水下檢測技術(shù)在巖塞爆破工程中的應(yīng)用研究

任 遠(yuǎn)，崔翼飛，汪小江

(1.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710065;2.華能瀾滄江水電股份有限公司里底水電廠，云南 維西 674606)

0 前 言

中國在20世紀(jì)70年代初期，為修建引調(diào)水工程開挖進(jìn)水洞，在水庫或湖(海)底部的臨水側(cè)，預(yù)留一定厚度的巖體，即為巖塞。巖塞具有擋水的作用，能保證背水側(cè)的隧洞采用干地法施工，待背水側(cè)的隧洞完建或擋水永久閘門竣工且不影響后面隧洞施工，一次性水下爆除巖塞形成進(jìn)水洞。巖塞爆破是爆破施工的一種特殊形式。巖塞爆破有洞室爆破、鉆孔爆破和組合爆破等3種常見的方法。其中洞室爆破法又分為集中藥室洞室爆破法和條形藥室洞室爆破法；而鉆孔爆破法又包括深孔和炮孔爆破法2種(孔徑D>75 mm且孔深h>4 m的稱為深孔，小于以上數(shù)值的稱為炮孔)；組合爆破就是基于上述方法相互結(jié)合爆破施工。組合爆破有的前部分用洞室爆破，后部分用鉆孔爆破，有的以洞室爆破為主，鉆孔爆破為輔。

目前，我國的巖塞爆破技術(shù)雖然在勘察設(shè)計、爆破計算、爆破試驗(yàn)、火工材料和施工等方面都取得了較大進(jìn)步，但依然存在進(jìn)水洞成型偏差和穩(wěn)定性等問題。本文針對某水庫排沙洞工程巖塞爆破后進(jìn)水洞水下檢查，研究水下檢測技術(shù)原理，并探索和實(shí)踐深水層有限空間內(nèi)水下檢查的有效方法，解決遇到的實(shí)際困難，為巖塞爆破工程后評價及進(jìn)水洞正常運(yùn)營維護(hù)提供水下信息。

1 工程概述

某水庫排沙洞工程“一洞兩用”，汛期泄洪排沙，非汛期引流發(fā)電。排沙洞工程由進(jìn)水洞、排沙洞和發(fā)電支洞3部分構(gòu)成。進(jìn)水洞位于水庫主河道左岸，巖塞位于水面以下約70 m，開口正對右岸支流的匯入口。巖塞的設(shè)計厚度為12.3 m，巖塞頂部為橢圓形，設(shè)計尺寸27.84×20.3 m(長軸×短軸)；巖塞底部為圓形，設(shè)計內(nèi)徑10 m，設(shè)計進(jìn)洞中軸線與水平面夾角45°。

進(jìn)水洞由巖塞體、鎖口、高邊墻、集碴坑、反坡段，平緩坡段和事故檢修閘門等水工建筑物組成。巖塞底部緊挨圓形鎖口，鎖口內(nèi)徑10 m，為鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)。鎖口緊連集碴坑，集碴坑頂部為反坡洞身，集碴坑前端是高邊墻，反坡段接平緩坡段，平緩坡段至事故檢修閘門結(jié)束。巖塞入口距事故檢修閘門121.29 m，集碴坑的長度56.4 m，底板高程1 637.00 m。進(jìn)水洞的縱向布置見圖1。

圖1 某排沙洞工程進(jìn)水洞的水工建筑物縱向布置

該進(jìn)水洞巖塞爆破施工采用組合法，巖塞頂部采用鉆孔爆破預(yù)裂，底部采用洞室爆破。鉆孔采用高精度三維鉆孔跡線定位，藥室采用陀螺式分布，爆破施工次序?yàn)楦采w層擾動、巖塞預(yù)裂成型、爆除巖塞、覆蓋層再次擾動和沖水下泄[1]。巖塞爆通后排沙洞和發(fā)電洞已正常運(yùn)營6 a，已取得了顯著的社會和工程效益，但鑒于深水層有限空間水下檢查的困難，對巖爆工程及進(jìn)水洞竣工后評價一直久拖未決。排沙洞和發(fā)電支洞可以關(guān)閉事故檢修閘門，排空檢查；而進(jìn)水洞未修建事故檢修閘門，無法排空檢查。修建圍堰或抽干水庫檢查，造價極高，不可行;潛水員下潛洞內(nèi)檢查，安全性差。

