軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測方法與技術(shù)研究

李明達(dá)

（北京鐵研建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京 102600）

0 引言

軌道交通作為城市交通的主要載體，其安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)質(zhì)量是軌道交通安全運(yùn)行的核心要素，因此對其進(jìn)行有效的質(zhì)量檢測與監(jiān)測尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測方法雖然能在一定程度上保障工程的安全性，但隨著技術(shù)的進(jìn)步和工程規(guī)模的擴(kuò)大，其局限性也日益凸顯。為此，對軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測方法和技術(shù)進(jìn)行研究，希望能為軌道交通工程提供更科學(xué)、有效的檢查手段，確保其安全、高效運(yùn)行。

1 軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測方法

1.1 傳統(tǒng)質(zhì)量檢測方法

傳統(tǒng)的軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測方法主要依賴于視覺檢查、手工檢測工具和基本的儀器設(shè)備。例如，使用簡單的錘擊法判斷混凝土結(jié)構(gòu)的完整性；通過聲音變化分析內(nèi)部的空腔或裂縫問題；利用尺子和測距儀等測量工具檢查結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀；采用鋼筋探測器檢測混凝土內(nèi)的鋼筋位置和鋼筋保護(hù)層厚度；使用顯微鏡或者特殊的染料檢測細(xì)小裂縫。雖然這些方法能夠?yàn)樵缙诘墓こ添?xiàng)目提供基本的質(zhì)量保障，但在很大程度上依賴于工程師的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)能力，檢查結(jié)果容易受到人為因素的影響。并且，隨著軌道交通工程規(guī)模的擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的提高，這些方法的局限性逐漸顯現(xiàn)，如檢查效率低、可能遺漏隱患等，從而需要采取更先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測。

1.2 先進(jìn)質(zhì)量檢測技術(shù)及優(yōu)勢

近年來，軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測方法與技術(shù)經(jīng)歷了一系列革新，尤其是非破壞性檢測技術(shù)，如超聲波探傷、紅外熱像和地面穿透雷達(dá)技術(shù)等，能夠深入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，準(zhǔn)確識別并定位潛在的缺陷，且完全不會損傷或影響檢測部位的完整性，實(shí)現(xiàn)了對軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量的深入探查。

超聲波探傷技術(shù)主要是利用聲波在材料中的傳播特性來探測結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。該技術(shù)能夠識別微小裂紋、空洞和其他缺陷，能夠有效檢查混凝土、金屬和其他工程材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量。紅外熱像技術(shù)是通過捕捉物體發(fā)出的紅外輻射來制作熱圖像，從而幫助發(fā)現(xiàn)溫度異常區(qū)域（通常是結(jié)構(gòu)缺陷的征兆）[1]。地面穿透雷達(dá)技術(shù)主要是借助深入地下的高頻率無線電波探測結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性。

此外，數(shù)字化建模和模擬技術(shù)能夠?yàn)楣こ處熖峁└叨染珳?zhǔn)的三維視圖，使其能夠直觀地對比設(shè)計(jì)圖和實(shí)際結(jié)構(gòu)，迅速定位偏差或異常。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，同時(shí)通過云技術(shù)即時(shí)傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)庫，便于工程師實(shí)時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程分析和評估。

綜合而言，這些技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測的準(zhǔn)確性和效率，可確保項(xiàng)目的安全性、穩(wěn)定性和耐用性，同時(shí)能大大降低維護(hù)成本和潛在風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

城市軌道交通工程的結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估是確保工程安全、可靠運(yùn)行以及延長使用壽命的重要環(huán)節(jié)，因此需要對其進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查與評估[2]。《城市軌道交通結(jié)構(gòu)工程檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/T 2126—2023）為結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估提供了明確的標(biāo)準(zhǔn)，便于工程師、技術(shù)人員和管理者更準(zhǔn)確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估，保證軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

2 城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測技術(shù)應(yīng)用

2.1 非破壞性檢測技術(shù)

