铁路工务基础设施原位检测监测技术现状与展望

侯锐申

摘要：目前，铁路基础设施的检测监测部门已建立起相应专业的检测监测系统，各专业的检测监测系统为掌握其基础设施运营状态、指導基础设施的 养护维修等工作提供了数据依据。但各专业间数据相互独立，格式不统一，各类数据融合分析难度较大，不利于铁路基础设施状态的综合、统一管理。随 着铁路基础设施的检测监测逐步向综合管理方向发展，应建立一套铁路工务基础设施检测监测体系，对铁路结构的整体状态进行全面、综合的评估管理。

关键词：铁路工务;基础设施;检测监测

1 原位检测监测技术

1.1 路基检测监测技术

1.1.1 路基状况的车载地质雷达检测

地质雷达检测可有效用于识别道床脏污、翻浆冒泥、含水异常、路基 下沉等路基病害，并且可以实现车载检测，监测效率为 80～120km/h，检测 深度为 2～3m。 随着该技术广泛应用于新建铁路路基验收及既有铁路路基的 周期性检测，车载雷达检测的数据处理与判识能力大幅提升。

1.1.2 路基变形综合监测技术

现有的路基变形综合监测技术主要包括：（1）采用沉降变形自动监测 技术监测典型路基结构沉降变形;（2）采用高精度分层沉降位移计监测路基、 地基分层变形; （3）采用深层土体水平位移计监测路基深层土体水平位移变 化;（4）采用 S-SAR 型雷达坡体变形监测技术定点连续监测边坡大范围变形; （5）采用智能移动变形测量机器人在不同停靠站间走行，测量停靠站间所有 观测点对于基准点的相对高程，实现对线路上观测点变形的测量。目前，该 技术广泛应用于哈大、京沈、兰新、银西、合福、鲁南等线路。

1.2 桥梁检测监测技术

1.2.1 专项检测

上部结构的检测包括桥梁索力、梁体挠度检测。具体是基于雷达测量 技术，利用差分相位测量技术和高分辨率目标提取技术，得到桥梁各个结 构与雷达距离，将目标物的位移情况投影到其他方向上，达到测量桥梁索 力以及梁体挠度的目的。该技术具有快速部署、非接触式高效测量、不受 天气影响的优点。

1.2.2 桥梁状态综合检测监测技术

综合检测技术代表性的有桥梁故障预测与健康管理系统。PHM 系统以 桥梁 BIM 模型为载体，集成设计、施工以及运营维护不同阶段、不同采集 源的数据，进行挖掘、分析，实现对桥梁状态的诊断，同时可以对既有桥 梁的运营状态进行趋势预测。目前该项检测技术已在京沪高铁大胜关大桥 成功应用。

1.3 隧道检测监测技术

隧道的检测监测工作主要分为 2 类：隧道通长的检测、风险隧道的检 测。隧道结构通长检测主要有 3 项：竣工验收检测、周期检测和日常检测。 在隧道结构通长检测中根据隧道衬砌的外观及质量判断隧道病害发生的风 险概率，对高风险的隧道重点监测。最后，将检测监测数据归入隧道检测 监测数据管理系统，对隧道服役状态开展智能评估。

1.4 轨道检测监测技术

轨道检测监测主要包括：稳定性评估、安全性评估。稳定性评估是依 据现场检测监测和关键部件室内试验结果开展;安全性评估是依据检测列 车动力参数和地面监测设施的检测监测结果开展。结合 2 类评估结果，将 综合检测车和轨道检测小车所得数据进行融合，获取重点区段轨道的服役 状态;最后将服役状态数据归入轨道检测监测数据管理系统，并依托评估 模型，对轨道服役状态进行智能评估。轨道检测监测技术主要包括：无缝 线路锁定轨温现场检测技术、道床阻力及支承刚度检测技术、轨道刚度检 测技术、轨道长波不平顺检测技术、无砟轨道砂浆粘结状态检测技术、轨 道状态长期监测技术、道岔状态检测监测技术。

1.5 站房检测监测技术

车站站房服役能力评估主要包括日常巡查、周期检测和重点监测三大 部分，构建站房检测监测数据管理平台和相应的智能评估系统。站房状态 评估包括站房结构健康状态评估、雨棚结构振动响应评估、天桥结构振动 响应评估、车体站台间隙检测监测评估等 4 项评估。通过深度分析站房、 雨棚、天桥、车体站台间隙等现场检测监测数据，基于站房结构设计和维护理念，充分考虑列车风影响，掌握车站结构服役状态规律，对站房结构 的安全性与正常使用功能进行评价与预警，向管理者、使用者及主要管理 部门提供相关信息。

2 发展展望与空天信息应用

2.1 北斗卫星导航技术

北斗卫星导航系统根据终端接收到的卫星数据实现终端定位，该监测 手段可对目标体的空间位置进行连续测量，实现毫米级别位移的检测监测，主要针对工务基础设施与地质灾害监测。北斗检测技术可以对目标体进行 连续的高精度观测，在关键基础设施、地质灾害等对时效性要求较强的监 测工作中具有明显优势。

2.2 卫星遥感探测技术

遥感探测应用传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息进行 接收、处理，并最后成像，从而对目标体进行探测。借助波长 0.3μm～1cm 级别的电磁波探测，卫星遥感可以提供大范围、高精度、高分辨率的影像 数据。卫星遥感探测具有可视性好、时空分辨率与几何定位精度高、技术 实现性好等特点。铁路工务检测监测工作中形位探测问题涉及桥梁、路基、 站房、隧道等各个专业，应用空天技术可以实现地表基础设施形位的快速、 高效检测。充分发挥北斗在经纬度测量及合成孔径雷达干涉技术在高程测 量方面的优势，建立适用于铁路沿线区域及设施设备的观测系统，实现线 路界别的铁路形位高效探测。铁路形位观测的难点在于铁路的长大线性分 布及铁路设施设备形变监测的标准较高。借助 InSAR 测量技术和北斗导航 技术，微波遥感在地表形变检测监测方面已达到毫米级精度，为铁路基础 设施形位监测提供了一种可靠的手段;结合高光谱分析技术的高分辨率光 学遥感的地质解译与分析可为铁路沿线异物侵限和地质灾害监测提供关键 信息。采用遥感方法探测铁路沿线区域的地表沉降已经取得了可观的效果。 通过特殊铁路结构物微波反射特征提取、里程地理编码等手段，可实现区 域沉降与局部差异沉降的毫米级监测。

结语

交通强国，铁路先行，安全保障，科技先行。在新技术快速发展的推 动下，铁路工务基础设施原位检测监测技术迈入快速发展的新阶段。为了 保障铁路运营安全，预防和避免工务基础设施故障，需发展以信息技术为 支撑的铁路工务基础设施服役状态的智能化原位检测监测技术体系。探索 了多属性、多角度的综合探测技术在铁路工务基础设施检测监测中的应用，对铁路路基、桥梁、隧道、轨道和站房等基础设施的各项指标进行测试，通过统一的数据平台对各项数据进行汇总集中管理和综合分析评估，可掌 握铁路工务基础设施的整体服役状态。同时，空天技术也将成为铁路基础 设施监测的有力工具，通过各项技术的研究、发展、联合、融会贯通，最 终形成“空-天-车-地”四位一体的铁路工务基础设施全方位、全时段检测 监测技术体系，为推进我国工务基础设施的智能检养修提供了技术支撑。

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