高速鐵路隧道檢測(cè)車(chē)檢測(cè)臂末端跟隨技術(shù)在新建雙線隧道中的應(yīng)用

張世紅 徐濟(jì)松 高春雷 何國(guó)華 王鵬

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

隧道在整個(gè)鐵路線路中占有較大的比例，是高速鐵路的重要組成部分。截止2015年底，建成已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的高速鐵路隧道總長(zhǎng)約3 200 km，數(shù)量超過(guò)2 200座，正在建設(shè)的高速鐵路隧道總長(zhǎng)約2 900 km［1］。我國(guó)已成為世界上隧道數(shù)量最多，地質(zhì)條件與施工環(huán)境最復(fù)雜的國(guó)家［2］。由于襯砌質(zhì)量存在不密實(shí)或空洞等問(wèn)題，導(dǎo)致新開(kāi)通的高速鐵路隧道出現(xiàn)開(kāi)裂、脫落、掉塊、滲漏水等病害，嚴(yán)重威脅高速鐵路的運(yùn)營(yíng)安全［3］。目前新建高速鐵路隧道主要采用人工舉升地質(zhì)雷達(dá)天線的方法進(jìn)行檢測(cè)［4-7］，每次只能檢測(cè)1條測(cè)線，且雷達(dá)覆蓋范圍有限，檢測(cè)速度慢、效率低、準(zhǔn)確度和安全性不高，因此亟需對(duì)隧道襯砌質(zhì)量快速準(zhǔn)確檢測(cè)技術(shù)展開(kāi)研究。

1 高速鐵路隧道檢測(cè)車(chē)簡(jiǎn)介

高速鐵路隧道檢測(cè)車(chē)（圖1）在新建隧道襯砌與填充層施作后道床施工作業(yè)前對(duì)隧道襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。可同時(shí)檢測(cè)3條測(cè)線，作業(yè)檢測(cè)速度為3～10 km/h，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況靈活調(diào)整檢測(cè)方案。作業(yè)過(guò)程中雷達(dá)天線距隧道內(nèi)壁間距保持在（100±20）mm，檢測(cè)系統(tǒng)操作便利、安全性高、穩(wěn)定性好。

圖1 高速鐵路隧道檢測(cè)車(chē)

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2019年9—10月，高速鐵路隧道檢測(cè)車(chē)在新建銀川到西安高速鐵路彬縣段田塬隧道進(jìn)行了檢測(cè)臂末端跟隨試驗(yàn)。田塬隧道為雙線隧道，位于彬縣太峪鎮(zhèn)至涇河護(hù)岸之間，全長(zhǎng)4 184.08 m。

2.1 測(cè)線布置

TB 10223—2004《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)》［8］和《鐵路隧道檢測(cè)技術(shù)手冊(cè)》［9］規(guī)定隧道上部須檢測(cè)5條測(cè)線，包括拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻和右邊墻。根據(jù)TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》［10］，結(jié)合高速鐵路隧道襯砌病害、缺陷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，隧道上部在原有5條測(cè)線的基礎(chǔ)上增至9條，如圖2所示。

圖2 新建雙線高速鐵路隧道測(cè)線布置

2.2 作業(yè)流程（圖3）

圖3 作業(yè)流程

重要工序?yàn)椋孩傧到y(tǒng)上電。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及升降平臺(tái)、檢測(cè)臂等子系統(tǒng)上電。②選擇目標(biāo)位置。啟動(dòng)控制軟件，選擇目標(biāo)位置。隧道第1次檢測(cè)須標(biāo)定零點(diǎn)，標(biāo)定后結(jié)果見(jiàn)圖4。檢測(cè)順序及各檢測(cè)臂相應(yīng)目標(biāo)位置見(jiàn)表1。③調(diào)整位置。根據(jù)輪廓傳感器的實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)，調(diào)整檢測(cè)車(chē)到指定位置。④平臺(tái)提升。3個(gè)升降平臺(tái)同時(shí)提升到設(shè)定高度。⑤檢測(cè)臂伸展、移動(dòng)到目標(biāo)位置。3條檢測(cè)臂先按照順序依次伸展到初始位，再同時(shí)移動(dòng)到設(shè)定工作位。⑥檢測(cè)臂開(kāi)始距離保持。根據(jù)激光傳感器實(shí)時(shí)反饋的距離數(shù)據(jù)，3個(gè)檢測(cè)臂同時(shí)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)端部距離隧道內(nèi)壁約100 mm時(shí)停止。⑦檢測(cè)車(chē)動(dòng)態(tài)運(yùn)行。根據(jù)隧道實(shí)際路面平整程度，檢測(cè)車(chē)以3 km/h速度前行開(kāi)始動(dòng)態(tài)檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中端部激光傳感器實(shí)時(shí)反饋距離的變化，檢測(cè)臂通過(guò)快速調(diào)整姿態(tài)實(shí)現(xiàn)末端動(dòng)態(tài)跟隨，保證端部與隧道內(nèi)壁距離在（100±20）mm。

圖4 零點(diǎn)標(biāo)定后

表1 檢測(cè)順序及各檢測(cè)臂相應(yīng)目標(biāo)位置

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 邊墻-拱腰

將在左邊墻-左拱腰和右邊墻-右拱腰作業(yè)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，結(jié)果見(jiàn)圖5。統(tǒng)計(jì)可得：在邊墻-拱腰作業(yè)時(shí)1#，2#，3#檢測(cè)臂端部激光傳感器數(shù)據(jù)落在（80，120）區(qū)間的百分比分別為98.17%，97.50%，99.17%，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求。

圖5 邊墻-拱腰作業(yè)時(shí)檢測(cè)臂端部激光傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)

3.2 拱頂

拱頂測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6。統(tǒng)計(jì)可得：1#，2#，3#檢測(cè)臂端部激光傳感器數(shù)據(jù)落在（80，120）區(qū)間的百分比分別為100%，99.75%，100%，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求。

圖6 拱頂作業(yè)時(shí)檢測(cè)臂端部激光傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了高速鐵路隧道檢測(cè)車(chē)檢測(cè)臂跟隨技術(shù)在新建雙線隧道中的應(yīng)用情況。首先介紹了檢測(cè)車(chē)的基本性能及在雙線隧道中測(cè)線的布置；然后闡述了作業(yè)流程；最后按照檢測(cè)區(qū)域依次進(jìn)行隧道邊墻拱腰和拱頂?shù)母S試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果表明，高速鐵路隧道檢測(cè)車(chē)能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求，性能可靠，既保證了檢測(cè)臂跟隨數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又提高了檢測(cè)效率。