非破壞性檢測技術(shù)（NDT）近年來在城市軌道交通工程中得到了廣泛應(yīng)用，成為工程質(zhì)量評估的重要工具。該技術(shù)的核心優(yōu)勢在于能夠在不損傷或改變材料和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的情況下，準(zhǔn)確地檢測、評估和分析結(jié)構(gòu)的完整性和安全性。隨著科技的進(jìn)步，NDT 技術(shù)已從基礎(chǔ)的超聲波、磁粉檢測等技術(shù)發(fā)展到更高級的數(shù)字成像、地面穿透雷達(dá)和聲發(fā)射技術(shù)。

例如，數(shù)字X 射線成像技術(shù)可以為工程師提供高分辨率的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，幫助他們識別微小的裂縫、空洞或其他潛在缺陷。地面穿透雷達(dá)技術(shù)能深入地下，檢測軌道下方的結(jié)構(gòu)和地質(zhì)狀況，提供關(guān)于土壤、水文和巖石的深入信息，從而幫助決策者了解相關(guān)因素對上層結(jié)構(gòu)的潛在影響。聲發(fā)射技術(shù)的原理是通過材料在受力時(shí)產(chǎn)生的聲音評估材料的應(yīng)力狀態(tài)和疲勞程度[3]。

此外，非破壞性檢測技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析方法的結(jié)合，如人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高了檢測效率和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。這種技術(shù)與算法的融合使得NDT 不僅可以檢測現(xiàn)有問題，還可以預(yù)測未來可能出現(xiàn)的問題，可為城市軌道交通工程的維護(hù)和管理提供有效的決策支持。

2.2 數(shù)字化建模和模擬

在現(xiàn)代城市軌道交通工程中，數(shù)字化建模和模擬已成為質(zhì)量檢測的關(guān)鍵組成部分。通過高精度的三維數(shù)字模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對整個(gè)工程的精細(xì)化、全面化描述，使項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)（設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等）均有明確的參考依據(jù)。這種模型不僅能反映工程的幾何形態(tài)，還能提供材料屬性、施工工藝和預(yù)期性能等多維度信息。

在質(zhì)量檢測階段，數(shù)字化模型能夠提供一種直觀、高效的方式，用以對比實(shí)際工程與設(shè)計(jì)意圖之間的差異。這種對比可以精確到毫米級別，確保結(jié)構(gòu)的每個(gè)部分都符合設(shè)計(jì)規(guī)范。此外，模型中的數(shù)據(jù)還可以用于各種模擬測試，如加載測試、動力學(xué)模擬等，以驗(yàn)證工程結(jié)構(gòu)在各種預(yù)期和非預(yù)期負(fù)載下的性能表現(xiàn)。

數(shù)字化模擬的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是預(yù)測能力。基于歷史數(shù)據(jù)和模型參數(shù)，可以模擬工程結(jié)構(gòu)在長時(shí)間運(yùn)行后的狀態(tài)，從而識別可能出現(xiàn)的疲勞、裂縫和其他潛在問題。這種預(yù)測模擬能夠?yàn)榫S護(hù)決策提供有力支持，幫助工程團(tuán)隊(duì)制訂更為精準(zhǔn)的維保策略和計(jì)劃[4]。

隨著計(jì)算能力的提高和傳感技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字化建模和模擬的精度和范圍也在持續(xù)擴(kuò)展。當(dāng)前，模型不僅可以展示工程結(jié)構(gòu)，還可以融入環(huán)境因素，如地下水位、土壤屬性和氣候變化等，為城市軌道交通工程的全生命周期管理提供全方位的技術(shù)支持。

2.3 監(jiān)測系統(tǒng)

在軌道交通工程中，借助監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集和分析是確保工程安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)捕捉工程結(jié)構(gòu)的各種變化和異動，從而為決策者提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息。監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和分析流程如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和分析流程