經(jīng)過多年的海洋自然資源開發(fā)利用，推進(jìn)了水下檢測技術(shù)迅速提升[2]。多波束測深系統(tǒng)掃描和水下機(jī)器人探查等檢測技術(shù)日臻完善，為解決巖塞爆破后進(jìn)水洞水下檢測提供了思路。

2 存在的主要問題

巖爆后水下檢測進(jìn)水洞存在問題如下：

(1) 高速高壓過流。巖爆后洞內(nèi)水流一直是高速高壓過流，無法作業(yè)。

(2) 能見度低。深水層洞內(nèi)光線本身弱，含泥沙的渾流能見度更低。

(3) 風(fēng)險較高。水深約70 m，超過潛水員安全下潛60 m的允許值。

(4) 定位困難。封閉洞室空間無法衛(wèi)星定位或常規(guī)儀器定位，鋼筋混凝土襯的洞壁形成特有的地場，干擾指南針或陀螺儀定向。定位僅能岸上依靠監(jiān)控圖像、圖紙或纜繩，粗略判斷。

(5) 潛行困難。封閉洞室空間有限，水下洞室工況復(fù)雜，洞壁障礙物、水中雜物和洞底淤積物等不明物體，易阻礙潛水員或潛航器潛行。

3 水下檢測技術(shù)原理

潛水員水下檢查是潛水員攜帶量具或攝影機(jī)靠近待檢目標(biāo)直接勘察作業(yè)，并配合陸上工程技術(shù)人員通過攝像監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控[3]。其原理是水下抵近直接目視檢查。

多波束測深系統(tǒng)是現(xiàn)代信號處理技術(shù)、高分辨顯示技術(shù)、高精度導(dǎo)航定位和3D成像等多傳感器的集成，有波束換能器陣、RTK衛(wèi)星定位、姿態(tài)傳感器和數(shù)據(jù)采集處理等4部分組成，多波束測深系統(tǒng)掃描又被稱為“水下CT”技術(shù)[4]。

多波束工作原理見圖2。換能器陣列向目標(biāo)區(qū)域發(fā)射一個垂直于航跡的扇形波束，接收換能器陣列接收目標(biāo)區(qū)域回波信號，沿著與航跡垂直的方向形成幾十個或幾百個窄波束，獲得距離和相位差等關(guān)鍵參數(shù)，經(jīng)過數(shù)字信號處理，獲取水下結(jié)構(gòu)的空間坐標(biāo)和圖像信息，并實(shí)時3D成像。

圖2 多波束工作原理

水下機(jī)器人檢查是操作手在地面遙控潛水器完成水下探查任務(wù)。其原理是遙控潛行器間接水下檢查。水下機(jī)器人分為有纜遙控潛水器(ROV)、無纜潛水器(AUV)和復(fù)合型潛水器(ARV)。ROV技術(shù)應(yīng)用成熟，應(yīng)用較廣；AUV受限于水下長期供電、定位、通訊和載荷等技術(shù)尚未發(fā)展成熟，應(yīng)用范圍較窄[5]。

4 檢測方法比較

潛水員水下檢查優(yōu)點(diǎn)是檢測成果直接可靠，可清淤后進(jìn)行局部精細(xì)檢查；缺點(diǎn)是在水體能見度低或深水急流時無法作業(yè)。即便是控制水流，水體能見度高，但深水層洞室潛水員作業(yè)，作業(yè)范圍受限，檢測效率低。何況洞室水深已達(dá)70 m，超過潛水員60 m的安全作業(yè)深度，采用潛水員水下檢查的方法不適合。

