公路隧道病害快速检测技术及装备

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根据2017年交通运输行业发展统计公报，全国公路隧道16229处、1528.51万米，其中特长隧道902处、401.32万米，长隧道3841处、659.93万米。公路隧道病害的类型主要有水害、冻害、衬砌裂损等，隧道内各种病害一般不是单独存在，而是互相影响、互相作用。隧道在公路交通中有着特殊而重要的地位，隧道病害的快速检测是当前世界公路检测领域亟待解决的关键难题。

隧道常见病害分类

隧道病害类型主要有水害、冻害、衬砌裂损等，互相影响、互相作用。水害是隧道最常见的病害，隧道渗漏水、积水将会造成隧道衬砌开裂或裂缝变大，而且，衬砌水害严重必然导致冻害严重，衬砌裂损病害主要表现为衬砌变形、开裂和错台，而衬砌开裂又会引发隧道严重水害。

（a）水害

（b）裂缝

图1隧道主要病害类型

隧道快速测量技术、装备

隧道是公路交通的控制性工程，当前以人工为主的检测方法在作业时必须封闭交通，检测效率低、安全风险高、对交通影响大。基于多传感器集成的综合测量方法是解决快速运动状态下高精度多指标测量的最有效方法。首先，水害和冻害对温度敏感，采用红外信号可以高精度检测；其次，基于高精度三维断面测量测量隧道衬砌相对形变可有效测量裂损病害；最后，隧道构造物相对于隧道自身有明显的变化，通过高精度激光雷达扫描点云重构隧道三维可快速检测。

基于多传感器阵列集成的需求，项目组发明了可以绕中心旋转的传感器阵列集成平台，可以可靠集成并维持CCD相机阵列、红外热像仪阵列以及三位断面扫描仪阵列在高动态环境的姿态一致性。

（a）传感器阵列集成平台

研发了隧道快速检测装备和足尺寸标定环境，装备一次行驶可以检测半幅隧道，通过旋转传感器平台方向，在不改变行驶方向的条件下实现另外半幅隧道检测，从而满足不同尺寸隧道检测需求。

（b）隧道足尺标定环境

（c）隧道快速检测装备

图2隧道快速检测技术及装备

隧道快速检测效果

隧道快速检测装备集成高精度激光雷达、红外热像仪、线扫描三维测量传感器以及整列CCD相机，在高可靠性时空基准上同步采集温度、全局点云与局部形变以及灰度数据，通过数据融合与建模，达到一测多用，实现隧道的水害、冻害以及裂损病害集成检测，检测结果自动生成病害分布图。

（a）作业现场

（b）三维断面以及构造物检测

（c）数据融合

（d）隧道衬砌病害检测结果

（f）隧道病害分布图

图3 隧道病害检测效果

隧道检测技术应用

武大卓越隧道快速检测装备是国内首台投入工程应用的检测装备，由刘先林院士组成的专家组一致认为：“达到国际领先水平”。当前，成果已经在国内十多个省市，2000多座大型隧道检测中成功应用。

总结

 

由深圳大学和武汉武大卓越有限责任公司组成的研发团队，在李清泉教授带领下，经过近10年攻关，突破了半封闭空间定位、多传感器同步控制、高性能传感器以及跨尺度异构数据融合建模的核心技术，研制了高端装备并工程化应用，达到国际领先水平，填补国内空白。

作者：李清泉（[e-mail]）、曹民（[e-mail]）、张德津（[e-mail]）

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编辑 / 呼慧珊  审核 / 黄兰琳 徐鑫

指导：万剑华教授