“設(shè)備開啟正常，可以下水。”“水下圖像清晰，橋墩檢測(cè)完畢。”26日，在江西省南昌縣的福銀高速樂溫段滁州撫河特大橋下，橋梁檢測(cè)工作人員正在操作水下機(jī)器人對(duì)橋梁的水下部分進(jìn)行檢測(cè)，這也是江西省首次利用機(jī)器人進(jìn)行橋梁涉水檢測(cè)。
檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，在技術(shù)人員的操作下，一臺(tái)橙色的水下機(jī)器人漂浮在水面上，游向橋墩底部，工作人員通過遙控器，機(jī)器人“扎猛子”潛到水下，隨即，水下墩柱的情況通過高清攝像頭實(shí)時(shí)傳回顯示屏上，照片清晰，橋墩狀況一目了然。
“以往，我們對(duì)水下橋梁的檢測(cè)是采用蛙人水下摸樁的方式進(jìn)行普查，由于水下能見度低，水流湍急，容易遺漏問題，且水下摸樁還對(duì)蛙人存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。”檢測(cè)人員介紹，水下機(jī)器人搭載攝像鏡頭，還配備有可調(diào)節(jié)燈光亮度的照明燈，檢測(cè)員在船上就可以實(shí)時(shí)清晰地觀察到水下橋墩的狀況，一邊查看，一邊拍攝記錄數(shù)據(jù)，掌握水下橋墩的狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)“病害”采取措施整治，從而大大地降低橋梁養(yǎng)護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，保障橋梁的安全運(yùn)行。
水下基礎(chǔ)檢測(cè)機(jī)器人
?。ㄒ唬┧聵痘鶛z測(cè)新技術(shù)
1.技術(shù)特點(diǎn)
與傳統(tǒng)人工檢測(cè)方法相比，水下基礎(chǔ)檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：
?。?）適用范圍廣，作業(yè)深度可達(dá)300m，最大水下負(fù)載可達(dá)13kg，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定向，自動(dòng)定深；
（2）安全性足，由工作人員遠(yuǎn)程操控機(jī)器人檢測(cè)，安全風(fēng)險(xiǎn)較低；
?。?）檢測(cè)成本低，主要為一次性設(shè)備投入，節(jié)省大量人工成本；
?。?）檢測(cè)精度高，機(jī)器人續(xù)航能力強(qiáng)，可長(zhǎng)時(shí)間水下觀測(cè)。
2.設(shè)備組成及功能
水下基礎(chǔ)檢測(cè)新技術(shù)主要采用多波束裝置結(jié)合無人潛航器（Remotely Operated Vehicle，簡(jiǎn)稱ROV）設(shè)備。多波束系統(tǒng)主要包括波束收發(fā)換能器、信號(hào)控制處理系統(tǒng)、定位輔助設(shè)備和控制軟件等，通過收發(fā)聲波，能快速、準(zhǔn)確地探測(cè)水下地形，得到高精度的三維地形圖。無人潛航器由水下運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、控制箱、臍帶纜和纜軸四部分組成，可靈活實(shí)現(xiàn)水下定位、水下搭載等操作，可實(shí)現(xiàn)水下基礎(chǔ)外觀的局部檢查。
3.水下檢測(cè)總體思路
水下檢測(cè)項(xiàng)目采用“面積性普查與局部詳查”相結(jié)合的總體思路：
?。?）采用多波束探測(cè)系統(tǒng)對(duì)橋區(qū)水下地形沖刷進(jìn)行全覆蓋掃描，獲取水下地形以及水下地貌資料，分析橋區(qū)地形沖刷情況，以及墩身與河床的結(jié)合處沖刷情況分布。
?。?）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水環(huán)境狀況，采用水下機(jī)器人進(jìn)行橋體水下結(jié)構(gòu)病害的分布、尺寸探查。
?。ǘ┧聵痘鶛z測(cè)應(yīng)用
目前上述水下基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)在九景高速鄱陽(yáng)湖大橋涉水段、南昌繞城高速架橋撫河特大橋涉水段、長(zhǎng)杭高速余干信江特大橋涉水段等水下基礎(chǔ)檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行了成功應(yīng)用。
1.應(yīng)用概況
鄱陽(yáng)湖大橋?yàn)殡p塔雙索面砼斜拉橋，位于江西省湖口縣，跨越鄱陽(yáng)湖，橋梁全長(zhǎng)3799m，引橋長(zhǎng)1654m，副跨長(zhǎng)1500m，主橋長(zhǎng)646m。主橋跨徑布置為65m+123m+318m+130m，連續(xù)長(zhǎng)度為636m，采用掛籃懸澆法施工。引橋?yàn)?5孔30m跨徑簡(jiǎn)支T梁，副跨為30孔50m跨徑簡(jiǎn)支T梁。因?yàn)楹谏嫌?0幾公里處便是有“東方百慕大”之稱的“魔鬼水域”，就是經(jīng)常會(huì)莫名其妙沉船的地方，加上鄱陽(yáng)湖底盡是數(shù)不清的溶洞，而且水底淤泥厚達(dá)三四十米，因此該大橋的涉水檢測(cè)尤為重要。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)1#～5#涉水基礎(chǔ)進(jìn)行水下檢測(cè)，并對(duì)橋位所處河床沖刷情況進(jìn)行多波束掃測(cè)。
2.現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
?。?）測(cè)線布置