ROV水下檢查優(yōu)勢是可根據(jù)預(yù)定航線進(jìn)行巡檢，能達(dá)到人工不方便到達(dá)的深度和肉眼難以企及的精度進(jìn)行檢查,并以先進(jìn)的圖像識別和圖像回傳技術(shù)實(shí)現(xiàn)水下穩(wěn)定地檢查分析[6]，ROV拍攝影像分辨率較高，無人身風(fēng)險；缺點(diǎn)是在急流或旋渦水體下無法作業(yè)，潛行易發(fā)生纜線纏繞，存在丟失設(shè)備的風(fēng)險。AUV水下檢查尚在未發(fā)展成熟階段，無纜水下定位和水通訊技術(shù)尚未突破瓶頸，進(jìn)水洞內(nèi)AUV水下檢查更不可行。

多波束水下檢查的優(yōu)點(diǎn)是掃測覆蓋面積大，作業(yè)高效，可實(shí)時三維成像檢查，適宜于衛(wèi)星信號覆蓋良好、大面積的水域測量。多波束采集高密度水下地形點(diǎn)云，構(gòu)建的點(diǎn)云圖形細(xì)膩、紋理表現(xiàn)豐富，能精細(xì)地反映水下的地形地貌[7]；缺點(diǎn)是受限于衛(wèi)星信號，僅能在衛(wèi)星信號覆蓋良好的區(qū)域作業(yè)。水下檢測常用的3種方法分析結(jié)果見表1。

表1 巖爆后進(jìn)水洞水下檢測擬采用的3種方法比較

綜合上述分析，潛水員下潛進(jìn)水洞水下檢查顯然不適宜，多波束測深系統(tǒng)掃描聯(lián)合ROV水下檢查進(jìn)水洞較為適宜。

5 水下聯(lián)合檢測技術(shù)的工程應(yīng)用

5.1 總體方案

進(jìn)水洞的水下檢查擬采用多波束測深系統(tǒng)掃描聯(lián)合ROV水下檢查的技術(shù)方案。多波束測深系統(tǒng)掃測巖塞開口及進(jìn)洞口附近河床，ROV水下探查整個進(jìn)水洞。在洞內(nèi)經(jīng)補(bǔ)光能見度清晰時，ROV直接錄制視頻或拍照檢查；洞內(nèi)經(jīng)補(bǔ)光能見度仍較弱時，ROV搭載近距離聲吶掃測洞壁。集碴坑淤積測量，設(shè)計使用ROV搭載深度計測量。

5.2 設(shè)備選型

5.2.1多波束測深系統(tǒng)選型

多波束測深系統(tǒng)的精度取決于其定位、聲吶、姿態(tài)校正和聲速校正等4個子系統(tǒng)的測量精度，系統(tǒng)選型參考的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：

RTK定位設(shè)備，水平位置精度應(yīng)滿足±10 mm，高程精度應(yīng)滿足±20 mm；測深分辨率，應(yīng)滿足±3 cm，最大測深量程應(yīng)達(dá)到150 m；姿態(tài)傳感器的航向和橫滾俯仰動態(tài)測量精度應(yīng)滿足0.1°，分辨率應(yīng)滿足0.01°，升沉橫擺總擺渡測量精度應(yīng)滿足±5 cm；聲速測量精度應(yīng)滿足±0.006 m/s，其分辨率應(yīng)滿足0.001 m/s。

5.2.2ROV水下機(jī)器人選型

ROV選型應(yīng)考慮便攜性、密封性、搭載能力、抗流能力、負(fù)載能力、燈光亮度、通訊方式、供電方式和輔助設(shè)備等[8]。其選型參考的主要技術(shù)參數(shù)如下耐壓深度應(yīng)滿足100 m，電纜長應(yīng)大于150 m，抗流應(yīng)滿足2 m/s，攝像頭分辨率應(yīng)至少達(dá)到1080P(200萬像素)；圖像聲吶儀的最大量程應(yīng)達(dá)到20 m，距離分辨率應(yīng)滿足±3 cm；360°避碰聲吶儀測程應(yīng)滿足15 cm～200 m，5 m范圍內(nèi)距離分辨率滿足±2 mm，5 m以上應(yīng)滿足±10 mm；慣導(dǎo)定位精度應(yīng)滿足測程的2‰；測深計測深精度應(yīng)滿足±10 cm。

