管道機(jī)器人在山前水庫涵洞檢測中的應(yīng)用

黃院生

(福建省水利管理中心，350001，福州)

水庫涵洞檢測是水庫管理的重要內(nèi)容之一,中小型水庫出險(xiǎn)多數(shù)是涵洞隱患沒有及時發(fā)現(xiàn)造成的,針對中小型水庫大部分涵洞存在著洞徑小、人員不易進(jìn)入檢測等難題,2012年福建省水利管理中心提出《水庫涵(隧)洞管道機(jī)器人檢測應(yīng)用研究》課題申請,得到福建省水利廳的支持,將其列入2013年科研補(bǔ)助項(xiàng)目。

一、工程概況

福建省東張水庫總庫容19 900萬m3，大壩為混凝土寬縫重力壩,山前水庫是東張水庫人飲供水的中轉(zhuǎn)水庫，在東張水庫高干渠道樁號53+435處設(shè)置閘門，將渠水引入水庫，解決福清市龍?zhí)?、三山?鎮(zhèn)居民生活用水。

山前水庫樞紐工程由主壩、副壩、輸水涵洞、供水管道等組成。大壩為均質(zhì)土壩，主副壩頂高程21.50 m，輸水涵洞位于主壩樁號0+121處，進(jìn)口底高程11.30 m,進(jìn)水口管徑為500 mm,涵洞為漿砌石結(jié)構(gòu)，矩形斷面,寬0.8 m，高1.70 m，底坡 1/300,正常水位時流量1.847 m3/s。主壩右側(cè)設(shè)有供水管道,供水管道取水口高程為15 m，出口高程為11 m。

2012年，山前水庫大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)和滲流安全經(jīng)鑒定評價為C級，三類壩。

二、涵洞檢測

考慮當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,決定通過管道機(jī)器人的成像功能獲取水庫涵洞的相關(guān)圖像，從而判斷水庫涵洞的狀況及存在問題、缺陷。

1.管道機(jī)器人的特點(diǎn)

管道檢測機(jī)器人主要由主控制器、爬行器、線纜盤等組成，機(jī)器人爬行器搭載的旋轉(zhuǎn)鏡頭受控于主操作命令，實(shí)現(xiàn)鏡頭的水平、垂直、旋轉(zhuǎn)、調(diào)焦變倍以及前后視切換等動作，檢測過程中主控制器可實(shí)時顯示、錄制鏡頭傳回的高清畫面以及爬行狀態(tài)信息，達(dá)到全方位探測輸水涵洞的目的。

使用機(jī)器人對涵洞進(jìn)行快速視頻探測，結(jié)合管道檢測軟件對檢測視頻進(jìn)行判讀，生成專業(yè)的檢測報(bào)告和直觀的涵洞內(nèi)壁圖像等，以便進(jìn)行更精細(xì)、可量化的分析。

2.檢測工序

①安裝：將機(jī)器人及手持采集器、汽油發(fā)電機(jī)、附屬材料等檢測設(shè)備和材料運(yùn)到水庫現(xiàn)場,取出爬行器和鏡頭，通過快接接頭將鏡頭固定在爬行器上，檢測所用的輪子視涵洞水位及洞底平整度情況,選用直徑為26.67 cm(8寸)的輪子。利用控制電纜將爬行器和鏡頭、主控制器連接起來，連接主控制器電纜到發(fā)電機(jī)插口。

②發(fā)電調(diào)試：山前水庫輸水涵洞附近沒有可供機(jī)器人使用的電源,采用汽油發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，待其運(yùn)行平穩(wěn)后打開開關(guān)向主控制器送電。在地面通過主控制器對機(jī)器人發(fā)送指令，檢查爬行器的抬升架起落情況，檢查爬行器前進(jìn)后退、燈光、鏡頭的水平左右旋轉(zhuǎn)、調(diào)焦控制等動作，以檢查設(shè)備是否處于良好狀態(tài)。同時將所要檢測的涵洞的基本信息輸入主控制器保存。

