水下無人設(shè)備在海洋放流管工程中的應(yīng)用

黃培遠(yuǎn)，梁滿坤

（1.中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510000；2.中交第四航務(wù)工程局有限公司粵東分公司，廣東 惠州， 516000）

1 引言

海洋放流管工程建設(shè)內(nèi)容主要包括調(diào)壓井、陸域段放流管道、海域段放流管道、尾水?dāng)U散器等。其中，海域段放流管道和尾水?dāng)U散器都包含了水下土方工程和水下鋼管安裝工程，這兩項(xiàng)工程是海洋放流管工程建設(shè)中最復(fù)雜的工序，質(zhì)量檢查和安全監(jiān)控的難度也是最大的。一般采用潛水員下水的方法開展質(zhì)量檢查和安全監(jiān)控工作，但受氧氣瓶容量大小、潛水員體力消耗、個(gè)人身體素質(zhì)等因素限制，潛水員下水時(shí)長(zhǎng)在半小時(shí)到一小時(shí)之間，下潛深度極限值在二三十米，而且容易受到天氣和溫度影響，人員安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

水下無人設(shè)備作為一種高新技術(shù)產(chǎn)品，具有靈活、高效、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，且部分設(shè)備還具有水文流量流速測(cè)量、水下地形測(cè)繪、水下暗管探測(cè)、水質(zhì)監(jiān)控等功能。與潛水員相比水下無人機(jī)設(shè)備工作時(shí)間更長(zhǎng)（柴油發(fā)電水下無人設(shè)備可持續(xù)工作不受限制）、下潛深度更深（工業(yè)級(jí)水下無人機(jī)最深可達(dá)6000 米），代替或輔助潛水員更加安全、科學(xué)、可靠的開展水下施工質(zhì)量檢查、安全監(jiān)控工作。

本文介紹水下無人設(shè)備及其分類，研究水下無人設(shè)備的性能特點(diǎn)，并以廣東省揭陽市某海洋放流管工程為例，說明水下無人設(shè)備在其中的應(yīng)用。

2 水下無人設(shè)備介紹

2.1 水下無人設(shè)備簡(jiǎn)介

水下無人設(shè)備是可以進(jìn)行水下探測(cè)、攝影或是捕魚的智能無人設(shè)備。水下無人設(shè)備最開始應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸從軍用級(jí)設(shè)備向工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)設(shè)備過渡，目前在漁業(yè)、潛水娛樂業(yè)、水下工程建設(shè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。

2.2 水下無人設(shè)備分類與特點(diǎn)

水下無人設(shè)備主要分為兩種類別，分別是水下無人機(jī)和無人船。

水下無人機(jī)整體外型似魚，與水下無人船相比，體積更小、重量更輕、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)更靈敏、價(jià)格也更便宜，產(chǎn)品屬性偏向于消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，搭載的相機(jī)像素一般都比較高，主要用途是水下拍攝、錄像等。

無人船整體外型與普通船只無較大差別，但體積比普通船只小很多，可搭載多種測(cè)量載體。較水下無人機(jī)相比抗風(fēng)浪性能更好、測(cè)量精度更高、用途更廣，產(chǎn)品屬性偏向于工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，主要用于工程測(cè)繪、測(cè)量、探測(cè)等，在水下工程項(xiàng)目中得到較為廣泛的應(yīng)用。水下無人機(jī)和無人船的性能特點(diǎn)如表1所示。

表1 水下無人機(jī)、無人船性能特點(diǎn)對(duì)比

3 水下無人設(shè)備在海洋放流管工程的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目介紹

廣東省揭陽市某海洋放流管工程，擔(dān)負(fù)中石油煉化一體化項(xiàng)目和其他園區(qū)企業(yè)處理的達(dá)標(biāo)的污水向深海的排放功能，放流管道總長(zhǎng)度4.16 公里，日排放量3.4 萬噸/日，建設(shè)工程量大，主要有兩種施工方式，分別為開挖埋管施工和頂管施工。開挖埋管工程涉及水下土方工程和水下鋼管安裝工程，工作內(nèi)容主要包括：鋼管制作組裝、水下溝槽開挖、砂墊層施工、鋼管水下安裝施工、水下溝槽回填等。頂管工程工作內(nèi)容主要包括：挖土與頂進(jìn)、測(cè)量與糾偏等。

