“设备开启正常，可以下水。”“水下图像清晰，桥墩检测完毕。”26日，在江西省南昌县的福银高速乐温段滁州抚河特大桥下，桥梁检测工作人员正在操作水下机器人对桥梁的水下部分进行检测，这也是江西省首次利用机器人进行桥梁涉水检测。
检测现场，在技术人员的操作下，一台橙色的水下机器人漂浮在水面上，游向桥墩底部，工作人员通过遥控器，机器人“扎猛子”潜到水下，随即，水下墩柱的情况通过高清摄像头实时传回显示屏上，照片清晰，桥墩状况一目了然。
“以往，我们对水下桥梁的检测是采用蛙人水下摸桩的方式进行普查，由于水下能见度低，水流湍急，容易遗漏问题，且水下摸桩还对蛙人存在一定的安全风险。”检测人员介绍，水下机器人搭载摄像镜头，还配备有可调节灯光亮度的照明灯，检测员在船上就可以实时清晰地观察到水下桥墩的状况，一边查看，一边拍摄记录数据，掌握水下桥墩的状况，及时发现“病害”采取措施整治，从而大大地降低桥梁养护风险，保障桥梁的安全运行。
水下基础检测机器人
（一）水下桩基检测新技术
1.技术特点
与传统人工检测方法相比，水下基础检测机器人技术具有以下优势：
（1）适用范围广，作业深度可达300m，最大水下负载可达13kg，可实现自动定向，自动定深；
（2）安全性足，由工作人员远程操控机器人检测，安全风险较低；
（3）检测成本低，主要为一次性设备投入，节省大量人工成本；
（4）检测精度高，机器人续航能力强，可长时间水下观测。
2.设备组成及功能
水下基础检测新技术主要采用多波束装置结合无人潜航器（Remotely Operated Vehicle，简称ROV）设备。多波束系统主要包括波束收发换能器、信号控制处理系统、定位辅助设备和控制软件等，通过收发声波，能快速、准确地探测水下地形，得到高精度的三维地形图。无人潜航器由水下运动平台、控制箱、脐带缆和缆轴四部分组成，可灵活实现水下定位、水下搭载等操作，可实现水下基础外观的局部检查。
3.水下检测总体思路
水下检测项目采用“面积性普查与局部详查”相结合的总体思路：
（1）采用多波束探测系统对桥区水下地形冲刷进行全覆盖扫描，获取水下地形以及水下地貌资料，分析桥区地形冲刷情况，以及墩身与河床的结合处冲刷情况分布。
（2）根据现场水环境状况，采用水下机器人进行桥体水下结构病害的分布、尺寸探查。
（二）水下桩基检测应用
目前上述水下基础检测技术已经在九景高速鄱阳湖大桥涉水段、南昌绕城高速架桥抚河特大桥涉水段、长杭高速余干信江特大桥涉水段等水下基础检测项目进行了成功应用。
1.应用概况
鄱阳湖大桥为双塔双索面砼斜拉桥，位于江西省湖口县，跨越鄱阳湖，桥梁全长3799m，引桥长1654m，副跨长1500m，主桥长646m。主桥跨径布置为65m+123m+318m+130m，连续长度为636m，采用挂篮悬浇法施工。引桥为55孔30m跨径简支T梁，副跨为30孔50m跨径简支T梁。因为湖口上游10几公里处便是有“东方百慕大”之称的“魔鬼水域”，就是经常会莫名其妙沉船的地方，加上鄱阳湖底尽是数不清的溶洞，而且水底淤泥厚达三四十米，因此该大桥的涉水检测尤为重要。现场对1#～5#涉水基础进行水下检测，并对桥位所处河床冲刷情况进行多波束扫测。
2.现场检测
（1）测线布置
根据多波束扫测宽度在桥区设计测线，船只按测线行驶，保证多波束声呐在桥区进行多次覆盖扫测，航线轨迹如下：
图源：试验检测工作委员会
（2）多波束设备安装调试
以租用船只为多波束探测系统的载体，安装多波束系统水下换能器阵、表面声速探头，船上固定POSMV定位定姿一体机，各安装设备与船体摇晃一致；
（3）潮位测定
采用Tide Master型验潮仪在检测全过程测定潮位，潮位记录时间间隔15min；
（4）声速测定
在声呐检测过程中，每个2小时采用Minos-X型声速剖面仪测定测区内声速，剖面间距设置为0.5m，及时根据测定的声速剖面对声呐系统实施改正；
（5）声呐系统校正
根据规范，在检测作业前对声呐系统进行定位延时和姿态校正。取平均水深不小于测区最大水深的水域进行校正，每种姿态校准参数采集3组数据，采集完毕后依次按照时延、横摇、纵摇、艏向的顺序进行校准参数的计算，取三组数据计算结果的平均值作为最终校准结果；
（6）声呐十字交叉比对
经过横摇偏差、纵摇偏差和艏向偏差测定与校正后，对其综合测深误差进行测定（十字交叉测试），测试区域选择在水深大于等于测区内的最大水深、水下地形平坦的水域，并按正交方向分别布设测深线进行测量，比对重叠部分的水深，水深比对大于±0.2m的点数不超过10%；
（7）ROV设备安装调试
检查ROV主机通电性能、摄像头、灯光、供电线缆是否存在缺口、破裂或其它缺陷等损坏情况。将地面控制台放置在工作船甲板上，依次连接脐带缆、地面控制台、电源线、外置记录与监视设备，打开主电源，测试各部分设备通电是否正常；
（8）ROV水下定位
将无人潜航器放置水中，工作人员在甲板上通过查看显示终端，采用控制台实时控制无人潜航器航行至指定位置；
（9）ROV水下检测
通过远程传输图像，工作人员实时观测传输至显示器的外观情况，并对检测图像进行存储、描述、记录，直至检测完所有应检区域；
（10）设备回收
检测结束后，操控无人潜航器返回甲板，清点设备；
（11）数据处理
从终端软件中提取检测数据，进行数据分析、处理。
3.应用效果评价
针对鄱阳湖大桥、架桥抚河特大桥、余干信江特大桥等水下的桩基检测，采用传统人工下潜方案，发现存在以下问题：水下地形情况不明，无法确定当前水下墩桩柱埋置深度与河床冲刷趋势；检测效率低下，下潜人员需经常出水调整；人员水中操作仪器存在困难，病害照片质量不佳。
为弥补传统检测方法应用过程中所存在的缺陷，对涉水基础采用新型水下检测技术——多波束探测整体，水下潜航机器人辅以水下人工探测局部细节。结果表明，采用多波束系统能十分便捷地测量不同水深处水下地形地貌，通过与设计资料或历史数据进行对比，便能直接得到当前河床冲刷状况：如鄱阳湖大桥2#墩桩柱附近冲刷最深处达4m，3#墩桩柱附近冲刷最深处达5.6m。采用水下潜航器对墩柱状况进行外观检测能对各部分病害进行详细把控，检测结果发现几乎所有墩柱周围都附有大量水生物，部分墩柱，如2#墩左侧墩柱距承台顶面5m至13.2m范围内，存在混凝土表面劣化等病害。
水下检测新型技术不光具有传统人工检测的优势：具备较高的灵活性，且能应对浑浊水环境下的细节检查。在此基础上，还结合了现代信息成像技术，采用多波束装置对整体地形地貌进行掌控，得到各水下墩柱轮廓及河床冲刷状况，对水下桥梁墩柱工作状况的评价具有及其重要的参考价值。
