王辰晨， 田卿燕， 張彥龍， 林海山

(1.廣東華路交通科技有限公司， 廣東 廣州 510420； 2.廣東交科檢測(cè)有限公司)

中國(guó)是交通大國(guó)，已經(jīng)初步形成了橫貫東西、縱貫?zāi)媳钡母咚俟肪W(wǎng)絡(luò)，截至2020年底，中國(guó)高速公路里程數(shù)突破16.1萬(wàn)km，里程規(guī)模居世界第一位，未來(lái)這一數(shù)字還將繼續(xù)增長(zhǎng)。同時(shí)，中國(guó)地形以山地為主，西部為高山地區(qū)，東部為沿海平原、丘陵地區(qū)，伴隨著西部大開(kāi)發(fā)、粵港澳大灣區(qū)等國(guó)家發(fā)展規(guī)劃的實(shí)施，大量公路隧道、跨海隧道修建而成。從中國(guó)第一長(zhǎng)的秦嶺終南山公路隧道到世界最長(zhǎng)公路沉管隧道的港珠澳大橋再到正在建設(shè)的世界最寬海底沉管隧道的深中通道等，均表明中國(guó)正在向交通強(qiáng)國(guó)、隧道強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。據(jù)2020年底統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國(guó)已建成公路隧道21 361座/2 199.93萬(wàn)延米。隨著隧道里程數(shù)的增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的隧道人工檢測(cè)方法存在效率低、周期長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)大、受交通管制影響大等缺點(diǎn)，隧道快速檢測(cè)系統(tǒng)基本不存在上述缺點(diǎn)，由此得到了較大推廣。目前，中國(guó)鐵路隧道快速檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用較廣、技術(shù)相對(duì)成熟，但公路隧道快速檢測(cè)系統(tǒng)仍處于發(fā)展研究階段，檢測(cè)結(jié)果還不能完全替代人工檢測(cè)，行業(yè)內(nèi)也還沒(méi)有形成專(zhuān)門(mén)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)公路隧道快速檢測(cè)系統(tǒng)仍是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，中國(guó)多家檢測(cè)單位也正在積極調(diào)研并推進(jìn)公路隧道快速檢測(cè)系統(tǒng)。鑒于此，為了確切了解公路隧道快速檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)效果，該文選取中國(guó)具有代表性的3家銷(xiāo)售快速檢測(cè)系統(tǒng)的廠家，擬定為A、B、C，分別進(jìn)行公路隧道模擬裂縫板的快速檢測(cè)比對(duì)試驗(yàn)以及快速檢測(cè)與人工復(fù)核檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)驗(yàn)證，以得出各廠家快速檢測(cè)系統(tǒng)的性能特點(diǎn)。

1 基于拍照技術(shù)的快速檢測(cè)原理

目前，公路隧道快速檢測(cè)技術(shù)主要包括基于拍照技術(shù)的快速檢測(cè)和基于激光掃描技術(shù)的快速檢測(cè)，由于激光掃描技術(shù)的檢測(cè)速度較慢，在公路隧道檢測(cè)中較少應(yīng)用，故一般不做考慮。

基于拍照技術(shù)的公路隧道快速檢測(cè)系統(tǒng)是一種通過(guò)采集圖像信息并對(duì)其進(jìn)行處理分析以達(dá)到快速檢測(cè)目的的技術(shù)，該技術(shù)主要采用CCD工業(yè)相機(jī)(線(xiàn)陣或面陣)對(duì)隧道襯砌表面進(jìn)行快速連續(xù)掃描，得到隧道襯砌表面影像圖，再采用圖像處理和圖像識(shí)別算法提取病害信息，并繪制病害展開(kāi)圖?？焖贆z測(cè)原理如圖1所示。

圖1 快速檢測(cè)原理

2 模擬裂縫板現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)

考慮到目前中國(guó)公路隧道主要是兩車(chē)道和三車(chē)道，故該試驗(yàn)分別選擇兩車(chē)道和三車(chē)道隧道進(jìn)行模擬裂縫板設(shè)置。

2.1 比對(duì)試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用人工設(shè)置的模擬裂縫板作為試驗(yàn)采集裂縫病害的載體，并在隧道邊墻設(shè)置里程樁號(hào)牌，在三車(chē)道隧道安裝4塊標(biāo)準(zhǔn)裂縫板(洞口段和中間段兩個(gè)斷面，安裝于兩側(cè)邊墻)，兩車(chē)道隧道安裝6塊標(biāo)準(zhǔn)裂縫板(洞口段和中間段兩個(gè)斷面，安裝于兩側(cè)邊墻和中間段斷面的拱腰處)。每塊標(biāo)準(zhǔn)裂縫板平均包含不同寬度(0.1～0.8 mm)、不同長(zhǎng)度(0.3～3 m)和不同類(lèi)型(斜向裂縫、縱向裂縫和環(huán)向裂縫)組合的裂縫8～9條，共計(jì)裂縫85條。