根據(jù)多波束掃測(cè)寬度在橋區(qū)設(shè)計(jì)測(cè)線，船只按測(cè)線行駛，保證多波束聲吶在橋區(qū)進(jìn)行多次覆蓋掃測(cè)，航線軌跡如下：
圖源：試驗(yàn)檢測(cè)工作委員會(huì)
?。?）多波束設(shè)備安裝調(diào)試
以租用船只為多波束探測(cè)系統(tǒng)的載體，安裝多波束系統(tǒng)水下?lián)Q能器陣、表面聲速探頭，船上固定POSMV定位定姿一體機(jī)，各安裝設(shè)備與船體搖晃一致；
（3）潮位測(cè)定
采用Tide Master型驗(yàn)潮儀在檢測(cè)全過程測(cè)定潮位，潮位記錄時(shí)間間隔15min；
?。?）聲速測(cè)定
在聲吶檢測(cè)過程中，每個(gè)2小時(shí)采用Minos-X型聲速剖面儀測(cè)定測(cè)區(qū)內(nèi)聲速，剖面間距設(shè)置為0.5m，及時(shí)根據(jù)測(cè)定的聲速剖面對(duì)聲吶系統(tǒng)實(shí)施改正；
?。?）聲吶系統(tǒng)校正
根據(jù)規(guī)范，在檢測(cè)作業(yè)前對(duì)聲吶系統(tǒng)進(jìn)行定位延時(shí)和姿態(tài)校正。取平均水深不小于測(cè)區(qū)最大水深的水域進(jìn)行校正，每種姿態(tài)校準(zhǔn)參數(shù)采集3組數(shù)據(jù)，采集完畢后依次按照時(shí)延、橫搖、縱搖、艏向的順序進(jìn)行校準(zhǔn)參數(shù)的計(jì)算，取三組數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果的平均值作為最終校準(zhǔn)結(jié)果；
?。?）聲吶十字交叉比對(duì)
經(jīng)過橫搖偏差、縱搖偏差和艏向偏差測(cè)定與校正后，對(duì)其綜合測(cè)深誤差進(jìn)行測(cè)定（十字交叉測(cè)試），測(cè)試區(qū)域選擇在水深大于等于測(cè)區(qū)內(nèi)的最大水深、水下地形平坦的水域，并按正交方向分別布設(shè)測(cè)深線進(jìn)行測(cè)量，比對(duì)重疊部分的水深，水深比對(duì)大于±0.2m的點(diǎn)數(shù)不超過10%；
?。?）ROV設(shè)備安裝調(diào)試
檢查ROV主機(jī)通電性能、攝像頭、燈光、供電線纜是否存在缺口、破裂或其它缺陷等損壞情況。將地面控制臺(tái)放置在工作船甲板上，依次連接臍帶纜、地面控制臺(tái)、電源線、外置記錄與監(jiān)視設(shè)備，打開主電源，測(cè)試各部分設(shè)備通電是否正常；
?。?）ROV水下定位
將無人潛航器放置水中，工作人員在甲板上通過查看顯示終端，采用控制臺(tái)實(shí)時(shí)控制無人潛航器航行至指定位置；
?。?）ROV水下檢測(cè)
通過遠(yuǎn)程傳輸圖像，工作人員實(shí)時(shí)觀測(cè)傳輸至顯示器的外觀情況，并對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行存儲(chǔ)、描述、記錄，直至檢測(cè)完所有應(yīng)檢區(qū)域；
（10）設(shè)備回收
檢測(cè)結(jié)束后，操控?zé)o人潛航器返回甲板，清點(diǎn)設(shè)備；
（11）數(shù)據(jù)處理
從終端軟件中提取檢測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理。
3.應(yīng)用效果評(píng)價(jià)
針對(duì)鄱陽(yáng)湖大橋、架橋撫河特大橋、余干信江特大橋等水下的樁基檢測(cè)，采用傳統(tǒng)人工下潛方案，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：水下地形情況不明，無法確定當(dāng)前水下墩樁柱埋置深度與河床沖刷趨勢(shì)；檢測(cè)效率低下，下潛人員需經(jīng)常出水調(diào)整；人員水中操作儀器存在困難，病害照片質(zhì)量不佳。
為彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)方法應(yīng)用過程中所存在的缺陷，對(duì)涉水基礎(chǔ)采用新型水下檢測(cè)技術(shù)——多波束探測(cè)整體，水下潛航機(jī)器人輔以水下人工探測(cè)局部細(xì)節(jié)。結(jié)果表明，采用多波束系統(tǒng)能十分便捷地測(cè)量不同水深處水下地形地貌，通過與設(shè)計(jì)資料或歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，便能直接得到當(dāng)前河床沖刷狀況：如鄱陽(yáng)湖大橋2#墩樁柱附近沖刷最深處達(dá)4m，3#墩樁柱附近沖刷最深處達(dá)5.6m。采用水下潛航器對(duì)墩柱狀況進(jìn)行外觀檢測(cè)能對(duì)各部分病害進(jìn)行詳細(xì)把控，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)幾乎所有墩柱周圍都附有大量水生物，部分墩柱，如2#墩左側(cè)墩柱距承臺(tái)頂面5m至13.2m范圍內(nèi)，存在混凝土表面劣化等病害。
水下檢測(cè)新型技術(shù)不光具有傳統(tǒng)人工檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)：具備較高的靈活性，且能應(yīng)對(duì)渾濁水環(huán)境下的細(xì)節(jié)檢查。在此基礎(chǔ)上，還結(jié)合了現(xiàn)代信息成像技術(shù)，采用多波束裝置對(duì)整體地形地貌進(jìn)行掌控，得到各水下墩柱輪廓及河床沖刷狀況，對(duì)水下橋梁墩柱工作狀況的評(píng)價(jià)具有及其重要的參考價(jià)值。