5.3 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計

5.3.1多波束工作平臺搭建

船的穩(wěn)定性影響測深精度，大而重的鐵船穩(wěn)定性強(qiáng)，但對內(nèi)陸河道而言，大船不僅在轉(zhuǎn)彎調(diào)頭時靈活性差，而且在淺水域無法航行。橡皮艇靈活性強(qiáng)，適宜于淺水或深水域航行，但穩(wěn)定性稍弱。水庫河床需多波束測深系統(tǒng)多航線掃測，橡皮艇作業(yè)較方便。為增加橡皮艇的穩(wěn)定性，又方便多波束數(shù)據(jù)采集，設(shè)計加工了用于橡皮艇上的多波束測深系統(tǒng)工作平臺(見圖3和圖4)。

圖3 搭建的多波束測深系統(tǒng)工作平臺

圖4 多波束測深系統(tǒng)工作平臺結(jié)構(gòu)

工作平臺使用角鋼、槽鋼和木板等材料加工而成。其主體分為左舷框、右舷框、橫桿和木板4部分。左舷框位于橡皮艇左側(cè)，圖4中立面ABCD為左舷框的安裝位置，OP為槽鋼位置；右舷框位于橡皮艇右側(cè)，圖4中立面A1、B1、C1、D1為右舷框的安裝位置；橫桿連接橡皮艇兩側(cè)左右舷框，圖4中DD1、FG和EH為橫桿安裝的位置；木板位于主體框架的中部，圖4中平面EFGH為木板的安裝位置。

設(shè)計加工的該工作平臺方便拆卸或安裝，自重約35 kg。工作平臺能實(shí)現(xiàn)多波束換能器垂直安裝，保持RTK相位中心和換能器聲波發(fā)射中心在同一條鉛錘線上。搭建工作平臺時，換能器安裝在噪聲低且氣泡少的橡皮艇中部位置，光纖羅經(jīng)安置在能靈敏反映船和換能器姿態(tài)的工作平臺的中部位置。

5.3.2航線設(shè)計

航線設(shè)計目的是控制多波束測點(diǎn)的分布和密度。測點(diǎn)密度與航線間距、波束開角和水深等相關(guān)。航線間距小，重復(fù)掃測面積大，測點(diǎn)密。波束開角越小，測點(diǎn)越密，但掃測寬度窄。航線布設(shè)應(yīng)平行水流方向，主航線間距應(yīng)不大于0.8倍的掃測帶寬，重要航線間距應(yīng)不大于0.5倍掃測帶寬，檢查航線應(yīng)垂直于主航線布置[9]，對重要部位應(yīng)加密布置航線。主河道平均深度約40 m，河面寬約150 m，設(shè)計航間距20 m；支流平均深度約23 m，河面寬約130 m，設(shè)計航間距15 m。加密航線精掃巖塞開口，設(shè)計航線間距2 m。

5.3.3掃穿巖塞底部的設(shè)計

精掃巖塞開口，受洞口的限制，測量船位置或波束開角不佳，波束不可能掃穿巖塞底部。解決這一問題方法有3種:第一種方法是傾斜45°安裝多波束換能器，盡量保持換能器中心發(fā)射聲波線剛好與進(jìn)洞中線重合，大量波束穿越掃測巖塞底部;第二種方法是選用有側(cè)掃功能的多波束測深系統(tǒng)，傾斜發(fā)射波束，設(shè)置波束偏角(0°～60°可調(diào))，側(cè)掃巖塞底部;第三種方法是測量船航行于最佳位置，調(diào)整相應(yīng)的波束開角，掃穿巖塞底部。第一種方法需要加工多波束探頭傾斜支架，并需要對傾斜安裝的多波束測深系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)改正[10]，實(shí)施起來較為不便，建議使用第二種方法或第三種方法。圖5是掃穿巖塞底部測量船的位置分析剖面圖，圖中A、B、C、D為設(shè)計巖塞縱剖面的4個頂點(diǎn)，AB為設(shè)計巖塞底部圓直徑，CD為設(shè)計巖塞頂部橢圓的長軸。E、F、G、H、I和J等六點(diǎn)為水面線上多波束聲吶探頭的位置，A、D和E三點(diǎn)共線，B、C和J三點(diǎn)共線。其中EA∥FB，GA∥HB，IA∥JB，GA和HB，AG和BH都⊥CD。

