浅谈国内外公路隧道检测车发展现状与研究

郑好　孙心洁

摘 要：伴随着中国各省隧道的建成，我国关于隧道的任务正在从大量建造向建造与维护转型，传统的人工检测方法已经不能满足高效、精准的检测要求，急需一种无须封路的快速检测装备，多功能隧道检测车应运而生。文章先介绍了新规范中公路隧道的检测要求，及传统检测和新兴检测方法，阐述了国内外隧道检测车发展现状，分析了已投入使用的隧道检测车存在的问题，探讨了隧道检测车未来技术发展方向。

关键词：隧道检测;智能检测装备;检测车;隧道病害

中图分类号：U459.2  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）03-223-03

Abstract： With the completion of tunnels in each province in China， the mission on tunnels is shifting from large-scale construction to construction and maintenance. Traditional manual inspection methods cant meet the requirements of efficient and accurate. There is an urgent need for a rapid detection equipment that does not require traffic controls， and a multifunctional tunnel inspection vehicle has emerged. This paper first introduces the detection requirements of highway tunnels in the new specification， as well as the traditional detection and emerging detection methods. Explaining the development status of tunnel inspection vehicles at home and abroad. Then analyzing the problems of the tunnel inspection vehicles which has been put into use. Finally， the future technological development direction of tunnel inspection vehicles is discussed.Keywords： Tunnel inspection; Intelligent inspection equipment; Inspection vehicle; Tunnel diseaseCLC NO.： U459.2  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）03-223-03

1 公路隧道檢测要求及方法

我国公路隧道发展迅速，截至2018年底，全国公路隧道总计17738处，总长共17236.1km，同比上一年增加1509处，1951km，根据隧道行业的发展，可以认为我国在隧道上的任务将从以建设为主转向建设与养护并重。交通运输部在2015年3月修订发布了《公路隧道养护技术规范》，《规范》对于土建结构分项权重进行了重新分配，其中结构破损权重最高，占比40%，而衬砌结构破损又包括衬砌裂缝、衬砌变形、移动、沉降、衬砌起层、剥落、漏渗水、衬砌腐蚀、衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、钢筋缺陷八个指标，最终表现形式多为裂缝、衬砌变形移动和沉降、衬砌起层剥裸三种，因此这三者占比较高。

在检测过程中，《规范》要求至少能够识别0.2mm裂缝宽度，能观测并记录断面的沉降量及发展趋势，能经常性记录起层、剥落位置并及时保养维修。针对上述检测要求，我国现阶段多采用传统的人工检测方法，这种方法需要暂时进行路面交通管制，维护人员靠近隧道衬砌表面，使用相关仪器聚焦后读取记录数据，不仅检测效率低而且需要大量劳动力，其测量误差也较大。近几年，一些在隧道技术上的发达国家涌现出了新型非接触式检测方法，此种方法基于封闭式货车底盘，载有多种类传感器，克服了原有手工方法效率低和准确性不高的缺点，逐步实现了隧道衬砌病害的快速检测。

2 国外公路隧道检测车发展现状

日本作为隧道行业技术的早期研究国家之一，其在隧道检测装备方面的研究及使用也处于世界领先地位。1999年，日本开发出新干线隧道衬砌检测车，该车主要装备有多个雷达，可进行隧道衬砌裂缝、麻面和空洞的检测。随着相机技术的快速发展，2003年日本京都大学开发了铁路隧道裂缝检测系统，该系统利用线阵CCD相机采集并存储隧道衬砌图像，确定隧道衬砌的健康状况，但该款设备由于分辨率不足、采集频率较低等原因，仅进行了相关实验并未投入使用。在之前技术的积累下，日本计测检测株式会社MIMM于2012年开发出一套隧道检测系统MIS&MMS，该系统由检测车体和MIS、MMS两个检测系统组成，安装方式如图1所示，其中MIS包括24台LED照明装置，其中18台功率为240W，6台功率为120W，包括16台面阵相机，像素为38万。MMS系统主要包括3台GPS定位系统，1台IMU系统，2台相机和3台相机。MIS系统负责移动图像采集，能够识别0.2mm宽度的裂缝，MMS系统负责移动地图构建，定位车辆在隧道中的具体位置。除了上述硬件采集系统，该公司还推出配套的后期图像处理拼接软件，人工标准裂缝软件及病害报表自动生成软件，标志着该车完全可以投入公路隧道进行检测，为隧道养护人员提供精准病害及位置信息。

3 国内公路隧道检测车发展现状

国内隧道检测车由于受限于技术，近些年来才逐步发展，且外形大多仿制国外检测车布置形式。其中，武大卓越科技有限责任公司在检测方面技术较为成熟，打破国外技术垄断，开发出ZOYON-TFS隧道快速测量系统，该系统采用LED灯组照明高清面阵采集的方式，配备LED照明灯共计34台，高速相机32台，高精度激光扫描仪2台，其中一台速度较高，每秒产生1016000点，并载有GPS和一些扩展检测模块。可以看出，该系统装置齐全，且均采用精度高的仪器，因此造价也较高，顶配车型高达1500万左右。同时，该系统也能覆盖较多的检测指标，可对隧道洞口、洞门、裂缝类、渗漏水、起层、剥落、检修道等病害进行快速检测，数据精度高，定位精度≤1m，裂缝检测精度达0.2mm，形变检测精度达0.2mm，避免了传统检测方式因人为因索带来的误差，已投入多地进行实际的隧道检测。

山西交通科学研究院采用线激光照明线阵相机扫描的视觉方案，该方案由于采用了线激光束照明，因此不易受隧道照明用光源的干扰，提高了图像质量，出于成本的考虑，该系统未采用高分辨率线阵相机，而使用的是4K分辨率线阵相机6台，共面布置采集半幅隧道衬砌表面图像，采集精度为0.5mm，后期采用分辨率增强技术，提高分辨率至0.2mm，以保证最高检测速度达80km/h。

上海同岩土木工程科技有限责任公司联合同济大学自主研发的TDV-H2000公路隧道快速检测车，车体后部为图像采集设备及供电装置，上方装有激光点云，操作人员在箱体内工作，可以检测隧道结构病害、隧道轮廓两部分内容，并可自动进行数据分析、展布图拼接、病害识别、三维建模和数据管理等。

国内外具有代表性的隧道检测装备参数及比较如下表1所示：

4 结束语

随着我国隧道产业的逐步发展，隧道数量更多、隧道公里数更长，传统的的人工检测已经不能满足高效、全面的检测要求，提出了对于隧道快速检测装备的需求。

我国隧道检测车大多仿制国外现有的检测车，采用封闭式货车底盘改造而来，工作人员需站立在箱体内部操作计算机，无法及时观测外界环境信息;且传感器和照明装置使用数量较多，功率较大，制造成本较高，不能大量投入使用;一些技术难点仍未攻克，检测车功能仅限于對隧道衬砌表面病害的采集及隧道轮廓线形的定位，还无法深入至衬砌背后的空洞、渗水等病害。

我国自主研发出符合中国隧道特色的快速多功能隧道检测车已然是大势所趋，今后的隧检车将朝着采集精度更高、采集速度更快、操作空间更舒适、外观形状更具特色的方向发展。

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