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先進(jìn)的技術(shù)可幫助鐵路部門完成鐵路橋梁的水下檢測(cè)，使其成為鐵路橋梁維護(hù)方案的重要組成部分。

許多鐵路橋梁年代已久，經(jīng)受著前所未有的高水位、大流量洪水的沖刷。這一趨勢(shì)仍在加劇，因此，鐵路橋梁水下檢測(cè)就顯得更為重要。此外，由于鐵路橋梁基礎(chǔ)越建越大，相隔越來(lái)越近，更易受沖刷及其他水流作用的影響。從水下影響方面分析，這也是目前鐵路橋梁受損的主要原因。因此，不難理解，為什么把嚴(yán)格的鐵路橋梁水下檢測(cè)看作是橋梁維護(hù)的有效手段。同時(shí)，通過(guò)水下檢測(cè)，可以提前發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題。美國(guó)聯(lián)邦鐵路局2010年制定的橋梁安全標(biāo)準(zhǔn)（49CFR第213和237章）指出，作為鐵路橋梁維護(hù)方案的一部分，應(yīng)進(jìn)行橋梁的水下評(píng)估；可以采取潛水或其他方式，了解受沖刷或其他水下因素影響的橋梁下部結(jié)構(gòu)的狀況，并實(shí)施監(jiān)測(cè)。有時(shí)因條件限制無(wú)法實(shí)施安全潛水作業(yè)，為了有效評(píng)估既有的水下條件，提前發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題，可采用各種水下檢測(cè)技術(shù)，完成通常由潛水員完成，或難以完成的水下檢測(cè)。

自從人們認(rèn)識(shí)水下檢測(cè)的重要性以來(lái)，鐵路橋梁下部結(jié)構(gòu)的水下部分評(píng)估通常由潛水員完成，但往往由于水深、水流及環(huán)境條件的限制，無(wú)法通過(guò)潛水對(duì)橋梁進(jìn)行水下安全、有效檢測(cè)。目前，已經(jīng)開發(fā)出了對(duì)水下橋梁構(gòu)件及周圍河槽底部進(jìn)行檢測(cè)或監(jiān)測(cè)的技術(shù)。這些技術(shù)包括各種聲納裝置。盡管這些技術(shù)與合格的水下檢測(cè)員相比仍有差距，但可為我們提供重要且有用的數(shù)據(jù)，在許多情況下這也許是唯一可以獲取數(shù)據(jù)的途徑。聲納技術(shù)利用聲波的傳輸與反射，探測(cè)水下物體，測(cè)量距離。水下勘查使用的聲納裝置一般有聲納探測(cè)儀、多束帶聲納、側(cè)掃描聲納、扇形掃描聲納、基于鏡頭的多束聲納，及地理底基聲納斷面儀等。

扇形掃描聲納是目前非常先進(jìn)的聲納技術(shù)。掃描聲納不受水的透明度的影響，可提供高清晰度河槽底部圖像，及水下結(jié)構(gòu)的豎向組成情況；可用于檢測(cè)和識(shí)別沖刷沉陷、填筑面積、暴露的橋墩基礎(chǔ)、雜物堆積及其他水下結(jié)構(gòu)物的缺陷。掃描聲納還可以在潛水前，或潛水作業(yè)過(guò)程中，引導(dǎo)水下檢測(cè)員發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷，繞過(guò)可能存在的水下危險(xiǎn)區(qū)域。利用掃描聲納技術(shù)還可以生成接近照片質(zhì)量的圖像，顯示結(jié)構(gòu)物的全部或大部分狀況。下面介紹利用掃描聲納技術(shù)對(duì)鐵路橋梁進(jìn)行水下檢測(cè)的實(shí)例。

