張世紅 徐濟松 高春雷 何國華 王鵬

（中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

隧道在整個鐵路線路中占有較大的比例，是高速鐵路的重要組成部分。截止2015年底，建成已開通運營的高速鐵路隧道總長約3 200 km，數(shù)量超過2 200座，正在建設的高速鐵路隧道總長約2 900 km［1］。我國已成為世界上隧道數(shù)量最多，地質條件與施工環(huán)境最復雜的國家［2］。由于襯砌質量存在不密實或空洞等問題，導致新開通的高速鐵路隧道出現(xiàn)開裂、脫落、掉塊、滲漏水等病害，嚴重威脅高速鐵路的運營安全［3］。目前新建高速鐵路隧道主要采用人工舉升地質雷達天線的方法進行檢測［4-7］，每次只能檢測1條測線，且雷達覆蓋范圍有限，檢測速度慢、效率低、準確度和安全性不高，因此亟需對隧道襯砌質量快速準確檢測技術展開研究。

1 高速鐵路隧道檢測車簡介

高速鐵路隧道檢測車（圖1）在新建隧道襯砌與填充層施作后道床施工作業(yè)前對隧道襯砌質量進行檢測?？赏瑫r檢測3條測線，作業(yè)檢測速度為3～10 km/h，并可根據(jù)現(xiàn)場施工情況靈活調整檢測方案。作業(yè)過程中雷達天線距隧道內(nèi)壁間距保持在（100±20）mm，檢測系統(tǒng)操作便利、安全性高、穩(wěn)定性好。

圖1 高速鐵路隧道檢測車

2 現(xiàn)場試驗

2019年9—10月，高速鐵路隧道檢測車在新建銀川到西安高速鐵路彬縣段田塬隧道進行了檢測臂末端跟隨試驗。田塬隧道為雙線隧道，位于彬縣太峪鎮(zhèn)至涇河護岸之間，全長4 184.08 m。

2.1 測線布置

TB 10223—2004《鐵路隧道襯砌質量無損檢測》［8］和《鐵路隧道檢測技術手冊》［9］規(guī)定隧道上部須檢測5條測線，包括拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻和右邊墻。根據(jù)TB 10003—2016《鐵路隧道設計規(guī)范》［10］，結合高速鐵路隧道襯砌病害、缺陷統(tǒng)計結果，隧道上部在原有5條測線的基礎上增至9條，如圖2所示。

圖2 新建雙線高速鐵路隧道測線布置

2.2 作業(yè)流程（圖3）

圖3 作業(yè)流程

重要工序為：①系統(tǒng)上電。發(fā)電機系統(tǒng)及升降平臺、檢測臂等子系統(tǒng)上電。②選擇目標位置。啟動控制軟件，選擇目標位置。隧道第1次檢測須標定零點，標定后結果見圖4。檢測順序及各檢測臂相應目標位置見表1。③調整位置。根據(jù)輪廓傳感器的實時掃描數(shù)據(jù)，調整檢測車到指定位置。④平臺提升。3個升降平臺同時提升到設定高度。⑤檢測臂伸展、移動到目標位置。3條檢測臂先按照順序依次伸展到初始位，再同時移動到設定工作位。⑥檢測臂開始距離保持。根據(jù)激光傳感器實時反饋的距離數(shù)據(jù)，3個檢測臂同時運動，當端部距離隧道內(nèi)壁約100 mm時停止。⑦檢測車動態(tài)運行。根據(jù)隧道實際路面平整程度，檢測車以3 km/h速度前行開始動態(tài)檢測，檢測過程中端部激光傳感器實時反饋距離的變化，檢測臂通過快速調整姿態(tài)實現(xiàn)末端動態(tài)跟隨，保證端部與隧道內(nèi)壁距離在（100±20）mm。

圖4 零點標定后

表1 檢測順序及各檢測臂相應目標位置

3 試驗結果與分析

3.1 邊墻-拱腰

將在左邊墻-左拱腰和右邊墻-右拱腰作業(yè)時采集的數(shù)據(jù)進行整合分析，結果見圖5。統(tǒng)計可得：在邊墻-拱腰作業(yè)時1#，2#，3#檢測臂端部激光傳感器數(shù)據(jù)落在（80，120）區(qū)間的百分比分別為98.17%，97.50%，99.17%，達到現(xiàn)場檢測要求。

圖5 邊墻-拱腰作業(yè)時檢測臂端部激光傳感器實時采集的數(shù)據(jù)

3.2 拱頂

拱頂測試結果見圖6。統(tǒng)計可得：1#，2#，3#檢測臂端部激光傳感器數(shù)據(jù)落在（80，120）區(qū)間的百分比分別為100%，99.75%，100%，達到現(xiàn)場檢測要求。

圖6 拱頂作業(yè)時檢測臂端部激光傳感器實時采集的數(shù)據(jù)

4 結語

本文主要介紹了高速鐵路隧道檢測車檢測臂跟隨技術在新建雙線隧道中的應用情況。首先介紹了檢測車的基本性能及在雙線隧道中測線的布置；然后闡述了作業(yè)流程；最后按照檢測區(qū)域依次進行隧道邊墻拱腰和拱頂?shù)母S試驗。檢測結果表明，高速鐵路隧道檢測車能達到現(xiàn)場檢測要求，性能可靠，既保證了檢測臂跟隨數(shù)據(jù)的準確性，又提高了檢測效率。