水利工程水下施工技术发展现状与趋势分析

一、引言

在现代水利工程体系中，水下施工占据关键地位，是众多大型水利设施得以建成并稳定运行的基 从大型水电站的建设到跨流域调水工程的实施，水下施工技术的先进程度直接关乎工程的质量、进度与安全。当下，随着科技的飞速发展，水下施工技术正经历深刻变革，智能化、自动化、环保化成为其发展新方向。深入研究该技术的现状与趋势，对水利工程领域意义重大。

二、水利工程水下施工技术现状

2.1 潜水作业技术

潜水作业作为传统水下施工手段，至今仍广泛应用。随着装备技术的进步，潜水员的安全与作业效率得到显著提升。如今，专业潜水服具备更好的抗压、保暖与防水性能，先进的供气系统能确保潜水员在水下获得稳定、安全的呼吸气源。例如在一些小型水利工程的水下检修、维护工作中，潜水员可直接进行设备安装、管道检查等作业，凭借其灵活性，能应对复杂水下环境中设备的精细操作需求。但潜水作业受深度限制，且对潜水员体能与技能要求极高，长时间、大深度作业存在安全风险。

2.2 水下混凝土施工技术

水下混凝土施工是水利工程建设的重要环节。导管法是常用方法，通过将混凝土通过密封导管输送至浇筑部位，依靠混凝土自身重力排挤导管内的水，实现水下浇筑。在实际应用中，对混凝土的和易性、流动性、抗离析性等性能要求严格。如在大型水坝基础浇筑工程里，采用水下不分散混凝土，这种混凝土在水中不易分散，能保证浇筑质量与强度。但施工过程中需精准控制导管埋深、混凝土浇筑速度等参数，否则易出现堵管、混凝土浇筑不密实等问题。

2.3 水下检测与监测技术

为保障水下工程质量与安全，水下检测与监测技术愈发重要。声呐技术通过发射和接收声波，能对水下地形、结构物进行探测，生成高精度的三维图像，用于水下地形测绘、水下建筑物病害检测等。例如在水库大坝水下部分的检测中，声呐可探测坝体裂缝、空洞等缺陷。光纤传感技术则能实时监测水下结构物的应力、应变、温度等参数，为工程安全评估提供数据支持。但不同检测技术对检测对象有局限性，且部分技术设备成本高昂，限制其广泛应用。

三、水利工程水下施工技术面临的挑战

3.1 复杂水下环境带来的难题

水下环境复杂多变，水流、水压、水温以及地质条件等因素给施工带来极大挑战。强水流会影响施工设备的定位与稳定性，增加施工难度与风险。例如在跨江、跨海水利工程施工中，湍急水流可能导致水下结构物的安装偏差。水压随深度增加而增大，对施工设备的抗压性能提出严苛要求，若设备抗压能力不足，易出现故障甚至损坏。不同区域的水温差异以及复杂地质条件，如软土地基、岩石破碎带等，也会影响施工工艺的选择与实施效果。

3.2 施工设备与技术的局限性

现有的水下施工设备在适应复杂环境与满足高精度施工要求方面存在不足。部分设备在深水、强水流等恶劣条件下，作业能力大幅下降，无法达到设计施工精度。例如传统水下挖掘设备在水下地形复杂区域，难以精准控制挖掘深度与范围，易造成超挖或欠挖。一些先进施工技术，如水下 3D 打印混凝土技术，虽具有广阔应用前景，但目前在打印材料性能、打印效率、打印结构尺寸限制等方面存在问题，尚未能大规模推广应用。

3.3 安全与质量保障难题

水下施工安全风险高，一旦发生事故，救援难度大、损失严重。潜水员作业时面临减压病、溺水、设备故障等安全威胁。施工过程中，质量控制难度也较大，由于水下环境的隐蔽性，难以实时、全面

地对施工质量进行监测与把控。例如水下混凝土浇筑质量，在施工完成后难以直观检查内部密实度、强度等指标，需借助复杂检测手段，且部分检测结果存在一定误差，影响对工程质量的准确评估。

四、水利工程水下施工技术发展趋势

4.1 智能化与自动化发展

未来，水下施工将向智能化、自动化方向深度发展，这一趋势在大型水利工程中已初现端倪。智能水下机器人正逐步突破传统作业模式的局限，通过搭载高精度传感器、AI 算法芯片和多自由度机械臂，实现对水下环境的实时三维建模与动态分析，进而自主规划最优作业路径。例如在深水区堤坝裂缝修复作业中，机器人可通过图像识别技术定位裂缝位置，自动调配修补材料并完成填充、压实等系列操作，整个过程无需人工干预，作业精度可达毫米级。自动化施工系统则借助 5G 通信与物联网技术，构建“云端管控 + 现场执行”的一体化架构，将水下挖掘设备、混凝土浇筑机械、质量监测仪器等纳入统一管理平台。

4.2 新型材料与技术的应用

新型材料的研发与前沿技术的融合，正重塑水下施工的技术范式。在材料领域，除纳米改性混凝土外，可自愈型水下密封材料成为研究热点，其内含的微胶囊在接触水后会释放修复剂，自动填补材料裂缝，大幅提升水下结构的耐久性。例如在水下管道连接部位应用该材料后，即使因水流冲击出现微小缝隙，也能在 24 小时内完成自主修复，减少后期维护成本。技术创新方面，水下激光焊接技术已实现 200 米水深的稳定作业，其通过聚焦激光束产生的高温使金属瞬间熔化，焊接强度比传统水下电弧焊接提高 30% ，且热影响区仅为传统工艺的 1/5，特别适用于水电站水下金属结构的精密连接。水下无线通信技术则突破了电磁波在水中衰减快的瓶颈，采用蓝绿激光通信技术实现千米级水下高速数据传输，速率可达 100Mbps，能实时回传 4K 高清施工影像与设备运行参数，为远程操控提供稳定的数据支撑。此外，数字孪生技术与水下施工的结合，可构建与实体工程同步映射的虚拟模型。

4.3 绿色环保与可持续发展

绿色环保与可持续发展理念正深度融入水下施工的全流程，形成从材料选用到工程运维的完整生态链。在施工材料环节，除可降解临时支护材料外，低碳型水下混凝土成为新选择，其通过掺入工业固废如矿渣、粉煤灰替代部分水泥，降低碳排放达 30% ，同时利用二氧化碳矿化技术使混凝土在硬化过程中吸收水体中的二氧化碳，实现“负碳”浇筑。例如在某湖泊清淤工程中，采用该混凝土浇筑的水下挡墙，不仅强度达标，还每年可吸收周边水体中约 50 吨二氧化碳。施工工艺方面，低扰动水下开挖技术通过采用静音液压设备与气泡帷幕技术，将施工对水生生物的影响降至最低，在长江流域某水利工程中，该技术使施工区域鱼类的存活率提升至 95% 以上，且水质指标保持稳定。在工程运维阶段，光伏驱动的水下监测系统逐步推广，利用太阳能为传感器与通信设备供电，减少电缆铺设对水体的干扰，同时通过大数据分析实现设备的预测性维护，避免过度检修造成的资源浪费。

五、结论

水利工程水下施工技术在当前水利工程建设中发挥着关键作用，虽已取得一定成果，但在复杂水下环境、施工设备与技术、安全质量保障等方面仍面临诸多挑战。展望未来，智能化、自动化、新型材料与技术应用以及绿色环保可持续发展将成为其主要发展趋势。不断推动水下施工技术创新发展，突破现有技术瓶颈，对提升我国水利工程建设水平，保障水资源合理开发利用，促进水利事业可持续发展具有深远意义。

参考文献

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