高速铁路隧道检测车检测臂末端跟随技术在新建双线隧道中的应用

张世红 徐济松 高春雷 何国华 王鹏

（中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081）

隧道在整个铁路线路中占有较大的比例，是高速铁路的重要组成部分。截止2015年底，建成已开通运营的高速铁路隧道总长约3 200 km，数量超过2 200座，正在建设的高速铁路隧道总长约2 900 km［1］。我国已成为世界上隧道数量最多，地质条件与施工环境最复杂的国家［2］。由于衬砌质量存在不密实或空洞等问题，导致新开通的高速铁路隧道出现开裂、脱落、掉块、渗漏水等病害，严重威胁高速铁路的运营安全［3］。目前新建高速铁路隧道主要采用人工举升地质雷达天线的方法进行检测［4-7］，每次只能检测1条测线，且雷达覆盖范围有限，检测速度慢、效率低、准确度和安全性不高，因此亟需对隧道衬砌质量快速准确检测技术展开研究。

1 高速铁路隧道检测车简介

高速铁路隧道检测车（图1）在新建隧道衬砌与填充层施作后道床施工作业前对隧道衬砌质量进行检测。可同时检测3条测线，作业检测速度为3～10 km/h，并可根据现场施工情况灵活调整检测方案。作业过程中雷达天线距隧道内壁间距保持在（100±20）mm，检测系统操作便利、安全性高、稳定性好。

图1 高速铁路隧道检测车

2 现场试验

2019年9—10月，高速铁路隧道检测车在新建银川到西安高速铁路彬县段田塬隧道进行了检测臂末端跟随试验。田塬隧道为双线隧道，位于彬县太峪镇至泾河护岸之间，全长4 184.08 m。

2.1 测线布置

TB 10223—2004《铁路隧道衬砌质量无损检测》［8］和《铁路隧道检测技术手册》［9］规定隧道上部须检测5条测线，包括拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙和右边墙。根据TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》［10］，结合高速铁路隧道衬砌病害、缺陷统计结果，隧道上部在原有5条测线的基础上增至9条，如图2所示。

图2 新建双线高速铁路隧道测线布置

2.2 作业流程（图3）

图3 作业流程

重要工序为：①系统上电。发电机系统及升降平台、检测臂等子系统上电。②选择目标位置。启动控制软件，选择目标位置。隧道第1次检测须标定零点，标定后结果见图4。检测顺序及各检测臂相应目标位置见表1。③调整位置。根据轮廓传感器的实时扫描数据，调整检测车到指定位置。④平台提升。3个升降平台同时提升到设定高度。⑤检测臂伸展、移动到目标位置。3条检测臂先按照顺序依次伸展到初始位，再同时移动到设定工作位。⑥检测臂开始距离保持。根据激光传感器实时反馈的距离数据，3个检测臂同时运动，当端部距离隧道内壁约100 mm时停止。⑦检测车动态运行。根据隧道实际路面平整程度，检测车以3 km/h速度前行开始动态检测，检测过程中端部激光传感器实时反馈距离的变化，检测臂通过快速调整姿态实现末端动态跟随，保证端部与隧道内壁距离在（100±20）mm。

图4 零点标定后

表1 检测顺序及各检测臂相应目标位置

3 试验结果与分析

3.1 边墙-拱腰

将在左边墙-左拱腰和右边墙-右拱腰作业时采集的数据进行整合分析，结果见图5。统计可得：在边墙-拱腰作业时1#，2#，3#检测臂端部激光传感器数据落在（80，120）区间的百分比分别为98.17%，97.50%，99.17%，达到现场检测要求。

图5 边墙-拱腰作业时检测臂端部激光传感器实时采集的数据

3.2 拱顶

拱顶测试结果见图6。统计可得：1#，2#，3#检测臂端部激光传感器数据落在（80，120）区间的百分比分别为100%，99.75%，100%，达到现场检测要求。

图6 拱顶作业时检测臂端部激光传感器实时采集的数据

4 结语

本文主要介绍了高速铁路隧道检测车检测臂跟随技术在新建双线隧道中的应用情况。首先介绍了检测车的基本性能及在双线隧道中测线的布置；然后阐述了作业流程；最后按照检测区域依次进行隧道边墙拱腰和拱顶的跟随试验。检测结果表明，高速铁路隧道检测车能达到现场检测要求，性能可靠，既保证了检测臂跟随数据的准确性，又提高了检测效率。