GRP5000隧道檢測(cè)車在上海地鐵的應(yīng)用研究

沈至毅 譚 周

(上海軌道交通維護(hù)保障中心，上海 200000)

隨著軌道交通的飛速發(fā)展，到目前為止，上海軌道交通運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)11條線420 km，其中隧道結(jié)構(gòu)達(dá)229 km。地鐵隧道因?yàn)榭偫锍涕L(zhǎng)，病害出現(xiàn)點(diǎn)分散，采用人工檢測(cè)已經(jīng)不能滿足隧道日常養(yǎng)護(hù)維修的需求。隧道病害直接影響著行車運(yùn)營(yíng)的安全，并且會(huì)嚴(yán)重影響隧道的使用壽命。上海地鐵于2011年引入了GRP5000隧道動(dòng)態(tài)全息成像測(cè)量系統(tǒng)，利用GRP5000的高速激光掃描測(cè)量技術(shù)及其配套數(shù)據(jù)處理軟件，來(lái)檢測(cè)隧道病害以及對(duì)隧道狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

1 GRP5000測(cè)量系統(tǒng)的介紹

GRP5000隧道檢測(cè)車是一種集光、機(jī)、電技術(shù)為一體的，多功能的輕型隧道檢查小車，該小車裝備有一個(gè)可以高速旋轉(zhuǎn)的激光發(fā)射器，當(dāng)小車在軌道上行走時(shí)，激光器發(fā)射的激光以螺旋線的形式對(duì)隧道表面進(jìn)行全斷面掃描，通過分析發(fā)射和接收到激光信號(hào)(強(qiáng)度和相位差)，可以獲得隧道襯砌的內(nèi)表面影像圖像以及隧道襯砌表面各點(diǎn)距軌道中心線的距離，上述測(cè)量成果構(gòu)成隧道狀態(tài)測(cè)量和隧道凈空測(cè)量的數(shù)據(jù)資料，這些數(shù)據(jù)資料可用于限界分析和隧道表面病害的狀態(tài)分析，對(duì)于隧道運(yùn)營(yíng)維護(hù)具有指導(dǎo)意義。

為了獲取高清晰度的隧道襯砌的內(nèi)表面影像圖像(圖像分辨率約5 mm×5 mm，與500萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)相當(dāng))，隧道檢查小車的行進(jìn)速度通常需要控制在0.7 km/h以內(nèi)。如果僅需要進(jìn)行隧道凈空測(cè)量，小車的行進(jìn)速度通常可以提高至2.5 km/h。

GRP5000處理所得的圖像與原有的掃描數(shù)據(jù)分圖層管理，保存在另外的圖層，可以單獨(dú)顯示某個(gè)圖層。如:可單獨(dú)顯示病害信息。輸出多種格式的數(shù)據(jù)文件，使得數(shù)據(jù)保存和后繼的數(shù)據(jù)應(yīng)用變得更方便和靈活，也增加了第三方應(yīng)用程序的可讀性。本文主要介紹GRP5000測(cè)量系統(tǒng)的隧道狀態(tài)測(cè)量作業(yè)方法(見圖1)。

2 隧道檢測(cè)作業(yè)方法

GRP5000利用專用軟件“Amberg Rail”完成數(shù)據(jù)采集和相關(guān)處理之后，可輸出TIFF格式的圖形文件，這些圖形文件攜帶了準(zhǔn)確的里程信息，為以此為基礎(chǔ)的病害分析提供了參考基準(zhǔn)。

圖1 GRP5000測(cè)量系統(tǒng)

上海地鐵隧道病害分析包括以下幾個(gè)主要的工作內(nèi)容:

1)建立以上海地鐵隧道特點(diǎn)為基礎(chǔ)的病害數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)容包括病害的名稱、統(tǒng)計(jì)時(shí)間、統(tǒng)計(jì)類型(長(zhǎng)度、面積或出現(xiàn)的個(gè)數(shù))、圖例等。

2)定期對(duì)隧道進(jìn)行掃描，獲得數(shù)據(jù)。

3)在專業(yè)軟件TunnelMap中，同步建立相應(yīng)的隧道模型。

4)人工根據(jù)TIFF圖像文件對(duì)隧道內(nèi)的可見病害進(jìn)行描繪(軟件顯示為灰度圖)。同時(shí)也可將其他檢測(cè)設(shè)備獲得的病害情況繪制到TunnelMap數(shù)據(jù)庫(kù)中，隧道滴漏、管片破損、裂縫、濕漬等病害;如圖2～圖5所示，左圖均為現(xiàn)場(chǎng)照片，右圖均為軟件中顯示灰度圖截圖。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)滴漏病害與軟件灰度圖顯示

