轨道交通隧道结构安全智慧感知关键技术与成套装备
深圳大学
截至2024年底，我国铁路运营总里程突破16.2万公里（高铁4.8万公里），隧道超过2.4万公里；城市轨道交通（城际、市域郊、地铁）突破2.2万公里，隧道超过8543公里。轨道交通高度集中于沿海经济发达地区。以深圳为例，其轨道交通总里程超千公里，线网密度与客运强度均居全国首位，一旦发生事故极易引发链式反应，导致线网中断、停运等严重后果。然而，在滨海软土、富水砂层、填海区等不良地质条件下，叠加城市开发非同步施工，滨海地区轨道交通隧道结构病害日益凸显，安全隐患突出。
轨道交通隧道典型病害包括：海水盐雾侵蚀、地下水压力波动、列车长期振动荷载导致混凝土衬砌开裂、剥落；填海软土地基沉降、潮汐水位变化、止水条老化失效引发管片错台或渗漏；高湿度与盐雾环境加速钢筋锈蚀及轨道病害，由此导致近年来轨道交通隧道问题频发，如深圳地铁1号线隧道击穿、南京地铁隧道漏水等造成线路停运的严重后果。然而，轨道交通隧道结构病害类别多样，表观病害、结构变形与隐蔽病害间的内在关联机制复杂，面临检测精度与效率矛盾、多源数据融合困难、评估预警体系缺失等三大挑战。
针对上述问题挑战，项目团队聚焦轨道交通隧道结构病害感知、认知、预知关键技术问题，开展轨道交通隧道结构病害检测与辨识、综合检测诊断装备、结构安全评估与预警技术三方面研究工作，突破轨道交通隧道结构病害检测辨识与性能评估预警技术装备难题，为轨道交通隧道结构安全运维提供技术支撑。
一、主要技术创新
1.提出轨道交通隧道结构多病害精准检测辨识技术、装备。
提出联合雷达-视觉-激光多模式协同的感知方法，研制双频复合雷达、三维激光高速采集、可见光－红外相机阵列等隧道结构病害模块化智慧感知装置，建立基于多源数据融合的隐蔽-表观-变形的多病害智能解译模型，突破了表观病害检测精度-速度相互牵制、变形检测无GNSS环境隧道动态精密定位、隐蔽病害检测深度与精度矛盾等技术瓶颈。实现裂缝检测精度优于0.1mm，渗水检测精度优于0.1cm2；变形检测精度由传统手段厘米级提升至亚毫米级，每小时检测效率提升至15km；隐蔽病害成像精度提高到10cm，精度提升1倍，计算效率提升3个数量级，识别准确率达95%。
2.研发轨道交通隧道典型病害集成化快速检测诊断装备。
提出多功能、模块化的隧道智能诊断装备设计架构，攻克了精准时空同步和多元检测装置协同的中控系统集成技术瓶颈；研制首台套 “多源感知－集成调控－综合诊断”一体化诊断装备，具有在线诊断、检测功能全、软件架构新、可移植性强等特色，突破车载端数据实时融合处理、病害在线识别与诊断评估的行业难题；构建隧道多场景综合快速诊断装备技术体系，成果填补轨道交通隧道综合诊断装备的空白。
3.提出轨道交通隧道结构服役安全综合诊断评估预警技术。
阐明多因素耦合作用下轨道交通隧道变形特性与性能演化机理，提出检测数据与物理模型双驱动的轨道交通隧道结构性能评估预警技术，研发轨道交通隧道结构安全智慧检测－评估－预警综合平台，突破了病害演化认知难、结构诊断评估难、结构性态预测难等技术瓶颈，实现了轨道交通隧道结构服役状态的综合评估与预警。
二、项目评价
项目研制了首台套适用多场景的综合诊断装备与智能中控集成系统，填补国内空白，创新表观-隐蔽-变形病害精准辨识成套技术及装备，打破国外高精度雷达技术垄断，构建基于大模型的轨道交通隧道病害国产化智能诊断平台，形成“感知－评估－预警”全链条能力，为我国轨道交通基础设施智能运维提供了装备软件。
项目主要成果达到国际领先水平。
三、成果及效益
项目团队联合多家高校与企业开展产学研用协同攻关，研发了一批新技术、新装备、新平台，形成自主可控装备体系。项目发表学术论文55篇，授权发明专利50件、软件著作权19件。
项目成果支撑了隧道病害的早发现、早诊治，降低了潜在的轨道交通隧道结构灾变事故发生概率，从而避免了结构抢险修复、重建及交通中断等巨额直接和间接经济损失。
项目成果成功应用于宝兰客专、包神铁路、神朔铁路、朔黄铁路、深圳地铁等多项重大轨道交通工程，经济效益超10亿元，推动了我国隧道智能检测诊断技术体系化、装备化、平台化发展，取得了显著的经济效益与社会效益。
项目研发的智慧感知关键技术装备