复杂环境水工程水下检测与修复成套技术装备及应用
目前我国建成水库98566 座,总库容9306 亿m3,其中大型水库774 座,平均坝龄超50年。全球已建200m以上特高坝77 座,中国23座,排第一位;在建200m以上特高坝22座,中国15座,占68%;建成110余座大型跨流域引调水工程。近年来,变化环境下突发事件发生的频度和强度显著增大,高坝大库与涵(隧)洞工程在发挥基础性作用的同时,受工程老化及极端工况和不确定性因素影响,运行中一旦出险或遭受破坏,将对经济社会及公共安全造成严重影响,亟待加强应急保障能力建设。
依托国家重点研发计划及重大工程科研项目,围绕高坝大库和涵(隧)洞等水工程复杂环境水下检测与修复需求,通过产学研用联合攻关,自主研发了大坝300m 级深水检测载人潜水器“禹龙号”、深孔自推进疏堵水下机器人“达诺1 号”、涵(隧)洞带水长闭环境检测与性态定量评估等复杂环境水工程水下检测与修复成套技术装备,取得了三方面突破与创新:
1、自主研发的“禹龙号”载人潜水器实现了水利水电行业大坝深水环境载人潜水检测装备从0 到1 的突破。针对水库大坝深水环境检测、维护的特殊需求和难点,攻克了潜水器载人安全、精准定位、作业固定、低能见度条件下宽视野观测、多功能作业工具搭载及作业功能拓展等关键技术,研发了300m 级深水检测“禹龙号”潜水器,突破了专家水下实时诊断大坝复杂病害的关键技术装备瓶颈。
2、自主研发的水下机器人“达诺1 号”(DreRo-1)填补了高坝大库深孔清淤与闸门修补加固的技术装备空白。提出了深孔门前板结淤堵物破碎与抽取成套技术方案,研制了集水下自行走、观测检查、清理淤积、疏通淤堵等功能的水下机器人“达诺1 号”,研发了搭载其上的深水环境下闸门切割、拆除与修复装备和技术,以及水下金属结构表面涂装新材料与工艺实时诊断大坝复杂病害的关键技术装备瓶颈。
3、集成了涵(隧)洞带水长闭环境检测与性态定量评估成套技术与装备。研发了低能见度条件下涵洞缺陷智能检测系统、DVL+INS 导航系统及基于粒子算法的缆线姿态实时定位方法,以及长闭环境下ROV 水下定位技术;研制了水下混凝土结构回弹仪无损检测设备。
“禹龙号”载人潜水器入选国家“十三五”科技创新成就展重点成果;授权国家发明专利10 项、国际发明专利1 项、实用新型专利5 项、外观发明专利1 项;发布行业标准2部、团体标准3 部;获得软件产品2 项、软件著作权2 项,水利先进实用推广证书3 项;出版专著2 部;发表论文36 篇,其中SCI/EI 论文16 篇。成果在锦屏一级拱坝、新安江重力坝、小浪底水利枢纽土石坝、汤浦水库面板堆石坝等重大水利水电工程中示范应用,并在分淮入沂整治工程六塘河地下涵洞缺陷检测、安徽皖江电厂排水箱涵渗漏检测、白鹤梁题刻博物馆水下工程撞击损伤检测,以及观音岩水电站坝前裂缝水下处理、马鹿塘水电站放空洞进水口清淤及引渠边坡修复等10 余座水工程中成功应用,解决了水工程复杂环境检测与修复装备短板及技术难题,推广应用前景广阔。