先进手段帮助完成铁路桥梁的水底检测

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先进的技术可帮助铁路部门完成铁路桥梁的水下检测，使其成为铁路桥梁维护方案的重要组成部分。

许多铁路桥梁年代已久，经受着前所未有的高水位、大流量洪水的冲刷。这一趋势仍在加剧，因此，铁路桥梁水下检测就显得更为重要。此外，由于铁路桥梁基础越建越大，相隔越来越近，更易受冲刷及其他水流作用的影响。从水下影响方面分析，这也是目前铁路桥梁受损的主要原因。因此，不难理解，为什么把严格的铁路桥梁水下检测看作是桥梁维护的有效手段。同时，通过水下检测，可以提前发现可能存在的问题。美国联邦铁路局2010年制定的桥梁安全标准（49CFR第213和237章）指出，作为铁路桥梁维护方案的一部分，应进行桥梁的水下评估；可以采取潜水或其他方式，了解受冲刷或其他水下因素影响的桥梁下部结构的状况，并实施监测。有时因条件限制无法实施安全潜水作业，为了有效评估既有的水下条件，提前发现可能出现的关键问题，可采用各种水下检测技术，完成通常由潜水员完成，或难以完成的水下检测。

自从人们认识水下检测的重要性以来，铁路桥梁下部结构的水下部分评估通常由潜水员完成，但往往由于水深、水流及环境条件的限制，无法通过潜水对桥梁进行水下安全、有效检测。目前，已经开发出了对水下桥梁构件及周围河槽底部进行检测或监测的技术。这些技术包括各种声纳装置。尽管这些技术与合格的水下检测员相比仍有差距，但可为我们提供重要且有用的数据，在许多情况下这也许是唯一可以获取数据的途径。声纳技术利用声波的传输与反射，探测水下物体，测量距离。水下勘查使用的声纳装置一般有声纳探测仪、多束带声纳、侧扫描声纳、扇形扫描声纳、基于镜头的多束声纳，及地理底基声纳断面仪等。

扇形扫描声纳是目前非常先进的声纳技术。扫描声纳不受水的透明度的影响，可提供高清晰度河槽底部图像，及水下结构的竖向组成情况；可用于检测和识别冲刷沉陷、填筑面积、暴露的桥墩基础、杂物堆积及其他水下结构物的缺陷。扫描声纳还可以在潜水前，或潜水作业过程中，引导水下检测员发现潜在的缺陷，绕过可能存在的水下危险区域。利用扫描声纳技术还可以生成接近照片质量的图像，显示结构物的全部或大部分状况。下面介绍利用扫描声纳技术对铁路桥梁进行水下检测的实例。

2008年5月，美国中西部，大雨倾盆，多条河流水位上涨、洪水泛滥。其中艾奥瓦州情况最严重，许多铁路公司对其水上铁路桥梁非常担忧。相当长的一段时间内，河水大大超过了警戒洪水位，无法保证桥梁下部结构潜水检测作业的安全，但又必须确认桥梁下部结构的水下状况，对多处极端水下条件的地点实施监测。面对困境，惟一的办法是利用扫描声纳技术，生成水下状态图像。首先在高水位峰值时获取图像，然后根据初步结果及洪水发展可能带来的有害变化及时获取图像。

最后，利用KongbergMesotech扫描声纳设备，在一条22英尺长的动力船上安装了图像与断面传感器，对每一座桥梁进行扫描，获得了非常有价值的数据及图像。扫描作业借助坚固的支架装置保护扫描头，船体采用特殊的前端设计，安装了大功率船外电机，以保证扫描装置的稳定定位，最终获得了满意的桥梁水下状况“照片”。扫描结果显示，不仅部分桥梁出现了新的基础暴露情况，既有暴露的情况也在加剧。庆幸的是，最初发现的这些状况不需立即采取行动，尽管部分结果显示应进一步加强监测。一旦洪水退却，可以进行潜水检测时，根据扫描图像提供的基础暴露状况，有助于随后的潜水检测作业，尤其有助于引导潜水作业。同时，利用扫描获得的数据，可揭示水下木板堆积的情况，能在潜水作业过程中做出安排，提高潜水员的作业安全性。

