鐵路工務基礎設施原位檢測監測技術現狀與展望

侯銳申

摘要：目前，鐵路基礎設施的檢測監測部門已建立起相應專業的檢測監測系統，各專業的檢測監測系統為掌握其基礎設施運營狀態、指導基礎設施的 養護維修等工作提供了數據依據。但各專業間數據相互獨立，格式不統一，各類數據融合分析難度較大，不利于鐵路基礎設施狀態的綜合、統一管理。隨 著鐵路基礎設施的檢測監測逐步向綜合管理方向發展，應建立一套鐵路工務基礎設施檢測監測體系，對鐵路結構的整體狀態進行全面、綜合的評估管理。

關鍵詞：鐵路工務;基礎設施;檢測監測

1 原位檢測監測技術

1.1 路基檢測監測技術

1.1.1 路基狀況的車載地質雷達檢測

地質雷達檢測可有效用于識別道床臟污、翻漿冒泥、含水異常、路基 下沉等路基病害，并且可以實現車載檢測，監測效率為 80～120km/h，檢測 深度為 2～3m。 隨著該技術廣泛應用于新建鐵路路基驗收及既有鐵路路基的 周期性檢測，車載雷達檢測的數據處理與判識能力大幅提升。

1.1.2 路基變形綜合監測技術

現有的路基變形綜合監測技術主要包括：（1）采用沉降變形自動監測?技術監測典型路基結構沉降變形;（2）采用高精度分層沉降位移計監測路基、 地基分層變形; （3）采用深層土體水平位移計監測路基深層土體水平位移變?化;（4）采用 S-SAR 型雷達坡體變形監測技術定點連續監測邊坡大范圍變形; （5）采用智能移動變形測量機器人在不同停靠站間走行，測量停靠站間所有?觀測點對于基準點的相對高程，實現對線路上觀測點變形的測量。目前，該?技術廣泛應用于哈大、京沈、蘭新、銀西、合福、魯南等線路。

1.2 橋梁檢測監測技術

1.2.1 專項檢測

上部結構的檢測包括橋梁索力、梁體撓度檢測。具體是基于雷達測量 技術，利用差分相位測量技術和高分辨率目標提取技術，得到橋梁各個結 構與雷達距離，將目標物的位移情況投影到其他方向上，達到測量橋梁索 力以及梁體撓度的目的。該技術具有快速部署、非接觸式高效測量、不受 天氣影響的優點。

1.2.2 橋梁狀態綜合檢測監測技術

綜合檢測技術代表性的有橋梁故障預測與健康管理系統。PHM 系統以 橋梁 BIM 模型為載體，集成設計、施工以及運營維護不同階段、不同采集 源的數據，進行挖掘、分析，實現對橋梁狀態的診斷，同時可以對既有橋 梁的運營狀態進行趨勢預測。目前該項檢測技術已在京滬高鐵大勝關大橋 成功應用。

1.3 隧道檢測監測技術

隧道的檢測監測工作主要分為 2 類：隧道通長的檢測、風險隧道的檢?測。隧道結構通長檢測主要有 3 項：竣工驗收檢測、周期檢測和日常檢測。 在隧道結構通長檢測中根據隧道襯砌的外觀及質量判斷隧道病害發生的風?險概率，對高風險的隧道重點監測。最后，將檢測監測數據歸入隧道檢測?監測數據管理系統，對隧道服役狀態開展智能評估。

1.4 軌道檢測監測技術

軌道檢測監測主要包括：穩定性評估、安全性評估。穩定性評估是依 據現場檢測監測和關鍵部件室內試驗結果開展;安全性評估是依據檢測列 車動力參數和地面監測設施的檢測監測結果開展。結合 2 類評估結果，將 綜合檢測車和軌道檢測小車所得數據進行融合，獲取重點區段軌道的服役 狀態;最后將服役狀態數據歸入軌道檢測監測數據管理系統，并依托評估 模型，對軌道服役狀態進行智能評估。軌道檢測監測技術主要包括：無縫 線路鎖定軌溫現場檢測技術、道床阻力及支承剛度檢測技術、軌道剛度檢 測技術、軌道長波不平順檢測技術、無砟軌道砂漿粘結狀態檢測技術、軌 道狀態長期監測技術、道岔狀態檢測監測技術。