2008年5月，美國(guó)中西部，大雨傾盆，多條河流水位上漲、洪水泛濫。其中艾奧瓦州情況最嚴(yán)重，許多鐵路公司對(duì)其水上鐵路橋梁非常擔(dān)憂。相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，河水大大超過(guò)了警戒洪水位，無(wú)法保證橋梁下部結(jié)構(gòu)潛水檢測(cè)作業(yè)的安全，但又必須確認(rèn)橋梁下部結(jié)構(gòu)的水下狀況，對(duì)多處極端水下條件的地點(diǎn)實(shí)施監(jiān)測(cè)。面對(duì)困境，惟一的辦法是利用掃描聲納技術(shù)，生成水下狀態(tài)圖像。首先在高水位峰值時(shí)獲取圖像，然后根據(jù)初步結(jié)果及洪水發(fā)展可能帶來(lái)的有害變化及時(shí)獲取圖像。

最后，利用KongbergMesotech掃描聲納設(shè)備，在一條22英尺長(zhǎng)的動(dòng)力船上安裝了圖像與斷面?zhèn)鞲衅?，?duì)每一座橋梁進(jìn)行掃描，獲得了非常有價(jià)值的數(shù)據(jù)及圖像。掃描作業(yè)借助堅(jiān)固的支架裝置保護(hù)掃描頭，船體采用特殊的前端設(shè)計(jì)，安裝了大功率船外電機(jī)，以保證掃描裝置的穩(wěn)定定位，最終獲得了滿意的橋梁水下狀況“照片”。掃描結(jié)果顯示，不僅部分橋梁出現(xiàn)了新的基礎(chǔ)暴露情況，既有暴露的情況也在加劇。慶幸的是，最初發(fā)現(xiàn)的這些狀況不需立即采取行動(dòng)，盡管部分結(jié)果顯示應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。一旦洪水退卻，可以進(jìn)行潛水檢測(cè)時(shí)，根據(jù)掃描圖像提供的基礎(chǔ)暴露狀況，有助于隨后的潛水檢測(cè)作業(yè)，尤其有助于引導(dǎo)潛水作業(yè)。同時(shí)，利用掃描獲得的數(shù)據(jù)，可揭示水下木板堆積的情況，能在潛水作業(yè)過(guò)程中做出安排，提高潛水員的作業(yè)安全性。

作為日常水下檢測(cè)的一部分，發(fā)現(xiàn)橋梁下部結(jié)構(gòu)周圍河槽底部深度變化情況，尤其是發(fā)現(xiàn)河槽底部深度變化是如何影響基礎(chǔ)的暴露，以及某些情況下基礎(chǔ)受損的程度，始終是關(guān)鍵且重要的。利用掃描聲納及通過(guò)掃描聲納獲得的詳細(xì)圖像，可得到某一橋梁下部結(jié)構(gòu)處既有河槽底部的“放大照片”及基礎(chǔ)暴露情況。據(jù)此，橋梁的所有者可了解橋梁的現(xiàn)狀，也可作為下一步檢測(cè)的依據(jù)，發(fā)現(xiàn)新的變化。

作為日常鐵路橋梁檢測(cè)的一部分，在潛水作業(yè)前利用掃描聲納技術(shù)對(duì)威斯康星州的一座橋梁下部結(jié)構(gòu)單元的既有狀況進(jìn)行了評(píng)估。很明顯，這些下部結(jié)構(gòu)單元都不同程度受到?jīng)_刷侵蝕。此外，掃描圖像對(duì)于確定基礎(chǔ)幾何形狀及其構(gòu)成非常有價(jià)值。與許多鐵路橋梁情況相同，該橋多次易主，歷史上經(jīng)多次維修，沒有設(shè)計(jì)圖。