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集依賴于布置在工程關(guān)鍵位置的傳感器，這些傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力、溫度、振動等物理量。例如，光纖布里淵散射技術(shù)可用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)的微小變形，壓電傳感器能夠捕捉到結(jié)構(gòu)的微振動。這些傳感器通常與無線通信模塊結(jié)合，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)。

中央監(jiān)控系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后，會對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和篩選，剔除異常值和噪聲，然后應(yīng)用先進(jìn)的算法進(jìn)行深度分析。通過頻譜分析、時(shí)頻分析和模式識別等技術(shù)，系統(tǒng)能夠識別結(jié)構(gòu)的正常響應(yīng)和潛在的異常狀態(tài)。例如，通過對振動數(shù)據(jù)的頻譜分析，可以判斷結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)了共振，對溫度和應(yīng)力數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，則能夠預(yù)測混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析結(jié)果會展示在監(jiān)控中心的大屏上，工程師可以通過可視化界面全面了解結(jié)構(gòu)狀態(tài)。系統(tǒng)檢測到潛在的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，會自動發(fā)出警報(bào)，提示工程師進(jìn)行進(jìn)一步的檢查和處理。此外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也能為工程的長期健康監(jiān)測提供寶貴的資料，有助于掌握結(jié)構(gòu)的老化規(guī)律，進(jìn)而及時(shí)采取維護(hù)措施，延長其使用壽命。

3 質(zhì)量改進(jìn)與控制措施

3.1 結(jié)構(gòu)缺陷的修復(fù)與預(yù)防

結(jié)構(gòu)缺陷的修復(fù)與預(yù)防是軌道交通工程中的重要任務(wù)，決定了整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。從微觀角度看，結(jié)構(gòu)缺陷的形成可能是材料不均勻、施工過程中的錯(cuò)誤、長時(shí)間運(yùn)行帶來的疲勞損傷、外部環(huán)境因素（如地震、腐蝕）等造成的。因此，修復(fù)這些缺陷的首要步驟是利用現(xiàn)代檢測技術(shù)，如聲發(fā)射、超聲波、X 射線或電磁波探傷，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢查，確保及時(shí)、準(zhǔn)確地找到所有潛在損傷區(qū)域。

針對檢測到的缺陷，應(yīng)選擇合適的修復(fù)技術(shù)。例如，針對裂紋，可以選擇焊接、黏結(jié)方式，或使用高強(qiáng)度的修復(fù)材料（如碳纖維）進(jìn)行加固處理；對于腐蝕區(qū)域，除去受損部分后，可采用防腐涂料或其他防護(hù)措施，以延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。選擇修復(fù)方法時(shí)，應(yīng)考慮到其對整體結(jié)構(gòu)性能的影響，確保修復(fù)后的部分與周圍材料有良好的兼容性，避免出現(xiàn)新的應(yīng)力集中區(qū)[5]。

預(yù)防結(jié)構(gòu)缺陷同樣重要。在設(shè)計(jì)階段，工程師應(yīng)考慮到所有潛在的影響因素，選擇高性能、高耐久性的材料，并確保所有施工細(xì)節(jié)均滿足國家和國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在施工過程中，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保每一步都符合設(shè)計(jì)規(guī)范。此外，應(yīng)進(jìn)行定期的維護(hù)和檢查，借助現(xiàn)代化監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理微小問題，避免其發(fā)展成大的缺陷。

3.2 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量控制方法

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量控制方法將數(shù)據(jù)獲取、處理和解析作為決策制訂的核心。為此，需要在關(guān)鍵的施工和運(yùn)營環(huán)節(jié)部署大量的傳感器和檢測設(shè)備，持續(xù)收集關(guān)于材料性能、施工過程、結(jié)構(gòu)響應(yīng)等方面的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過高效的預(yù)處理，如去噪、標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化，然后輸入到先進(jìn)的分析工具中，如機(jī)器學(xué)習(xí)模型、深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)或統(tǒng)計(jì)分析軟件。