圖5 掃穿巖塞底部測量船的位置分析剖面

圖5中共用AB邊形成的ABFE、ABHG和ABJI 3個梯形所在水域是精掃巖塞開口測量船應(yīng)在的最佳位置區(qū)。在這3個梯形水域內(nèi)，只要存在平行于相應(yīng)梯形上底或下底的發(fā)射聲波，波束就能掃穿巖塞底部。依據(jù)工作水位、水深和巖塞的設(shè)計參數(shù)，計算出EA、HB和JB 3條發(fā)射聲波所對應(yīng)的多波束開角分別為8.2°、90°、161.8°，又多波束的波束開角一般在0°～160°內(nèi)可調(diào)，因此，測量船行至最佳位置水域，分別可設(shè)置8.2°、90°和160°的波束開角掃測巖塞開口?；谏鲜龇治?，掃穿巖塞底部設(shè)計如下：

(1) RTK放樣洞口位置，航線間距2 m，航向垂直于水流方向掃測。

(2) RTK導(dǎo)航，測量船在最佳位置水域，分別設(shè)置8.2°、90°和160°波束開角，精掃巖塞開口?；蚬潭úㄊ_角8.2°，調(diào)整波束偏角至45°，傾斜側(cè)掃。

5.3.4ROV洞內(nèi)檢測設(shè)計

ROV洞內(nèi)檢查工況復(fù)雜，應(yīng)全面考慮各種不利因素，設(shè)計如下：

(1) 在枯水期發(fā)電支洞機(jī)組停機(jī)且靜水的狀態(tài)下，實(shí)施ROV洞內(nèi)檢查。

(2) ROV抽檢作業(yè)，沿斷面線錄制視頻。先沿進(jìn)水洞底板中軸線和兩側(cè)邊墻與底板的交接線錄視頻，再每間隔10 m錄制進(jìn)水洞橫斷面視頻。

(3) 對巖塞段、集碴坑和反坡前端等受巖爆影響大的部位詳細(xì)檢查。

(4) 洞內(nèi)定位，根據(jù)ROV纜線進(jìn)深和水下建筑物影像特征，并結(jié)合施工圖紙判斷粗略定位或ROV搭載抗干擾能力強(qiáng)的光纖羅經(jīng)定位。

(5) ROV搭載強(qiáng)光燈水下補(bǔ)光，并備用1臺可搭載的近距離聲吶。

(6) 為防ROV掛機(jī)風(fēng)險，設(shè)計備用2臺有機(jī)械手的救援ROV。

5.4 應(yīng) 用

按照上述設(shè)計方案，分兩階段實(shí)施巖爆后進(jìn)水洞的水下檢查。

2020年5月，第一階段先施測了水下檢測專用GPS控制網(wǎng)，后使用R2SONIC2024多波束測深系統(tǒng)(見圖6)，掃測了洞口附近河床，并精掃了巖塞開口。多波束掃測使用QINSy軟件，數(shù)據(jù)處理使用Caris10.1后處理軟件。聲速儀測量了代表水域的聲速，并觀測了工作水位。對多波束采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行了降噪、剔錯和改正等后處理。培訓(xùn)ROV操作，探查了洞口附近河床的淤積情況。

圖6 R2SONIC2024多波測深系統(tǒng)組成

2020年12月，第二階段使用潛鮫P200輕型ROV(見圖7)在發(fā)電機(jī)組停機(jī)且靜水的狀態(tài)下檢查了進(jìn)水洞。ROV沿斷面線錄制了洞內(nèi)視頻，并詳細(xì)檢查了巖塞開口、集碴坑和反坡前端。

6 檢測成果分析

從水下檢測成果精度、洞口河床穩(wěn)定性、巖塞開口、集碴坑淤積、襯砌段混凝土表觀質(zhì)量和工作效率等方面，分析設(shè)計的水下聯(lián)合檢測技術(shù)的應(yīng)用效果。

6.1 精度分析

6.1.1GPS控制網(wǎng)精度

GPS控制網(wǎng)的最弱基線邊的相對中誤差為1/205070，最弱點(diǎn)平面位置中誤差為±0.9 mm，GPS擬合高程精度為10.2 mm。GPS控制網(wǎng)平面位置精度滿足四等GPS平面控制網(wǎng)的精度要求，實(shí)地檢查GPS擬合高程，滿足五等高程。

