探測隧道病害新方法
——英國啟用μ子成像檢測技術(shù)

對于一些開展隧道建設(shè)較早的國家，設(shè)施老化是一個(gè)嚴(yán)重的問題。如何高效準(zhǔn)確地檢測老舊隧道，成為了一個(gè)重要的課題。無論是傳統(tǒng)的人工檢測，還是探地雷達(dá)等非接觸技術(shù)，都存在各種局限。為解決這一問題，英國蘇格蘭地區(qū)的巴爾格雷隧道采用了最新的前沿技術(shù)——μ子成像技術(shù)。

μ子成像技術(shù)

μ子成像技術(shù)是一種與X光掃描類似的技術(shù)，但由于來自外層空間的μ子比X射線、γ射線、超聲波等具有更深的穿透性，所以μ子掃描可以對更厚的材料進(jìn)行成像。μ子成像技術(shù)最著名的應(yīng)用案例是對埃及金字塔內(nèi)部進(jìn)行成像，以及在福島核電站事故后定位反應(yīng)堆堆芯，目前的常規(guī)應(yīng)用主要是對火山巖漿室成像，以預(yù)測火山噴發(fā)。

什么是μ子

當(dāng)來自太陽和其他天體產(chǎn)生的高能粒子進(jìn)入地球大氣層時(shí)，它們會(huì)與氧氣和氮?dú)夥肿影l(fā)生碰撞，從而引發(fā)其他粒子的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。這些粒子大多停留在大氣中，但其中μ 子會(huì)到達(dá)地面。μ子對人體無任何副作用，每天會(huì)有數(shù)百萬個(gè)μ子穿過我們的身體。雖然μ子相關(guān)技術(shù)已有幾十年的歷史，但其成像技術(shù)在近幾年才取得了顯著發(fā)展，最重要的是其成像設(shè)備實(shí)現(xiàn)了小型化。

技術(shù)應(yīng)用

巴爾格雷隧道建于1896年，是現(xiàn)有已被廢棄的拉納克郡到鄧巴頓郡鐵路的一部分。隧道自1964年以來一直關(guān)閉，需要定期進(jìn)行安全檢查。在漫長的歲月中，管理方采用激光測量、影像識(shí)別、探地雷達(dá)、鉆孔和目視檢查等手段，試圖獲得關(guān)于隧道的完整情況，為未來的拆除或重建做準(zhǔn)備。

2022年11月，管理方與科技公司Geoptic合作，開始嘗試使用μ子成像技術(shù)來徹底了解隧道襯砌后的所有缺陷和空隙。由于μ子獨(dú)特的性質(zhì)，所以這項(xiàng)技術(shù)完全不存在探測深度的問題，而大幅小型化的設(shè)備使得其在隧道內(nèi)應(yīng)用成為了可能。

技術(shù)缺陷

一些技術(shù)人員認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于隧道病害檢測還有一定缺陷： 1)小型化技術(shù)尚不成熟。μ子成像設(shè)備小型化尚未完全脫離試驗(yàn)階段，對于小型化設(shè)備的成像準(zhǔn)確度等問題尚待觀察。2)探測方向有局限。根據(jù)μ子成像的原理，探測設(shè)備必須位于探測目標(biāo)的下方，這意味著如果只是將探測設(shè)備置于隧道內(nèi)，將有一半以上的隧道結(jié)構(gòu)無法被探測到。