2.2 比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果

選取3個(gè)廠家的快速檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬裂縫板的快速檢測(cè)試驗(yàn)，以人工設(shè)置模擬裂縫板的裂縫數(shù)據(jù)作為比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，綜合比對(duì)并分析3個(gè)廠家的檢測(cè)效果，比對(duì)內(nèi)容包括：裂縫覆蓋率、裂縫樁號(hào)偏差、裂縫類(lèi)型判斷準(zhǔn)確率、裂縫尺寸(寬度、長(zhǎng)度)測(cè)量偏差、拼接圖片效果、平均檢測(cè)速度等。

圖2為模擬試驗(yàn)板立面圖。

3廠家模擬裂縫板快速檢測(cè)比對(duì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 隧道快速檢測(cè)比對(duì)結(jié)果

由表1可以得出：

(1) 三車(chē)道、兩車(chē)道快速檢測(cè)結(jié)果中3家廠家的平均裂縫覆蓋率分別為88.8%、94.9%。說(shuō)明目前快速檢測(cè)系統(tǒng)裂縫覆蓋率基本能夠達(dá)到85%以上，兩車(chē)道快速檢測(cè)效果優(yōu)于三車(chē)道。

(2) 兩車(chē)道和三車(chē)道快速檢測(cè)結(jié)果中3家廠家的裂縫樁號(hào)定位偏差均小于1 m，說(shuō)明目前快速檢測(cè)系統(tǒng)病害識(shí)別樁號(hào)基本能夠滿(mǎn)足要求。

(3) 三車(chē)道、兩車(chē)道快速檢測(cè)結(jié)果中3家廠家的平均裂縫類(lèi)型判斷準(zhǔn)確率分別為93.5%、95.7%。說(shuō)明目前快速檢測(cè)系統(tǒng)裂縫類(lèi)型判斷準(zhǔn)確率基本能夠達(dá)到90%以上，兩車(chē)道和三車(chē)道快速檢測(cè)效果相當(dāng)。

(4) 三車(chē)道、兩車(chē)道快速檢測(cè)結(jié)果中平均裂縫寬度測(cè)量誤差分別為0.193、0.243 mm；平均裂縫長(zhǎng)度測(cè)量誤差分別為0.123、0.047 mm。說(shuō)明目前快速檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于裂縫寬度測(cè)量誤差相對(duì)較大，對(duì)于裂縫長(zhǎng)度測(cè)量誤差基本滿(mǎn)足要求。

(5) 兩車(chē)道和三車(chē)道快速檢測(cè)結(jié)果中3家廠家的拼接圖片效果總體一般，說(shuō)明目前快速檢測(cè)系統(tǒng)在圖片后處理、成果展示方面還存在不足。

(6) 三車(chē)道、兩車(chē)道快速檢測(cè)結(jié)果中3家廠家的平均檢測(cè)速度分別為39.6、39.9 km/h。說(shuō)明目前快速檢測(cè)系統(tǒng)在有效可行的前提下速度能夠保持40 km/h左右。

3 快速檢測(cè)與人工復(fù)核檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)驗(yàn)證

3.1 比對(duì)驗(yàn)證方案

比對(duì)驗(yàn)證方案采取快速檢測(cè)系統(tǒng)提前進(jìn)行檢測(cè)的方式，拿到快速檢測(cè)結(jié)果，再到典型隧道進(jìn)行人工復(fù)核檢測(cè)，比對(duì)驗(yàn)證技術(shù)指標(biāo)與模擬裂縫板比對(duì)試驗(yàn)相同。為方便統(tǒng)計(jì)分析，比對(duì)驗(yàn)證分成拱部和邊墻兩部分進(jìn)行比對(duì)。

3.2 比對(duì)驗(yàn)證結(jié)果

3.2.1 拱部比對(duì)驗(yàn)證結(jié)果

典型隧道快速檢測(cè)結(jié)果與2018年定檢結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)人工復(fù)核檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)整理如圖3所示。

由圖3可知：典型隧道拱部主要存在寬度大于等于0.2 mm或者長(zhǎng)度大于等于3 m的長(zhǎng)裂縫，3家廠家快速檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果也基本符合該規(guī)律。

圖3 典型隧道快速檢測(cè)與人工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果比對(duì)(拱部)

3家廠家快速檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)果中拱部平均裂縫覆蓋率為72.9%，平均裂縫誤判率為14.5%。平均裂縫覆蓋率高于2018年定檢結(jié)果，但是存在一定的誤判，誤判者主要為寬度大于等于0.2 mm且長(zhǎng)度在3 m以?xún)?nèi)的短裂縫和中短裂縫。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)得，裂縫寬度大于等于0.2 mm且同時(shí)裂縫長(zhǎng)度大于等于3 m的長(zhǎng)裂縫共計(jì)60條，3家廠家對(duì)應(yīng)的檢測(cè)數(shù)量如圖3(d)所示，分別占比76.7%、90%、85%，平均占比83.9%，高于2018年定檢。