6.1.2多波束測點(diǎn)精度

使用R2SONIC2024多波束測深系統(tǒng)的定位設(shè)備在3個已知控制點(diǎn)進(jìn)行了1 h靜態(tài)校測，最大平面位置較差8 mm，最大高程較差17 mm。對比統(tǒng)計分析單波束和多波束重合點(diǎn)的測深精度見表2。

表2 單波束和多波束重合點(diǎn)測深精度分析表

表2可看出深度越大測深偏差區(qū)間也越大，但在60 m深度以內(nèi)單波束與多波束較差均小于0.3 m。按 JTS 131—2012《水運(yùn)工程測量規(guī)范》規(guī)定測深偏差的允許值為 2 倍測深誤差[11],抽檢重合點(diǎn)的測深偏差均小于允許值,說明多波束測點(diǎn)精度可靠。

6.1.3多波束影像的分辨率

多波束測深的分辨率不是檢測目標(biāo)的多波束影像辨率，多波束的影像分辨率與船速、發(fā)射頻率、水深、波束開角和測點(diǎn)密度等相關(guān)[12]。多波束掃測前，在淺水區(qū)比較驗(yàn)證了多波束3D影像的分辨率。圖8、9是試驗(yàn)掃測的臺階和巖縫的3D影像，圖中可明顯看出臺階輪廓線和巖縫線。實(shí)際量測臺階和巖縫的寬度與3D影像量測的較差均在10 mm以內(nèi)，可見在淺水區(qū)多波束3D影像的分辨率能達(dá)毫米級。精掃的巖塞開口多波束影像(見圖10)，鎖口圓形輪廓線隱約可見，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)推測60 m深的多波束3D影像分辨率能達(dá)厘米級。

圖9 水下約6 m處巖石縫影像

圖10 洞口附近河床多波束3D影像

6.1.4ROV影像的分辨率及深度計測量的精度

潛鮫P200輕型ROV搭載數(shù)碼相機(jī)的像素為300萬，采取補(bǔ)光的措施ROV拍攝的洞壁影像施工縫隙清晰，深70 m ROV影像的分辨率能到達(dá)3 mm。對比繩探和ROV深度計測量事故檢修閘門底板深度的偏差為8.8 cm，小于10 cm允許值，可見深度計測深的精度可靠。

6.2 洞口河床的穩(wěn)定性

圖10是洞口附近河床的多波束3D影像，深藍(lán)位置為進(jìn)洞口，洞臉為70°巖質(zhì)陡坡，陡坡頂有一棄渣臺，輸沙槽特征地貌明顯。這種地貌特征的河床，易失穩(wěn)。汛期泄洪排沙，非汛期發(fā)電洞引流發(fā)電，水位和水流經(jīng)常變動。運(yùn)營發(fā)電期水位和流速相對穩(wěn)定，來流加裹沙石等淤積物能力低，一部分淤積物在洞口附近河床淤積，一部分被帶向洞內(nèi)。汛期開啟泄洪閘門，來流加裹大量泥沙等淤積物沖入輸沙槽，同時洞口河床的部分沉積物被再次激起一起帶向洞內(nèi)。如此反復(fù)，洞口附近河床始終處于一種動態(tài)的相對平衡。另外，洞頂棄渣臺本身穩(wěn)定性差，在洞口來流的激蕩沖刷下，部分失穩(wěn)的渣塊會時常滑落洞口。

6.3 巖塞開口情況

圖11是巖塞開口的多波束3D影像，洞口整體呈“喇叭”形，紅色虛框內(nèi)可見深藍(lán)色的圓是鎖口輪廓線，3D影像圖洞穴的最低點(diǎn)在高程1 661.56 m，小于設(shè)計巖塞底部中心點(diǎn)高程1 664.48 m，證實(shí)多波束已掃穿巖塞底部。3D影像圖量測鎖口內(nèi)徑約8.8 m，小于10 m的設(shè)計內(nèi)徑。量測巖塞頂部近似橢圓形的開口尺寸為24.5×21.7 m(長軸×短軸)，略小于27.84×20.3 m(長軸×短軸)的設(shè)計尺寸。

