高速铁路隧道衬砌质量检测技术及装备

中国铁道科学研究院集团有限公司

    面向建设期与运营期高铁隧道衬砌内部与表面质量高效综合检测的需求，项目开展自主创新与技术攻关，成功研制了轮胎式与轮轨式高铁隧道衬砌质量检测车，形成了配套的综合检测技术、智能化方法及信息化系统。

    一、主要科技创新

    形成了隧道衬砌质量全生命周期综合检测技术方法。明确了铁路隧道建设期与运营期衬砌内外质量检测的关键指标，发展了电磁探测与图像摄影联合的衬砌质量内外集成检测技术，建立了高低频电磁波组合的非接触式检测模式，提出了适用于新建及运营高铁隧道的全断面覆盖检测方法。

    研制了适应新建高铁的轮胎式隧道衬砌质量检测车。研发了机械臂自动定位与智能追踪系统，实现了不同断面隧道机械臂托举检测装置快速定位及与衬砌表面间距的准确控制，解决了新建铁路隧道不平顺路面检测车快速移动条件下衬砌内部电磁数据与外部图像的同步高效采集的难题。

    研制了适应运营高铁的轮轨式隧道衬砌质量检测车。研发了弯直臂结合式车载衬砌内部检测支撑机构及机械伺服控制的衬砌图像检测支撑装置，开发了信息化高度集成的检测控制系统，实现了运营高铁隧道接触网线和附属设备密布复杂工况下的自主避障与全自动连续稳定检测作业。

    形成了隧道衬砌质量检测智能识别与综合评价方法。开发了多通道电磁检测数据并行处理系统，建立了衬砌缺陷智能识别深度学习模型，构建了融合内外缺陷影响因素的衬砌质量诊断模型，实现了不同衬砌缺陷类型及状态的快速准确识别，促进了隧道衬砌质量综合评价。

    研发了隧道衬砌质量检测标准化与信息化管理系统。实现了衬砌检测全过程信息化闭环管理，提升了检测计划与实施的管理效率，形成了移动快速检测、无损精细检测、微损单点验证的多维度梯次配置综合检测体系，有力保障了衬砌质量检测的规范化管理能力。

    二、项目评价

    项目成果填补了高速铁路隧道车载检测智能化装备领域的空白，充分保障了隧道衬砌质量综合检测的标准化实施与信息化管理，有效实现了不平顺路面及接触网线和附属设备密布的复杂工况条件下铁路隧道衬砌内部电磁数据与表观高清图像的同步全覆盖高效采集，极大提高了高速铁路隧道衬砌质量检测效率，有力支撑了不同类型衬砌内外缺陷的快速精准识别及衬砌质量的综合评价，对提高我国隧道衬砌质量检测技术及装备水平具有重要意义，为我国高速铁路隧道衬砌高质量建设与长期安全运营提供了有力的技术保障。

    技术研究涉及土木工程、机械工程、人工智能、自动化、信息化等多个领域的创新与协同合作，编写了相关规范并形成了完善的自主知识产权，有效推动了科技创新，有力保障高速铁路隧道高质量建设与长期安全运营。

    项目成果总体达到国际先进水平，机械臂自动定位与智能追踪系统、自动安全避障系统等达到国际领先水平，实现了新建隧道与运营隧道衬砌内外质量全覆盖检测，为我国高铁隧道检监测体系的构建提供有力的技术支撑。

    三、成果及效益

    项目获得发明专利15项、实用新型专利7项、外观设计专利1项、软件著作权6项，发表论文10篇，主编标准2部，出版专著1部。

    项目成果成功应用于多条新建及运营高铁隧道衬砌质量检测实践，累计检测里程超过1300km。检测效率及质量较传统检测方式大幅提升，显著减少衬砌病害威胁列车正常运行造成的影响与经济损失，社会效益显著。近三年经济效益约15亿元，其中直接与间接经济效益分别为3.5亿元与11.5亿元，经济效益突出。