[发明专利]铁路隧道衬砌全断面车载检测方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于铁路工务系统检测技术领域，特别涉及隧道衬砌质量和病害检测的专用装置。

背景技术

据不完全统计，截止到2009年底，我国建成的铁路隧道总长度已经超过7000km，在建铁路隧道约2500座，总长约4600km，到2020年前规划建设5000座隧道，长度超过9000km。我国铁路隧道建设的总量已经远远超过世界其他国家。我国新建铁路隧道衬砌质量检测方法是采用人工手持探地雷达天线紧贴隧道壁的方式检测衬砌和完整性，由于成本较高，规范只要求抽检5％，也就是说95％的隧道衬砌的质量没有进行检测。

即便在交付运营前是合格的隧道，运营后隧道围岩在长期铁路荷载震动、地质、水文等共同作用下，也会发生隧道病害。1997年我国铁路工务部门进行的全国铁路隧道技术状态统计显示，全路运营隧道5000余座计2500km，其中发生病害影响运营的达1502座，占隧道总数的30％左右。据铁道部秋检资料统计，近年来我国铁路失格隧道比例一直保持在60％以上。一般发现隧道病害后，在维修天窗时间内，停电后，人站在升降车上手持探地雷达天线进行检测，比较长的隧道一个维修天窗时间也只能测一条测线，全断面测完需要五个维修天窗时间。

国外已有用于铁路、公路隧道衬砌质量和病害检测的探地雷达车。它们是用液压系统支撑探地雷达天线与隧道壁紧贴，或者天线辐射面距隧道壁距离在25cm以内。这种车比人工方法进了一大步，它可以一次全断面检测，效率比人工提高了五倍，检测时人身安全提高，劳动强度降低。但是这种方式在电气化铁路上检测时，遇到接触网固定杆，必须降下天线，由于液压系统的反应速度比人的反应速度还慢，因而测试速度低于5km/h。另外这种紧贴方式必须要求在天窗时间内停电作业，严重影响铁路运输，而且效率很低。目前我国铁路电气化区段占很大的比重，截止到2009年底，我国电气化铁路总里程已达到3.2万km，电气化铁路改造还在进行。而我国既有线电气化区段铁路隧道检测都是在停电的情况下，人站在小车或平板车上，手持雷达天线与隧道壁紧贴的情况下检测，每次只能测一个纵剖面，效率非常低，而且很不安全。

我国铁道科学研究院也正在购置国外探地雷达，研制类似国外铁路、公路隧道衬砌检测车，仍然采用液压系统支撑探地雷达天线，使天线辐射面距隧道壁有小于25cm间隙。但是这种方式检测电气化区段隧道衬砌时，还是无法克服接触网固定杆阻挡，检测车行走速度比人手持天线车的行走速度还慢，由于它是全断面测量，效率是人工方式的5倍。但仍然需要在维修天窗时间内停电作业。

本发明是针对我国既有线电气化区段铁路隧道检测受接触网及其固定杆的限制因而检测速度很低的情况进行的一项技术革新。本发明要解决的技术问题是避免探地雷达天线与接触网及其支座相碰，并且能在不停电的条件下工作；检测速度提高到列车正常运行速度；全断面检测各天线之间不相互干扰；在检测过程中自动定位，并且只采集记录隧道内探地雷达信号；改进隧道检测中探地雷达信号处理和分析方法。它要求车载探地雷达在远距离的条件下全断面连续检测隧道衬砌，从而实现我国既有线铁路隧道病害的普查。

发明内容

本发明目的是提供一种铁路隧道衬砌全断面车载检测方法与装置，针对我国既有线铁路隧道状况和我国铁路繁忙的情况，避免目前既有线铁路隧道人工方式和国外液压系统支撑探地雷达天线方式检测存在着接触网结构阻挡而使检测速度降低的缺点，提出一种既有线电气化区段铁路隧道衬砌车载探地雷达远距离测量方法，在不停电的条件下，检测车挂在列车的尾部，不增加车次，不影响正常的铁路运输，以列车正常运行速度对隧道衬砌进行检测，实现铁路隧道病害的普查。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的，它是一种用于铁路隧道车载探地雷达系统，也是一种全新的既有线隧道衬砌质量和病害检测方法。六组探地雷达天线安装在客车连接体外中部和上部，天线辐射面不超过车辆界限，以80-175km/h的速度运行，采集隧道衬砌结构与围岩结构的雷达回波信号，组成隧道全断面雷达回波图像。根据雷达回波图像判断隧道衬砌的厚度、完整性、衬砌后面是否有空洞以及围岩的地质结构等隧道衬砌质量与病害。