水下机器人在海底管道施工中的应用

1、水下机器人（ROV在海底管道施工中的应用近海海底管道铺设完成之后，出于安全因素的考虑， 一般需进行后挖沟作业。主要利用挖沟机匀速在海管上方 行进，通过喷射或吸泥的作业方式，将海管下方的泥砂排 出，形成坑洞；长时间持续作业后，形成具有一定深度、 长度的海沟，海管受到重力影响而沉入沟中，使海管不会 裸露在海床上，从而达到保护海管免受渔网、船锚钩拽的 影响。此外，在地质环境恶劣的海域，海管挖沟可以减轻环 境侵蚀对于海管的破坏，如冷热变化对海管应力的影响； 海浪和砂波的运动造成海管的悬跨等。在海管后挖沟施工中， ROV（ Remotely OperatedVehicle ，即水下机器人）担任作业预调查

2、、作业时障碍物 清理、作业后调查等任务，对于海管后挖沟的质量保证以 及突发应急状况的处理起着十分重要的作用。本文通过R0在海底管道后挖沟中的具体应用，对 ROV 的设备参数、ROV用摄像头、声纳以及 TSS440等设备进行 海管调查工作做了详细阐述，并对每种调查方式的优缺点 进行了比较，同时也对海底管道后挖沟施工工艺进行了简 单描述。对于今后使用 R0进行海管后挖沟作业，具有一定 的参考意义。一、海管后挖沟方法常用的挖沟方法主要有 3种类型：即机械挖沟法、水利 挖沟法、机械和水利结合挖沟法。水利挖沟法是我国较常采用的挖沟方法，也称射、排 成沟法，即用高压泵，水流由装在滑靴上的高压射水喷头 射出

3、。滑靴装有转轴，可以根据需要调整角度。高压射水 破土，将海底的泥土液化，再用高压排泥泵将液化了的泥 土排走，从而形成管沟。水利挖沟装置的牵引方式与机械 挖沟法基本相同，但是动力源放在拖轮、驳船或铺管船上。 此方法适合海底管道路周围地质情况比较复杂的施工环境。 采用DP乍业船支持海管后挖沟的一般步骤：（一）造坡作业 造坡乍业的目的是形成坡形过渡，防止海管变形折断。 造坡乍业在起始端和管线尾端都需要。施工船舶驶抵挖沟起始点附近，并对船舶 DP（Dynamically positioned） 性能进行测试（ 6小时常规测 试），确保施工船舶 DP莫式下运行稳定后，利用已铺设海 管实际路由，开始进行挖

4、沟乍业。起点挖沟需进行造坡，非接触挖沟机通过逐渐改变挖 沟机距离海床面的高度来改变挖沟深度，从而实现起始端 造坡。将挖沟机下放入水，离开海管大约10m下放至距离海床大约5m左右的位置，通过挖沟机自带多波速声纳、高 度计、水下罗经、USBL言标等监测设备，确定挖沟机相对 海管位置，距离起始挖沟点处泥面的高度，从而来调整船 位和高度。挖沟起始点（ KP）（ Kilometre Post ）值在管 线实际路由起始点25m处，即为KP25造坡作业长度根据设 计要求一般为 50100m。挖沟机与海管的艏向、位置调整主要通过两种途径来 进行调整：通过移动船位来进行大范围调整，通过挖沟机 2 根拖拉钢丝绳来

5、进行艏向和局部微调。通过上述调整，使 挖沟机正好位于起始点正上方，且艏向与海管方向一致， 下放挖沟机使其距离海床约 11.5m 。到达挖沟终点KP直前50m，开始向上造坡，原理与起点 造坡一致，即移船前进的同时，逐渐提高挖沟机，从而减 小挖沟深度，形成造坡，并通过挖沟机的监测设备监测造 坡过程。（二）正常挖沟作业起始点造坡结束后，进入正常挖沟模式，即保持挖沟机距海床面约 11.5m 的高度。沿路由挖沟时，通过挖沟机 上的监测设备，实时监控海管与挖沟机的相对位置，出现 偏差及时通过调整船位或控制拖拉钢丝绳来保证挖沟机与 海管的相对位置不变，以保证挖沟效果。正常挖沟作业需要保证稳定的船舶行进速度，

6、确保管 线各处开沟深度基本均匀。因此，正常挖沟过程中，安排 专人监视挖沟机控制屏幕，记录挖沟过程的各项数据，定 时或对重点位置的声纳扫测图像进行截屏和摄像头视频进 行截屏记录，作为施工过程记录。（三）补挖沟作业 按照路由完成全部挖沟工作后，需要船舶携带声纳、 旁扫、管线仪等设备对挖沟路由进行后调查，如果有不满 足工程要求的区段，还需要进行二次补挖沟。第二次补挖 沟需重点记录挖沟位置数据、声纳扫测图像和水下摄像头 视频图像资料。二、ROV海管后挖沟中的作用（一） ROV 简介QUARK01-ROV为深圳海油工程水下技术有限公司的一 台轻工作级ROV服役时间近10年，参与了各类海洋石油工 程项目，