③檢測：將攜帶鏡頭的爬行器放置在水庫涵洞出口底板，打開爬行器上的前照燈，通過人工操作主控制器的控制鍵，爬行器帶著電纜實(shí)現(xiàn)向前爬行，并通過主控制器上的屏幕跟蹤查看鏡頭傳來的涵洞洞體畫面和爬行器爬行狀態(tài)，同時實(shí)時錄制爬行器的爬行距離、坡度以及鏡頭傳回的涵洞洞內(nèi)畫面等信息。根據(jù)傳回的畫面，如遇到需要重點(diǎn)查看的位置,如漏水、障礙物等，可通過主控制器來控制鏡頭的上下左右旋轉(zhuǎn)以及爬行器的進(jìn)退變換，并通過調(diào)焦放大所需要觀察位置的畫面，以便清晰地觀察。

④返回：當(dāng)檢測結(jié)束時，通過主控制器操作讓爬行器后退，熄滅前燈，打開后視燈，通過主控制器的屏幕查看后退情形，適時控制左右方向，以便爬行器順利退出涵洞。同時，適時地回收電纜線于電纜盤內(nèi)。

⑤設(shè)備歸位：當(dāng)完成所有檢測工作后，設(shè)備退回涵洞口，按設(shè)備安裝的程序反向操作，拆卸爬行器、鏡頭、電纜等，將爬行器、鏡頭擦干，歸位入箱裝好。

⑥內(nèi)業(yè)整理：取出主控制器的記錄盤，導(dǎo)入電腦進(jìn)行軟件、人工判讀等內(nèi)業(yè)整理。

3.檢測成果

在取得現(xiàn)場檢測的采集視頻資料后，通過管道檢測軟件對檢測視頻進(jìn)行判讀并作出量化分析，得出山前水庫涵洞存在缺陷統(tǒng)計(jì)，見表1。

三、檢測報(bào)告

1.涵洞狀況

經(jīng)對山前水庫涵洞存在缺陷統(tǒng)計(jì)表進(jìn)行分析判斷,涵洞存在的主要問題如下：

表1 山前水庫涵洞存在缺陷統(tǒng)計(jì)表

①距涵洞出口18.85 m處,在涵洞右側(cè)(面向下游,右邊為右側(cè)，下同)有石塊等障礙物。

②距涵洞出口22.8～23.86 m處,在涵洞頂砌石有漏水，滲漏面積約0.8 m2。

③距涵洞出口27.11 m處,在涵洞頂有滲漏,滲漏面積約0.8 m2。

④距涵洞出口30.32～31.82 m處,在涵洞左右兩側(cè)有沉積物。

⑤其他輕微滲漏點(diǎn)、沉積物、障礙物有12處,詳見表1。

2.檢測意見

①通過管道機(jī)器人對山前水庫涵洞的現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)存在的主要問題有3處大的漏水點(diǎn)，1處障礙物，5處沉積物，建議清除障礙物，對漏水點(diǎn)采用環(huán)氧沙漿封閉或灌水泥漿防滲。

②機(jī)器人檢測所采集的影像資料可作為水庫運(yùn)行管理的依據(jù),針對涵洞存在的問題，及時做好水庫加固和調(diào)度工作。

四、結(jié) 語

①由于第一次在水庫涵洞中采用管道機(jī)器人進(jìn)行檢測，為確認(rèn)檢測效果，本次選擇斷面尺寸較大的涵洞，經(jīng)人員進(jìn)入水庫涵洞進(jìn)行復(fù)核，檢測成果可用。

②應(yīng)用管道機(jī)器人替代人工進(jìn)行水庫涵洞檢測，獲得直觀的技術(shù)影像成果，可及時發(fā)現(xiàn)水庫涵洞存在的隱患，提出相應(yīng)的加固處理措施，為水庫安全運(yùn)行提供基礎(chǔ)資料。

③目前管道機(jī)器人主要用于市政供水管網(wǎng)、石油管道檢測,其攜帶的檢測軟件用于水庫涵洞分析還有許多不足,應(yīng)在工程實(shí)踐中予以完善或開發(fā)水庫涵洞檢測專用分析軟件。

④水庫涵洞與市政、石油等其他管道相比有其特點(diǎn)和復(fù)雜性,建議對管道機(jī)器人的爬行裝置進(jìn)一步改進(jìn),以提高機(jī)器人越障能力，更好地滿足水庫涵洞檢測需求。