成后數十年連續運行，未進行內部檢測。

國內外已有采用無人遙控潛水器（Remotely Operated Vehicle，ROV）檢測水下長隧洞的研究和工程應用。1995 年，美國Raystown 水電站采用ROV開展了水下引水隧洞檢測，長度為283 m。王文輝[1]、王繼敏[2]、劉福[3]等從工程應用方面開展了ROV 檢測電站大型引水隧洞的研究，并提出適用的設備、工藝流程及成果分析方法。劉振方[4]、孫長保[5]等研究了ROV 海底管道檢測方法，表明ROV 可以檢測海底管道內外部。武彬等研究了長隧洞檢測的影像和聲吶數據處理方法，并提出缺陷判別方法[6]。但是，以往研究應用成果主要集中在大型水利水電工程，采用的設備主要是中型以上的大功率ROV，僅適用于場地開闊、結構簡單的大直徑隧洞。

小型大功率ROV 的出現為海底長距離取排水管廊的檢測提供了一種安全、高效、可行的解決方案。這種ROV 與其他設備的區別主要是功效比高和零浮力電纜。較大的功效比可以保證同等體積和質量情況下能夠適應更狹窄的空間，產生更大的推力，航行更遠的距離。零浮力電纜可以最大限度減少電纜與洞壁之間的摩擦力，降低阻力，而且可以大幅度降低被纏繞的可能性。

因此，采用具備復雜管道環境中避障、高清攝像和渾水觀測的小型ROV 開展檢測，能夠解決沿海核電站海底管廊結構中的檢測問題。

1 系統組成和檢測過程

ROV 的主要組成結構包括水面控制系統、臍帶電纜、本體和搭載設備4 部分。其中：水面控制系統一般位于船上或岸上；臍帶電纜用于連接水下本體和控制系統，實現供電和信號傳輸；搭載設備安裝在水下本體上并隨本體同步運動，按照控制指令執行各種動作。工作人員通過大屏幕觀察水下環境，從而獲取的各類信息。為了安全、高效地下放和回收體形較大的ROV，在船體上還需要裝有吊放系統，其主要由A 型吊和絞車組成。

檢測作業中，需要根據檢測要求、進洞條件、斷面尺寸、長度、水流和水質等因素綜合分析選擇合適的ROV 設備。海底隧洞檢測的一般流程如下。首先，吊放ROV 入洞并進行結構檢測和信息采集，采集信息一般包括地形、結構和缺陷特征等。其次，操縱ROV航行至檢測部位，并操作聲吶、影像設備采集信息。最后，分析和處理采集到的數據，識別隧洞內部的結構缺陷和損傷情況，并評價結構的穩定性和安全性[7]。

2 工程應用

2.1 工程概況

秦山核電站一廠排水管廊上方的地面，在漲潮時海水透過地基涌出地面，造成地面積水。該廠組織對積水進行成分化驗，確定為海水倒灌。經過初步判斷，可能原因是排水箱涵結構止水系統局部失效，海水滲漏進入地基并涌出地面。

排水箱涵位于上游虹吸井和下游連接井之間，全長約160 m，共包括8 個雙孔箱涵（其中1 個為弧形結構）和9 條結構縫，平均坡度為4%。管廊橫截面尺寸，如圖1 所示。該管廊為雙孔結構，橫截面長為7.35 m，高為3.9 m，壁厚為45 cm，為現澆C20 結構混凝土，坐落在基巖上。

圖1 管廊橫截面尺寸圖（單位：m）

2.2 檢測方法

為了探明箱涵漏水原因，采用ROV 對接縫進行檢測。上游虹吸井因特殊原因無法打開，下游連接井無入口。連接井下游為通向排水口的圓形混凝土管廊，全長129 m。排水口有與混凝土管廊相通的垂直檢修孔，可供人員、設備上下吊運。因此，從排水口將ROV 吊放入井，然后向上游航行，穿過圓形管道和連接井后進入方形排水箱涵，逐個檢查接縫，確認漏水情況，如圖2 所示。

圖2 管廊結構圖

項目中采用了能效比較高的小型ROV，搭載了Blueview M900 圖像聲吶，用于隧洞內導航、避障和結構外形檢測，接縫檢測采用水下高清相機。其主要技術參數如表1 所示。

表1 ROV 主要技術參數統計表

2.3 檢測中的問題及對策

按照檢測流程對排水箱涵接縫處進行滲漏檢測，檢測中遇到的問題和應對措施如表2 所示。

表2 ROV 水下隧洞檢測中的問題及應對措施

2.4 檢測結果分析

采用ROV 搭載聲吶和高清相機的方法檢查了A、B 兩條排水隧洞的接縫，通過分析接縫位置的水流特征，確認了滲漏部位和滲漏程度。根據接縫滲漏引起的水流變化特征，可以將接縫分為4 類，如表3 所示。

表3 滲漏等級分類表

通過氣泡和水流判斷接縫處存在滲漏，潮汐漲落造成空氣進入地基內部，并以氣泡的形式附著在土體表面。在海水水位降低時，地下水夾雜氣泡從滲漏通道進入管道內。通過檢測和分析所有接縫，得到滲漏情況統計結果，如表4 所示。

表4 排水管道接縫檢測結果統計表

3 結語

通過深入研究ROV 在沿海核電站排水管廊檢查中的應用及關鍵技術，為海底管廊檢查提供一種高效可行的方法，同時為ROV 在其他類似領域的應用提供了借鑒與啟示。小型ROV 適用于沿海核電站海底取排水管廊的檢測，可以在空間狹小、結構復雜的工況下進入管道內部進行檢查。根據核電站海底長隧洞檢測的不同工況和需求，ROV 可以搭載聲吶、相機等不同的設備進行解決。

該方法也存在一定不足，需要后續改進設備和工藝予以解決。一方面，目前ROV 的靈活性、感知能力與人工方法相比，整體上仍存在一定差距。另一方面，ROV 在長隧洞中被嚴重卡阻后很難自行脫困，從而擱置洞中，嚴重影響核電站的正常運行。