7、其中包括：导管架安装、导管架检测、海管铺设、 海管调查、膨胀湾安装、路由和交叉点处理、电缆铺设、 软管铺设、水泥压块安放等。QUARK01-RO设备主要技术参数及配置：最大工作水深： 1000m；马力： 75HP；速度：向前 3.0knot 、侧移 2.6knot 、垂直1.5knot ；4个HTE300BA-32（300mm水平和 2个 HTE300BA-32（300m m）垂直液压推进器；TCl伺服阀箱和HCI电磁阀箱；声纳 TritechSuperSeakingDST4000M ;水下光纤罗盘TritechiFG ;磁罗盘 TritechiGC ；（二）施工应用深度计TritechBat

8、hySeaking701StandaloneDigiquartzunit；高度计 Standalone500kHzAltimeter；2.75L补偿器，带油位传感器；摄像头标配3个，彩色2个、微光1个，可根据情况加 配；电子云台，2个；灯箱，6个250W 110Vac水下灯；SchillingRigmaster-5 功能机械手；自动功能：自动艏向、自动定深、自动定高；传感器：各种温度及湿度传感器。该RO可外接一般液压工具，TSS44C等检测工具，满足海管检测作业的设备要求。（三）挖沟预调查在正式挖沟作业前，需要对管线进行预调查，一般采用ROV进行此项工作。可以利用ROV所携带的摄像头、声纳、高

9、度计、深度计、USBL言标等设备，对海管进行定位及可 视化的调查；如果海底海况不好，能见度很低，则主要依 靠声纳扫描海管。通过对比已得到的海管铺设实际路由， 确认该路由的精确程度。对于海管周围的作业环境也进行目视调查，确认在造 坡阶段海管周围无障碍物存在，保障挖沟机造坡的环境安 全。通过以上论述我们可以知道，利用ROV自带的摄像头进行调查时，受到海况的影响较大。虽然ROV携带有微光及装有BOO系统的彩色摄象头，可以保证在能见度大于1m的情况下对海底海管进行全方位调查，可以直观观察海管上部、 左侧和右侧的状况，可以判断出海管的涂层、节点、阳极、 标号以及异常、损伤情况，如图、所示。但如果能见度降

10、低至1m以下，我们单纯凭借摄像头几乎无法找 到海管，更不必说检查海管了。图 摄像头观察海管示意图图微光观察海管示意图在R0自带摄像头的目视效果不能满足多种海况要求的情况下，可以采用一些先进的 ROW卜接工具，如采用 SuperSeaKing双频声纳，可提供目标的距离和角度，在二 维空间上（XY平面）分辨目标的轮廓和位置。通过控制RO在水下前进的速度和声纳扫描的频率、角度范围，无论是在 何种能见度下都可以准确的发现海管。发现海管后，利用 ROV携带的USBL言标对海管定位，RO沿着声纳扫描到的海 管图像，飞行在海管上方，定位人员多次打点便可得到海 管的调查路由，如图所示。相比摄像头检查海管，使

11、用Tritech Super SeakingDST 声纳设备可以不受海底能见 度的限制，作业的自由度有了极大的提升，但如果进行海 管挖沟后调查，一旦海管入泥，就没有办法找到海管，此 时需要用到检测海管埋深的设备TSS44C探测系统。图声纳扫描海管示意图（图中A指挖沟后的沟壁；B指沟中的海管）（四）障碍物清理 在挖沟过程中，挖沟机利用自身携带的多波速声纳设 备扫描海管，当发现异常的时候，需要ROg水进行调查，如果有小型障碍物，需要使用机械手将障碍物移动至离海 管垂直距离20m以外的位置，有时不是直接用机械手把东西 移走，很多要通过装吊带将垃圾拖走，ROV1非常怕渔网的，例如在工作现场，由于有很多的渔业作业，所以经常会遇 到渔网堆积在海管两边，此外还有很多来往船只的防碰垫、 悬梯等各类垃圾，都需要清除，这些小型障碍物都可以通 过ROV勺协助进行清理。（五）挖沟后调查 一段海管挖沟结束后，对于海管是否沉入沟中，海管 埋深是否达到施工要求，均可使用RO进行调查，此时ROV需要安装外接的TSS44C设备。三、结语通过对ROVh海管后挖沟施工中所担