此外，2018年人工定檢結(jié)果在拱部裂縫覆蓋率上均小于3家廠家快速檢測(cè)結(jié)果，造成這一結(jié)果的原因是多方面的，首先可能是定檢人員自身原因，如檢測(cè)疏忽與不仔細(xì)等，其次是外部原因，如高空作業(yè)車(chē)速過(guò)快、存在安全隱患等。

3.2.2 邊墻比對(duì)驗(yàn)證結(jié)果

典型隧道快速檢測(cè)結(jié)果與2018年定檢結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)人工復(fù)核檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)整理如圖4所示。

由圖4可知：典型隧道邊墻裂縫主要為寬度小于0.2 mm且長(zhǎng)度為1～3 m的中短裂縫以及長(zhǎng)度大于3 m的長(zhǎng)裂縫，3家廠家快速檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果與該分布規(guī)律較為一致。

圖4 典型隧道快速檢測(cè)與人工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果比對(duì)(邊墻)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)得，3家廠家快速檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)果中邊墻平均裂縫覆蓋率為11.6%，遠(yuǎn)小于裂縫實(shí)際數(shù)量，漏檢裂縫主要為分布于邊墻瓷磚上的寬度小于0.2 mm的微裂縫，同時(shí)也說(shuō)明目前快速檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)精度最小只能達(dá)到0.2 mm。

對(duì)于小于0.2 mm的微裂縫，人工復(fù)核檢測(cè)憑借肉眼近距離觀察較快速檢測(cè)系統(tǒng)更易于識(shí)別，這也是2018年定檢結(jié)果邊墻裂縫覆蓋率遠(yuǎn)高于3家廠家快速檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)果的直接原因。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過(guò)調(diào)研中國(guó)具有代表性3家廠家的快速檢測(cè)系統(tǒng)，分別進(jìn)行了模擬裂縫板現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)以及快速檢測(cè)與人工復(fù)核檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)驗(yàn)證，得出如下結(jié)論：

(1) 基于拍照技術(shù)的快速檢測(cè)系統(tǒng)目前是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，具有高效、快捷、不影響交通安全等特點(diǎn)，但是技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到完全成熟的程度。

(2) 模擬裂縫板現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)得出3家廠家的快速檢測(cè)系統(tǒng)效果整體較好，裂縫覆蓋率均在85%以上，裂縫判斷準(zhǔn)確率均在90%以上。但是裂縫寬度測(cè)量誤差較大，拼接圖片效果及成果展示仍存在不足。

(3) 快速檢測(cè)與人工復(fù)核檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)驗(yàn)證得出3家廠家的快速檢測(cè)系統(tǒng)在拱部裂縫檢測(cè)效果上均好于2018年人工定檢，這是由于高空作業(yè)車(chē)內(nèi)檢測(cè)人員疏忽及高空作業(yè)車(chē)作業(yè)區(qū)間的局限性。在邊墻裂縫檢測(cè)效果上均不佳，對(duì)寬度小于0.2 mm的微裂縫識(shí)別效果較差，檢測(cè)精度一般只能達(dá)到0.2 mm。

(4) 快速檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果具有自動(dòng)識(shí)別并輸出的功能，但是存在識(shí)別錯(cuò)誤或者遺漏等問(wèn)題，還需要人工后期對(duì)結(jié)果進(jìn)行篩選處理，存在一定的主觀性，進(jìn)而影響了檢測(cè)結(jié)果的唯一準(zhǔn)確性。

(5) 快速檢測(cè)系統(tǒng)具有其適用性，但仍存在不足，隧道動(dòng)態(tài)病害難以檢測(cè)，如襯砌噴射、涌水、滴漏等。

4.2 建議

(1) 如購(gòu)置或租用隧道快速檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)將快速檢測(cè)系統(tǒng)作為一種初步篩查的手段，后期再針對(duì)問(wèn)題段落進(jìn)行人工復(fù)檢，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2) 針對(duì)快速檢測(cè)系統(tǒng)中裂縫寬度測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)宜進(jìn)行折減修正，可進(jìn)一步開(kāi)展裂縫寬度校核比對(duì)試驗(yàn)，得到可適用的折減修正系數(shù)。

(3) 針對(duì)隧道動(dòng)態(tài)病害進(jìn)一步開(kāi)展試驗(yàn)檢測(cè)比對(duì)試驗(yàn)及技術(shù)研究。

(4) 推動(dòng)形成行業(yè)內(nèi)快速檢測(cè)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，更有利于廠家對(duì)其快速檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。

(5) 搭建快速檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸平臺(tái)，做到外業(yè)快速檢測(cè)數(shù)據(jù)采集完成后，內(nèi)業(yè)采集數(shù)據(jù)便可同步生成并進(jìn)行識(shí)別處理。