淺談國內(nèi)外公路隧道檢測車發(fā)展現(xiàn)狀與研究

鄭好　孫心潔

摘 要：伴隨著中國各省隧道的建成，我國關(guān)于隧道的任務(wù)正在從大量建造向建造與維護(hù)轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)的人工檢測方法已經(jīng)不能滿足高效、精準(zhǔn)的檢測要求，急需一種無須封路的快速檢測裝備，多功能隧道檢測車應(yīng)運(yùn)而生。文章先介紹了新規(guī)范中公路隧道的檢測要求，及傳統(tǒng)檢測和新興檢測方法，闡述了國內(nèi)外隧道檢測車發(fā)展現(xiàn)狀，分析了已投入使用的隧道檢測車存在的問題，探討了隧道檢測車未來技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：隧道檢測;智能檢測裝備;檢測車;隧道病害

中圖分類號：U459.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）03-223-03

Abstract： With the completion of tunnels in each province in China， the mission on tunnels is shifting from large-scale construction to construction and maintenance. Traditional manual inspection methods cant meet the requirements of efficient and accurate. There is an urgent need for a rapid detection equipment that does not require traffic controls， and a multifunctional tunnel inspection vehicle has emerged. This paper first introduces the detection requirements of highway tunnels in the new specification， as well as the traditional detection and emerging detection methods. Explaining the development status of tunnel inspection vehicles at home and abroad. Then analyzing the problems of the tunnel inspection vehicles which has been put into use. Finally， the future technological development direction of tunnel inspection vehicles is discussed.Keywords： Tunnel inspection; Intelligent inspection equipment; Inspection vehicle; Tunnel diseaseCLC NO.： U459.2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）03-223-03

1 公路隧道檢測要求及方法

我國公路隧道發(fā)展迅速，截至2018年底，全國公路隧道總計(jì)17738處，總長共17236.1km，同比上一年增加1509處，1951km，根據(jù)隧道行業(yè)的發(fā)展，可以認(rèn)為我國在隧道上的任務(wù)將從以建設(shè)為主轉(zhuǎn)向建設(shè)與養(yǎng)護(hù)并重。交通運(yùn)輸部在2015年3月修訂發(fā)布了《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》，《規(guī)范》對于土建結(jié)構(gòu)分項(xiàng)權(quán)重進(jìn)行了重新分配，其中結(jié)構(gòu)破損權(quán)重最高，占比40%，而襯砌結(jié)構(gòu)破損又包括襯砌裂縫、襯砌變形、移動、沉降、襯砌起層、剝落、漏滲水、襯砌腐蝕、襯砌背后空洞、襯砌厚度不足、鋼筋缺陷八個指標(biāo)，最終表現(xiàn)形式多為裂縫、襯砌變形移動和沉降、襯砌起層剝裸三種，因此這三者占比較高。

在檢測過程中，《規(guī)范》要求至少能夠識別0.2mm裂縫寬度，能觀測并記錄斷面的沉降量及發(fā)展趨勢，能經(jīng)常性記錄起層、剝落位置并及時(shí)保養(yǎng)維修。針對上述檢測要求，我國現(xiàn)階段多采用傳統(tǒng)的人工檢測方法，這種方法需要暫時(shí)進(jìn)行路面交通管制，維護(hù)人員靠近隧道襯砌表面，使用相關(guān)儀器聚焦后讀取記錄數(shù)據(jù)，不僅檢測效率低而且需要大量勞動力，其測量誤差也較大。近幾年，一些在隧道技術(shù)上的發(fā)達(dá)國家涌現(xiàn)出了新型非接觸式檢測方法，此種方法基于封閉式貨車底盤，載有多種類傳感器，克服了原有手工方法效率低和準(zhǔn)確性不高的缺點(diǎn)，逐步實(shí)現(xiàn)了隧道襯砌病害的快速檢測。

