鐵路工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施原位檢測監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀與展望

侯銳申

摘要：目前，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的檢測監(jiān)測部門已建立起相應(yīng)專業(yè)的檢測監(jiān)測系統(tǒng)，各專業(yè)的檢測監(jiān)測系統(tǒng)為掌握其基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營狀態(tài)、指導(dǎo)基礎(chǔ)設(shè)施的 養(yǎng)護(hù)維修等工作提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。但各專業(yè)間數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，格式不統(tǒng)一，各類數(shù)據(jù)融合分析難度較大，不利于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)的綜合、統(tǒng)一管理。隨 著鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的檢測監(jiān)測逐步向綜合管理方向發(fā)展，應(yīng)建立一套鐵路工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測體系，對(duì)鐵路結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)進(jìn)行全面、綜合的評(píng)估管理。

關(guān)鍵詞：鐵路工務(wù);基礎(chǔ)設(shè)施;檢測監(jiān)測

1 原位檢測監(jiān)測技術(shù)

1.1 路基檢測監(jiān)測技術(shù)

1.1.1 路基狀況的車載地質(zhì)雷達(dá)檢測

地質(zhì)雷達(dá)檢測可有效用于識(shí)別道床臟污、翻漿冒泥、含水異常、路基 下沉等路基病害，并且可以實(shí)現(xiàn)車載檢測，監(jiān)測效率為 80～120km/h，檢測 深度為 2～3m。 隨著該技術(shù)廣泛應(yīng)用于新建鐵路路基驗(yàn)收及既有鐵路路基的 周期性檢測，車載雷達(dá)檢測的數(shù)據(jù)處理與判識(shí)能力大幅提升。

1.1.2 路基變形綜合監(jiān)測技術(shù)

現(xiàn)有的路基變形綜合監(jiān)測技術(shù)主要包括：（1）采用沉降變形自動(dòng)監(jiān)測?技術(shù)監(jiān)測典型路基結(jié)構(gòu)沉降變形;（2）采用高精度分層沉降位移計(jì)監(jiān)測路基、 地基分層變形; （3）采用深層土體水平位移計(jì)監(jiān)測路基深層土體水平位移變?化;（4）采用 S-SAR 型雷達(dá)坡體變形監(jiān)測技術(shù)定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測邊坡大范圍變形; （5）采用智能移動(dòng)變形測量機(jī)器人在不同停靠站間走行，測量停靠站間所有?觀測點(diǎn)對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)高程，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路上觀測點(diǎn)變形的測量。目前，該?技術(shù)廣泛應(yīng)用于哈大、京沈、蘭新、銀西、合福、魯南等線路。

1.2 橋梁檢測監(jiān)測技術(shù)

1.2.1 專項(xiàng)檢測

上部結(jié)構(gòu)的檢測包括橋梁索力、梁體撓度檢測。具體是基于雷達(dá)測量 技術(shù)，利用差分相位測量技術(shù)和高分辨率目標(biāo)提取技術(shù)，得到橋梁各個(gè)結(jié) 構(gòu)與雷達(dá)距離，將目標(biāo)物的位移情況投影到其他方向上，達(dá)到測量橋梁索 力以及梁體撓度的目的。該技術(shù)具有快速部署、非接觸式高效測量、不受 天氣影響的優(yōu)點(diǎn)。

1.2.2 橋梁狀態(tài)綜合檢測監(jiān)測技術(shù)

綜合檢測技術(shù)代表性的有橋梁故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)。PHM 系統(tǒng)以 橋梁 BIM 模型為載體，集成設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營維護(hù)不同階段、不同采集 源的數(shù)據(jù)，進(jìn)行挖掘、分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁狀態(tài)的診斷，同時(shí)可以對(duì)既有橋 梁的運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行趨勢預(yù)測。目前該項(xiàng)檢測技術(shù)已在京滬高鐵大勝關(guān)大橋 成功應(yīng)用。

1.3 隧道檢測監(jiān)測技術(shù)

隧道的檢測監(jiān)測工作主要分為 2 類：隧道通長的檢測、風(fēng)險(xiǎn)隧道的檢?測。隧道結(jié)構(gòu)通長檢測主要有 3 項(xiàng)：竣工驗(yàn)收檢測、周期檢測和日常檢測。 在隧道結(jié)構(gòu)通長檢測中根據(jù)隧道襯砌的外觀及質(zhì)量判斷隧道病害發(fā)生的風(fēng)?險(xiǎn)概率，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)的隧道重點(diǎn)監(jiān)測。最后，將檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)歸入隧道檢測?監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對(duì)隧道服役狀態(tài)開展智能評(píng)估。

1.4 軌道檢測監(jiān)測技術(shù)

軌道檢測監(jiān)測主要包括：穩(wěn)定性評(píng)估、安全性評(píng)估。穩(wěn)定性評(píng)估是依 據(jù)現(xiàn)場檢測監(jiān)測和關(guān)鍵部件室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果開展;安全性評(píng)估是依據(jù)檢測列 車動(dòng)力參數(shù)和地面監(jiān)測設(shè)施的檢測監(jiān)測結(jié)果開展。結(jié)合 2 類評(píng)估結(jié)果，將 綜合檢測車和軌道檢測小車所得數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲取重點(diǎn)區(qū)段軌道的服役 狀態(tài);最后將服役狀態(tài)數(shù)據(jù)歸入軌道檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，并依托評(píng)估 模型，對(duì)軌道服役狀態(tài)進(jìn)行智能評(píng)估。軌道檢測監(jiān)測技術(shù)主要包括：無縫 線路鎖定軌溫現(xiàn)場檢測技術(shù)、道床阻力及支承剛度檢測技術(shù)、軌道剛度檢 測技術(shù)、軌道長波不平順檢測技術(shù)、無砟軌道砂漿粘結(jié)狀態(tài)檢測技術(shù)、軌 道狀態(tài)長期監(jiān)測技術(shù)、道岔狀態(tài)檢測監(jiān)測技術(shù)。