圖11 巖塞開口多波束3D影像

觀察巖塞開口的多波束影像，巖壁紋理褶皺不平，巖棱凸出且縫隙分明，鎖口交接部有凸起巖塊。觀察ROV錄制巖塞開口的視頻及水下照片，與多波束3D影像觀察的特征基本一致。

6.4 集碴坑淤積情況

深度計測量集碴坑淤積的平均高程1 651.90 m，小于集碴坑頂部1 653.70 m的設(shè)計高程，集碴坑尚未淤積滿。集碴坑平均淤積厚度約14.9 m，落水點(diǎn)最低高程為1 648.80 m。圖12是進(jìn)水洞底板中線縱斷面，紅色曲線是測量的進(jìn)水洞底板中線縱斷面，藍(lán)色曲線是設(shè)計進(jìn)水洞底板中線縱斷面。在混凝土襯砌段測量的縱斷面線與設(shè)計斷面線基本重合，在巖塞開口因巖爆的不確定性兩條斷面線不重合。

圖12 進(jìn)水洞底板中線縱斷面

6.5 襯砌段混凝土表觀質(zhì)量

觀察在混凝土襯砌段ROV錄制的視頻，在集碴坑高邊墻、反坡的前端及兩側(cè)邊墻混凝土表面破損明顯，多為裸露鋼筋及露骨料現(xiàn)象。距巖爆位置越近的襯砌混凝土表面破損程度越高，越遠(yuǎn)破壞程度越低。洞頂?shù)幕炷帘砻尜|(zhì)量，明顯好于底板和兩側(cè)墻。巖爆雖對襯砌混凝土表面有局部破壞，但不影響鋼筋混凝土襯混凝土層對洞壁的整體保護(hù)功能。圖13、14是ROV拍攝有質(zhì)量缺陷的照片。

圖13 集碴坑高邊墻混凝土露骨料

圖14 反坡段邊墻裸露鋼筋

6.6 工作效率

多波束測深系統(tǒng)掃測洞口河床及巖塞開口，用時1 d，完成測點(diǎn)約78萬。單波束測量洞口河床及巖塞開口，用時1 d，完成測點(diǎn)約0.2萬。對比可見多波束測深系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)高效。

ROV洞內(nèi)水下檢查，ROV定向設(shè)備失靈，依靠纜繩和監(jiān)控影像判斷粗略定位。洞內(nèi)水下能見度約為2 m范圍，ROV稍遠(yuǎn)離洞壁，四周一片水景，ROV下一步去向較難把握，需遙控反復(fù)探摸。沿縱斷面錄制視頻，雖然借助纜線輔助定位錄制順利，但沿橫斷面錄制視頻，易發(fā)生跑偏和掛機(jī)。本計劃ROV洞內(nèi)檢查1 d，實(shí)際3 d才勉強(qiáng)完成。雖受洞內(nèi)定位困難影響，但ROV水下檢查與潛水員檢查相比效率較高。

7 結(jié) 論

本文針對深水層進(jìn)水洞水下檢查存在的困難，通過分析水下檢測技術(shù)原理，比較常用水下檢測方法的優(yōu)劣，提出了多波束測深系統(tǒng)掃描聯(lián)合ROV水下檢查的思路，設(shè)計了水下聯(lián)合檢測技術(shù)方案，形成結(jié)論如下：

(1) 多波束測深系統(tǒng)掃描聯(lián)合ROV水下檢查巖爆后進(jìn)水洞的方法確實(shí)可行，能克服水下檢測遇到的困難，取得成果的精度和質(zhì)量可靠。

(2) 多波束測深系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)高效，能實(shí)時3D成像，適宜于水下大面積掃測；受衛(wèi)星定位信號遮擋影響，多波束掃測進(jìn)水洞，僅能局限于洞口。

(3) ROV水下檢測優(yōu)勢是搭載多功能傳感器替代潛水員目視檢查，安全風(fēng)險??；缺點(diǎn)是視野小、抗流弱、纜線易發(fā)生纏繞，洞內(nèi)準(zhǔn)確定位困難。