2 國外公路隧道檢測車發(fā)展現(xiàn)狀

日本作為隧道行業(yè)技術(shù)的早期研究國家之一，其在隧道檢測裝備方面的研究及使用也處于世界領(lǐng)先地位。1999年，日本開發(fā)出新干線隧道襯砌檢測車，該車主要裝備有多個雷達(dá)，可進(jìn)行隧道襯砌裂縫、麻面和空洞的檢測。隨著相機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，2003年日本京都大學(xué)開發(fā)了鐵路隧道裂縫檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用線陣CCD相機(jī)采集并存儲隧道襯砌圖像，確定隧道襯砌的健康狀況，但該款設(shè)備由于分辨率不足、采集頻率較低等原因，僅進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)并未投入使用。在之前技術(shù)的積累下，日本計(jì)測檢測株式會社MIMM于2012年開發(fā)出一套隧道檢測系統(tǒng)MIS&MMS，該系統(tǒng)由檢測車體和MIS、MMS兩個檢測系統(tǒng)組成，安裝方式如圖1所示，其中MIS包括24臺LED照明裝置，其中18臺功率為240W，6臺功率為120W，包括16臺面陣相機(jī)，像素為38萬。MMS系統(tǒng)主要包括3臺GPS定位系統(tǒng)，1臺IMU系統(tǒng)，2臺相機(jī)和3臺相機(jī)。MIS系統(tǒng)負(fù)責(zé)移動圖像采集，能夠識別0.2mm寬度的裂縫，MMS系統(tǒng)負(fù)責(zé)移動地圖構(gòu)建，定位車輛在隧道中的具體位置。除了上述硬件采集系統(tǒng)，該公司還推出配套的后期圖像處理拼接軟件，人工標(biāo)準(zhǔn)裂縫軟件及病害報(bào)表自動生成軟件，標(biāo)志著該車完全可以投入公路隧道進(jìn)行檢測，為隧道養(yǎng)護(hù)人員提供精準(zhǔn)病害及位置信息。

3 國內(nèi)公路隧道檢測車發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)隧道檢測車由于受限于技術(shù)，近些年來才逐步發(fā)展，且外形大多仿制國外檢測車布置形式。其中，武大卓越科技有限責(zé)任公司在檢測方面技術(shù)較為成熟，打破國外技術(shù)壟斷，開發(fā)出ZOYON-TFS隧道快速測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LED燈組照明高清面陣采集的方式，配備LED照明燈共計(jì)34臺，高速相機(jī)32臺，高精度激光掃描儀2臺，其中一臺速度較高，每秒產(chǎn)生1016000點(diǎn)，并載有GPS和一些擴(kuò)展檢測模塊?？梢钥闯觯撓到y(tǒng)裝置齊全，且均采用精度高的儀器，因此造價(jià)也較高，頂配車型高達(dá)1500萬左右。同時(shí)，該系統(tǒng)也能覆蓋較多的檢測指標(biāo)，可對隧道洞口、洞門、裂縫類、滲漏水、起層、剝落、檢修道等病害進(jìn)行快速檢測，數(shù)據(jù)精度高，定位精度≤1m，裂縫檢測精度達(dá)0.2mm，形變檢測精度達(dá)0.2mm，避免了傳統(tǒng)檢測方式因人為因索帶來的誤差，已投入多地進(jìn)行實(shí)際的隧道檢測。

山西交通科學(xué)研究院采用線激光照明線陣相機(jī)掃描的視覺方案，該方案由于采用了線激光束照明，因此不易受隧道照明用光源的干擾，提高了圖像質(zhì)量，出于成本的考慮，該系統(tǒng)未采用高分辨率線陣相機(jī)，而使用的是4K分辨率線陣相機(jī)6臺，共面布置采集半幅隧道襯砌表面圖像，采集精度為0.5mm，后期采用分辨率增強(qiáng)技術(shù)，提高分辨率至0.2mm，以保證最高檢測速度達(dá)80km/h。

上海同巖土木工程科技有限責(zé)任公司聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)自主研發(fā)的TDV-H2000公路隧道快速檢測車，車體后部為圖像采集設(shè)備及供電裝置，上方裝有激光點(diǎn)云，操作人員在箱體內(nèi)工作，可以檢測隧道結(jié)構(gòu)病害、隧道輪廓兩部分內(nèi)容，并可自動進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、展布圖拼接、病害識別、三維建模和數(shù)據(jù)管理等。

國內(nèi)外具有代表性的隧道檢測裝備參數(shù)及比較如下表1所示：

4 結(jié)束語

隨著我國隧道產(chǎn)業(yè)的逐步發(fā)展，隧道數(shù)量更多、隧道公里數(shù)更長，傳統(tǒng)的的人工檢測已經(jīng)不能滿足高效、全面的檢測要求，提出了對于隧道快速檢測裝備的需求。

我國隧道檢測車大多仿制國外現(xiàn)有的檢測車，采用封閉式貨車底盤改造而來，工作人員需站立在箱體內(nèi)部操作計(jì)算機(jī)，無法及時(shí)觀測外界環(huán)境信息;且傳感器和照明裝置使用數(shù)量較多，功率較大，制造成本較高，不能大量投入使用;一些技術(shù)難點(diǎn)仍未攻克，檢測車功能僅限于對隧道襯砌表面病害的采集及隧道輪廓線形的定位，還無法深入至襯砌背后的空洞、滲水等病害。

我國自主研發(fā)出符合中國隧道特色的快速多功能隧道檢測車已然是大勢所趨，今后的隧檢車將朝著采集精度更高、采集速度更快、操作空間更舒適、外觀形狀更具特色的方向發(fā)展。

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