1.5 站房檢測監測技術

車站站房服役能力評估主要包括日常巡查、周期檢測和重點監測三大 部分，構建站房檢測監測數據管理平臺和相應的智能評估系統。站房狀態 評估包括站房結構健康狀態評估、雨棚結構振動響應評估、天橋結構振動 響應評估、車體站臺間隙檢測監測評估等 4 項評估。通過深度分析站房、 雨棚、天橋、車體站臺間隙等現場檢測監測數據，基于站房結構設計和維護理念，充分考慮列車風影響，掌握車站結構服役狀態規律，對站房結構 的安全性與正常使用功能進行評價與預警，向管理者、使用者及主要管理 部門提供相關信息。

2 發展展望與空天信息應用

2.1 北斗衛星導航技術

北斗衛星導航系統根據終端接收到的衛星數據實現終端定位，該監測 手段可對目標體的空間位置進行連續測量，實現毫米級別位移的檢測監測，主要針對工務基礎設施與地質災害監測。北斗檢測技術可以對目標體進行 連續的高精度觀測，在關鍵基礎設施、地質災害等對時效性要求較強的監 測工作中具有明顯優勢。

2.2 衛星遙感探測技術

遙感探測應用傳感儀器對遠距離目標所輻射和反射的電磁波信息進行?接收、處理，并最后成像，從而對目標體進行探測。借助波長 0.3μm～1cm?級別的電磁波探測，衛星遙感可以提供大范圍、高精度、高分辨率的影像?數據。衛星遙感探測具有可視性好、時空分辨率與幾何定位精度高、技術?實現性好等特點。鐵路工務檢測監測工作中形位探測問題涉及橋梁、路基、 站房、隧道等各個專業，應用空天技術可以實現地表基礎設施形位的快速、 高效檢測。充分發揮北斗在經緯度測量及合成孔徑雷達干涉技術在高程測?量方面的優勢，建立適用于鐵路沿線區域及設施設備的觀測系統，實現線?路界別的鐵路形位高效探測。鐵路形位觀測的難點在于鐵路的長大線性分?布及鐵路設施設備形變監測的標準較高。借助 InSAR 測量技術和北斗導航?技術，微波遙感在地表形變檢測監測方面已達到毫米級精度，為鐵路基礎?設施形位監測提供了一種可靠的手段;結合高光譜分析技術的高分辨率光?學遙感的地質解譯與分析可為鐵路沿線異物侵限和地質災害監測提供關鍵?信息。采用遙感方法探測鐵路沿線區域的地表沉降已經取得了可觀的效果。 通過特殊鐵路結構物微波反射特征提取、里程地理編碼等手段，可實現區?域沉降與局部差異沉降的毫米級監測。

結語

交通強國，鐵路先行，安全保障，科技先行。在新技術快速發展的推 動下，鐵路工務基礎設施原位檢測監測技術邁入快速發展的新階段。為了 保障鐵路運營安全，預防和避免工務基礎設施故障，需發展以信息技術為 支撐的鐵路工務基礎設施服役狀態的智能化原位檢測監測技術體系。探索 了多屬性、多角度的綜合探測技術在鐵路工務基礎設施檢測監測中的應用，對鐵路路基、橋梁、隧道、軌道和站房等基礎設施的各項指標進行測試，通過統一的數據平臺對各項數據進行匯總集中管理和綜合分析評估，可掌 握鐵路工務基礎設施的整體服役狀態。同時，空天技術也將成為鐵路基礎 設施監測的有力工具，通過各項技術的研究、發展、聯合、融會貫通，最 終形成“空-天-車-地”四位一體的鐵路工務基礎設施全方位、全時段檢測 監測技術體系，為推進我國工務基礎設施的智能檢養修提供了技術支撐。

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