該質(zhì)量控制方法強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性，以確保工程團(tuán)隊(duì)能夠迅速響應(yīng)并針對可能出現(xiàn)的問題及時(shí)調(diào)整施工方案。例如，數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示某個(gè)結(jié)構(gòu)元件的應(yīng)力超過了預(yù)定閾值，工程團(tuán)隊(duì)可迅速采取補(bǔ)救措施，避免可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)問題。此外，通過對大量數(shù)據(jù)的長期分析，可以識別出隱藏的結(jié)構(gòu)病害趨勢，為施工設(shè)計(jì)優(yōu)化及施工技術(shù)指導(dǎo)提供可靠依據(jù)。

此外，可以通過建立預(yù)測模型，為決策制訂提供依據(jù)。通過對歷史數(shù)據(jù)的深入分析，模型可以預(yù)測未來可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題或工程風(fēng)險(xiǎn)，從而使施工團(tuán)隊(duì)制訂更具前瞻性的應(yīng)對策略。同時(shí)，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量控制方法還能為同類工程的持續(xù)改進(jìn)提供有效的依據(jù)，每一個(gè)項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)都可以為下一個(gè)項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)和反饋。

3.3 人員培訓(xùn)和管理

在軌道交通工程領(lǐng)域，人員培訓(xùn)和管理至關(guān)重要，不僅關(guān)乎項(xiàng)目能否順利完成，還涉及整個(gè)工程的安全和質(zhì)量。

首先，從技術(shù)層面看，隨著技術(shù)的迅速進(jìn)步，施工方法、施工材料和工程技術(shù)等都在發(fā)生變化。為確保團(tuán)隊(duì)全面掌握并熟練應(yīng)用新技術(shù)，系統(tǒng)的培訓(xùn)不可或缺。通過培訓(xùn)，工程師和技術(shù)人員可以了解最新的技術(shù)趨勢，掌握先進(jìn)的施工技巧，進(jìn)一步保證工程的精確性和質(zhì)量。

其次，工程管理的復(fù)雜性要求管理人員必須具備豐富的項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)、危機(jī)處理能力以及與團(tuán)隊(duì)成員溝通的技巧。因此，對管理人員進(jìn)行定期的管理培訓(xùn)，提高其對項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)見性，提高其危機(jī)處理能力及溝通能力等，確保項(xiàng)目按計(jì)劃進(jìn)行，是確保項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。

再次，工程安全也是軌道交通工程中的重要問題。通過相關(guān)培訓(xùn)可以確保施工人員了解并遵守安全規(guī)定，及時(shí)識別潛在安全隱患，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。同時(shí)，通過對新員工的入職培訓(xùn)，有助于其快速融入團(tuán)隊(duì)，理解并遵循團(tuán)隊(duì)的工作流程和標(biāo)準(zhǔn)。

最后，從管理角度看，人員管理不僅是對個(gè)體的管理，還涉及團(tuán)隊(duì)組織和協(xié)作，因此應(yīng)采取科學(xué)的人員管理模式，實(shí)現(xiàn)高效的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，以大大提高工程效率，減少施工實(shí)物、避免資源浪費(fèi)，進(jìn)而保證軌道交通工程的質(zhì)量和進(jìn)度。

4 結(jié)語

綜上所述，軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測對保證軌道交通工程的安全性、穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義。采用先進(jìn)的檢測技術(shù)和科學(xué)的質(zhì)量控制方法，可以有效地檢測和評估軌道交通工程結(jié)構(gòu)的性能和質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的安全隱患，確保軌道交通工程的安全性。同時(shí)，加強(qiáng)軌道交通工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測方法與技術(shù)研究，還有利于提高軌道交通工程的耐久性和使用壽命，降低維護(hù)和維修成本，為城市公共交通的發(fā)展和優(yōu)化提供有力支持。