本項(xiàng)目重點(diǎn)在開挖埋管施工中開展無人設(shè)備的應(yīng)用研究。水下無人機(jī)靈活性高、體積小、且搭載的相機(jī)像素高，在本項(xiàng)目中使用水下無人機(jī)對(duì)施工安全進(jìn)行監(jiān)控。水下無人船定位準(zhǔn)確、測(cè)量精度高，在本項(xiàng)目中使用無人船搭載測(cè)深設(shè)備或定位設(shè)備對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行檢查。開挖埋管工程業(yè)務(wù)流程圖及水下無人設(shè)備的應(yīng)用點(diǎn)如圖1所示。

圖1 開挖埋管工程流程圖及水下無人設(shè)備應(yīng)用點(diǎn)

3.2 水下安全監(jiān)控

水下無人機(jī)具體的操作方法是操作人員手動(dòng)控制水下無人機(jī)到水下指定作業(yè)點(diǎn)3～5 米外位置，水下無人機(jī)拍攝的畫面實(shí)時(shí)傳輸?shù)讲僮鹘缑?，無需潛水員下水即可了解水下工程的施工情況；也可控制水下無人機(jī)靈活移動(dòng)到同一作業(yè)點(diǎn)的不同方位或不同作業(yè)點(diǎn)，全面了解水下項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況，輔助管理人員做出安全決策，在發(fā)生事故時(shí)，也可作為憑證數(shù)據(jù)輔助事故調(diào)查。

施工安全監(jiān)控包括水下溝槽開挖作業(yè)、導(dǎo)管拋填與整平、錨索式柔性基礎(chǔ)安裝、鋼管焊接施工、鋼管沉放施工、設(shè)備及構(gòu)件安裝施工、溝槽回填施工等內(nèi)容的安全監(jiān)控。

3.3 水下施工質(zhì)量檢查

無人船搭載測(cè)深和定位設(shè)備開展測(cè)深和定位作業(yè)可得到較高的精度，在海洋放流管工程中主要應(yīng)用于施工質(zhì)量的檢查。

水下溝槽開挖中，施工測(cè)量工序使用無人船搭載RTK 進(jìn)行施工前的導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)閉合復(fù)測(cè)；在溝槽測(cè)量及驗(yàn)收工序中使用無人船搭載RTK 和測(cè)深儀，逐一檢查每段開挖水深，判斷開挖質(zhì)量，欠挖處補(bǔ)挖、超挖處粗砂回填。

砂墊層施工中，設(shè)置拋填區(qū)標(biāo)志工序使用無人船搭載RTK，實(shí)現(xiàn)拋填標(biāo)志定位，砂墊層施工前設(shè)置拋填區(qū)標(biāo)志，便于后續(xù)的拋填作業(yè)；在砂墊層質(zhì)量檢驗(yàn)工序使用無人船搭載測(cè)深儀逐一檢查每段砂墊層水深，判斷砂墊層施工質(zhì)量。

鋼管水下安裝施工中，水下打樁工序使用無人船搭載RTK，對(duì)檔樁鋼錨樁、抗沖檔樁的位置進(jìn)行測(cè)量校核；鋼管質(zhì)量檢驗(yàn)工序使用無人船搭載RTK 對(duì)沉放后的鋼管水深進(jìn)行測(cè)量，判斷沉放是否達(dá)標(biāo)。

溝槽回填質(zhì)量檢查中，使用無人船搭載測(cè)深儀分別對(duì)粗砂回填、砂袋拋填、碎石袋拋埋、原土回填的回填位置進(jìn)行水深測(cè)量，判斷回填質(zhì)量。

4 總結(jié)

海洋放流管工程中水下安全監(jiān)控和水下施工質(zhì)量檢查具有較高難度，常使用水下無人設(shè)備輔助這兩項(xiàng)工作的開展。水下無人設(shè)備包括水下無人機(jī)和無人船。水下無人機(jī)主要用于拍攝，無人船主要用于工程測(cè)繪、測(cè)量、探測(cè)等。

在廣東省揭陽市某放流管工程項(xiàng)目中，水下無人機(jī)用于施工作業(yè)安全監(jiān)控；無人船搭載RTK、測(cè)深儀開展施工質(zhì)量檢查。水下無人設(shè)備的應(yīng)用節(jié)約人力資源、簡(jiǎn)化工作難度，為工程提質(zhì)增效。