作为日常水下检测的一部分，发现桥梁下部结构周围河槽底部深度变化情况，尤其是发现河槽底部深度变化是如何影响基础的暴露，以及某些情况下基础受损的程度，始终是关键且重要的。利用扫描声纳及通过扫描声纳获得的详细图像，可得到某一桥梁下部结构处既有河槽底部的“放大照片”及基础暴露情况。据此，桥梁的所有者可了解桥梁的现状，也可作为下一步检测的依据，发现新的变化。

作为日常铁路桥梁检测的一部分，在潜水作业前利用扫描声纳技术对威斯康星州的一座桥梁下部结构单元的既有状况进行了评估。很明显，这些下部结构单元都不同程度受到冲刷侵蚀。此外，扫描图像对于确定基础几何形状及其构成非常有价值。与许多铁路桥梁情况相同，该桥多次易主，历史上经多次维修，没有设计图。

最后，利用通过扫描图像获得的威斯康星州铁路桥梁既有水下状况的比例“照片”，可确认冲刷程度，提供详细的基础设计，确定基础暴露程度。此外，扫描声纳结果还揭示了明显的受损情况，及下部结构单元基础桩暴露的情况。通过扫描声纳提供的桥梁真实状况，可更有效地安排潜水检测，确认扫描结果。如果桥梁的水下可视性低，仅靠潜水检测，是很难完成对水下条件的量化。

2009年，一条驳船撞击了一座钢板桩护井，并将其撞翻，使位于伊利诺伊州中部跨伊利诺伊河的一座桥的下部结构及周边河槽底受到破坏，需要紧急监测，记录受损程度。由于当时桥梁处最大水流达到每秒2~3英尺，潜水作业非常困难。因此，通过扫描声纳，生成水下声频图像是在潜水检测前获得有关信息及资料的最佳选择。更重要的是，扫描声纳图像可提供驳船撞击后的详细“大照片”，显示护井的具体位置及损坏的程度，以及撞击对桥梁下部结构带来的影响。所有这些都是对驳船撞击事件提起诉讼的有力证据。此外，扫描数据对随后的潜水检测非常有价值，有助于水下作业的协调，确定护井损坏、木板漂移堆积以及既有条件下下部结构受冲刷的程度。

在路易斯安娜州一座跨河铁路桥的上部结构更换作业中，为保留既有混凝土下部结构单元，建议在既有混凝土下部结构单元之间打桩，支撑新的钢排架，在既有各桥跨的中间位置加入新的桥跨。在重建初期，承包商曾担心，由于废弃木桩影响新的排架桩打桩作业，可能会增加工作量。为了确定新建桥跨周围是否存在废弃桩体，本应采用潜水检测作业，而实际上采用了扫描声纳技术，利用声频图像记录新建桥跨周围的水下情况。最后，通过扫描提供的沿桥梁既有桥跨详细的按比例断面图像，确定了新排架打桩位置，测量了监测到的废弃桩体或其他障碍物实际尺寸。扫描声纳图像揭示了桥梁河槽底上的废弃木桩的状况，仅出现了一次桩体或障碍物的位置在限制区域以内对打新桩有影响的情况。

特拉华州印地安河板桩堤岸的一部分，因河岸较高，潮汐流速快，造成大面积受冲刷，壁体基础损坏。最初，由于无法通过潜水检测充分了解冲刷的具体状况，使用了扫描声纳装置，获取有关冲刷程度及壁板与既有河槽底之间缝隙的精确图像。根据扫描结果，制定了抛石维修方案及具体措施，恢复壁体埋置，加固河槽底，防止再受冲刷。

在实施抛石填筑过程中，再次利用扫描声纳技术获取声波图像，确认岩石材料的具体填筑范围。根据图像显示，堤岸部分，事实上也就是受冲刷及侵蚀最严重的部分，没有按维修计划规定得到充分的抛石填筑。通过准确指出承包商在施工中存在的缺陷，并要求承包商按维修计划增加填筑，最后通过扫描声纳图像，确认填筑合格。