1.5 站房檢測監(jiān)測技術(shù)

車站站房服役能力評(píng)估主要包括日常巡查、周期檢測和重點(diǎn)監(jiān)測三大 部分，構(gòu)建站房檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和相應(yīng)的智能評(píng)估系統(tǒng)。站房狀態(tài) 評(píng)估包括站房結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)估、雨棚結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)評(píng)估、天橋結(jié)構(gòu)振動(dòng) 響應(yīng)評(píng)估、車體站臺(tái)間隙檢測監(jiān)測評(píng)估等 4 項(xiàng)評(píng)估。通過深度分析站房、 雨棚、天橋、車體站臺(tái)間隙等現(xiàn)場檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于站房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和維護(hù)理念，充分考慮列車風(fēng)影響，掌握車站結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)規(guī)律，對(duì)站房結(jié)構(gòu) 的安全性與正常使用功能進(jìn)行評(píng)價(jià)與預(yù)警，向管理者、使用者及主要管理 部門提供相關(guān)信息。

2 發(fā)展展望與空天信息應(yīng)用

2.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)終端接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)終端定位，該監(jiān)測 手段可對(duì)目標(biāo)體的空間位置進(jìn)行連續(xù)測量，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)別位移的檢測監(jiān)測，主要針對(duì)工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測。北斗檢測技術(shù)可以對(duì)目標(biāo)體進(jìn)行 連續(xù)的高精度觀測，在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、地質(zhì)災(zāi)害等對(duì)時(shí)效性要求較強(qiáng)的監(jiān) 測工作中具有明顯優(yōu)勢。

2.2 衛(wèi)星遙感探測技術(shù)

遙感探測應(yīng)用傳感儀器對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)所輻射和反射的電磁波信息進(jìn)行?接收、處理，并最后成像，從而對(duì)目標(biāo)體進(jìn)行探測。借助波長 0.3μm～1cm?級(jí)別的電磁波探測，衛(wèi)星遙感可以提供大范圍、高精度、高分辨率的影像?數(shù)據(jù)。衛(wèi)星遙感探測具有可視性好、時(shí)空分辨率與幾何定位精度高、技術(shù)?實(shí)現(xiàn)性好等特點(diǎn)。鐵路工務(wù)檢測監(jiān)測工作中形位探測問題涉及橋梁、路基、 站房、隧道等各個(gè)專業(yè)，應(yīng)用空天技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)地表基礎(chǔ)設(shè)施形位的快速、 高效檢測。充分發(fā)揮北斗在經(jīng)緯度測量及合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)在高程測?量方面的優(yōu)勢，建立適用于鐵路沿線區(qū)域及設(shè)施設(shè)備的觀測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)線?路界別的鐵路形位高效探測。鐵路形位觀測的難點(diǎn)在于鐵路的長大線性分?布及鐵路設(shè)施設(shè)備形變監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)較高。借助 InSAR 測量技術(shù)和北斗導(dǎo)航?技術(shù)，微波遙感在地表形變檢測監(jiān)測方面已達(dá)到毫米級(jí)精度，為鐵路基礎(chǔ)?設(shè)施形位監(jiān)測提供了一種可靠的手段;結(jié)合高光譜分析技術(shù)的高分辨率光?學(xué)遙感的地質(zhì)解譯與分析可為鐵路沿線異物侵限和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測提供關(guān)鍵?信息。采用遙感方法探測鐵路沿線區(qū)域的地表沉降已經(jīng)取得了可觀的效果。 通過特殊鐵路結(jié)構(gòu)物微波反射特征提取、里程地理編碼等手段，可實(shí)現(xiàn)區(qū)?域沉降與局部差異沉降的毫米級(jí)監(jiān)測。

結(jié)語

交通強(qiáng)國，鐵路先行，安全保障，科技先行。在新技術(shù)快速發(fā)展的推 動(dòng)下，鐵路工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施原位檢測監(jiān)測技術(shù)邁入快速發(fā)展的新階段。為了 保障鐵路運(yùn)營安全，預(yù)防和避免工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施故障，需發(fā)展以信息技術(shù)為 支撐的鐵路工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)的智能化原位檢測監(jiān)測技術(shù)體系。探索 了多屬性、多角度的綜合探測技術(shù)在鐵路工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測中的應(yīng)用，對(duì)鐵路路基、橋梁、隧道、軌道和站房等基礎(chǔ)設(shè)施的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測試，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總集中管理和綜合分析評(píng)估，可掌 握鐵路工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施的整體服役狀態(tài)。同時(shí)，空天技術(shù)也將成為鐵路基礎(chǔ) 設(shè)施監(jiān)測的有力工具，通過各項(xiàng)技術(shù)的研究、發(fā)展、聯(lián)合、融會(huì)貫通，最 終形成“空-天-車-地”四位一體的鐵路工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施全方位、全時(shí)段檢測 監(jiān)測技術(shù)體系，為推進(jìn)我國工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施的智能檢養(yǎng)修提供了技術(shù)支撐。

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