最后，利用通過(guò)掃描圖像獲得的威斯康星州鐵路橋梁既有水下狀況的比例“照片”，可確認(rèn)沖刷程度，提供詳細(xì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，確定基礎(chǔ)暴露程度。此外，掃描聲納結(jié)果還揭示了明顯的受損情況，及下部結(jié)構(gòu)單元基礎(chǔ)樁暴露的情況。通過(guò)掃描聲納提供的橋梁真實(shí)狀況，可更有效地安排潛水檢測(cè)，確認(rèn)掃描結(jié)果。如果橋梁的水下可視性低，僅靠潛水檢測(cè)，是很難完成對(duì)水下條件的量化。

2009年，一條駁船撞擊了一座鋼板樁護(hù)井，并將其撞翻，使位于伊利諾伊州中部跨伊利諾伊河的一座橋的下部結(jié)構(gòu)及周邊河槽底受到破壞，需要緊急監(jiān)測(cè)，記錄受損程度。由于當(dāng)時(shí)橋梁處最大水流達(dá)到每秒2~3英尺，潛水作業(yè)非常困難。因此，通過(guò)掃描聲納，生成水下聲頻圖像是在潛水檢測(cè)前獲得有關(guān)信息及資料的最佳選擇。更重要的是，掃描聲納圖像可提供駁船撞擊后的詳細(xì)“大照片”，顯示護(hù)井的具體位置及損壞的程度，以及撞擊對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響。所有這些都是對(duì)駁船撞擊事件提起訴訟的有力證據(jù)。此外，掃描數(shù)據(jù)對(duì)隨后的潛水檢測(cè)非常有價(jià)值，有助于水下作業(yè)的協(xié)調(diào)，確定護(hù)井損壞、木板漂移堆積以及既有條件下下部結(jié)構(gòu)受沖刷的程度。

在路易斯安娜州一座跨河鐵路橋的上部結(jié)構(gòu)更換作業(yè)中，為保留既有混凝土下部結(jié)構(gòu)單元，建議在既有混凝土下部結(jié)構(gòu)單元之間打樁，支撐新的鋼排架，在既有各橋跨的中間位置加入新的橋跨。在重建初期，承包商曾擔(dān)心，由于廢棄木樁影響新的排架樁打樁作業(yè)，可能會(huì)增加工作量。為了確定新建橋跨周圍是否存在廢棄樁體，本應(yīng)采用潛水檢測(cè)作業(yè)，而實(shí)際上采用了掃描聲納技術(shù)，利用聲頻圖像記錄新建橋跨周圍的水下情況。最后，通過(guò)掃描提供的沿橋梁既有橋跨詳細(xì)的按比例斷面圖像，確定了新排架打樁位置，測(cè)量了監(jiān)測(cè)到的廢棄樁體或其他障礙物實(shí)際尺寸。掃描聲納圖像揭示了橋梁河槽底上的廢棄木樁的狀況，僅出現(xiàn)了一次樁體或障礙物的位置在限制區(qū)域以內(nèi)對(duì)打新樁有影響的情況。

特拉華州印地安河板樁堤岸的一部分，因河岸較高，潮汐流速快，造成大面積受沖刷，壁體基礎(chǔ)損壞。最初，由于無(wú)法通過(guò)潛水檢測(cè)充分了解沖刷的具體狀況，使用了掃描聲納裝置，獲取有關(guān)沖刷程度及壁板與既有河槽底之間縫隙的精確圖像。根據(jù)掃描結(jié)果，制定了拋石維修方案及具體措施，恢復(fù)壁體埋置，加固河槽底，防止再受沖刷。

在實(shí)施拋石填筑過(guò)程中，再次利用掃描聲納技術(shù)獲取聲波圖像，確認(rèn)巖石材料的具體填筑范圍。根據(jù)圖像顯示，堤岸部分，事實(shí)上也就是受沖刷及侵蝕最嚴(yán)重的部分，沒有按維修計(jì)劃規(guī)定得到充分的拋石填筑。通過(guò)準(zhǔn)確指出承包商在施工中存在的缺陷，并要求承包商按維修計(jì)劃增加填筑，最后通過(guò)掃描聲納圖像，確認(rèn)填筑合格。