5)TunnelMap輸出隧道的病害分布圖見圖6。通過隧道病害分布圖我們可以直觀掌握病害所在的位置、密度，并以此來(lái)制定維護(hù)計(jì)劃;通過多次相同隧道、相同里程范圍內(nèi)的病害分布圖的比較，我們可以了解隧道狀態(tài)的發(fā)展變化趨勢(shì);新線驗(yàn)收時(shí)如使用GRP5000檢測(cè)隧道狀態(tài)，隧道病害分布圖還能作為長(zhǎng)期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檔案，以供后期維護(hù)查閱。

6)通過TunnelMap輸出隧道的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。TunnelMap提供了5種不同類型的報(bào)表，從多種角度對(duì)病害分布和狀態(tài)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，其中包括:檢查統(tǒng)計(jì)總表、詳細(xì)一覽表、不同病害類型統(tǒng)計(jì)分析表、隧道病害檢查比較表、病害分布直方圖。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)管片破損病害與軟件灰度圖顯示

圖4 現(xiàn)場(chǎng)裂縫照片與軟件灰度圖顯示

圖5 現(xiàn)場(chǎng)濕漬照片與軟件灰度圖顯示

圖6 隧道病害分布圖

隧道病害檢查比較表以數(shù)字形式反映了每個(gè)病害的發(fā)展變化情況，如定期對(duì)隧道進(jìn)行掃描檢測(cè)后，并將病害的變化記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，就可以直觀和準(zhǔn)確的了解病害的發(fā)展?fàn)顩r，表1為魯班路—西藏南路—外圈隧道的病害檢查比較表，其中2012年5月做了第一次檢測(cè)，由于尚未進(jìn)行第2、第3次檢查，所以后兩次數(shù)據(jù)是虛擬的，用來(lái)說(shuō)明該表所表現(xiàn)的數(shù)據(jù)趨勢(shì)對(duì)于掌握病害發(fā)展的作用。通過表1可明顯看出第1行的“濕漬”在第三次檢查時(shí)面積有所增加;第4行的“滲水”在第3次檢查時(shí)面積有所增加;“滲漏”地點(diǎn)由第1次檢查的1處，第2次檢查的2處發(fā)展為3處。

表1 隧道統(tǒng)計(jì)表

病害分布直方圖提供的是隧道病害在以100 m為一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間的分布直方圖(見圖7)，對(duì)于了解隧道各個(gè)分區(qū)的病害分布具有比較意義。

圖7 病害分布直方圖

從圖7可以看出，大部分區(qū)的病害以滲水為多，其次為濕漬。1區(qū)病害以滴漏為多，當(dāng)我們?cè)诰幹?區(qū)維修計(jì)劃時(shí)，便可以此為依據(jù)定制滴漏維修計(jì)劃。

3 GRP5000系統(tǒng)更改應(yīng)用

針對(duì)上海地鐵隧道對(duì)原有GRP5000自帶軟件系統(tǒng)提出了一些更改需求:

1)針對(duì)地鐵隧道的特點(diǎn)修改和完善原來(lái)的病害數(shù)據(jù)庫(kù)。

2)由于準(zhǔn)確記錄每個(gè)病害的信息是維護(hù)工作的必要內(nèi)容，所以增加了病害“詳細(xì)一覽表”，并增加病害等級(jí)和所在位置對(duì)應(yīng)的環(huán)片序號(hào)。

3)原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)主要針對(duì)大鐵的應(yīng)用，沒有環(huán)片這個(gè)結(jié)構(gòu)，由于需要參照環(huán)片對(duì)病害和其他設(shè)施進(jìn)行定位，于是將環(huán)片加入圖例數(shù)據(jù)庫(kù)。

4)增加了接縫圖例，以便于記錄、統(tǒng)計(jì)和分析與接縫相關(guān)的病害數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

上海地鐵引入GRP5000檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)間不長(zhǎng)，在經(jīng)過了較長(zhǎng)時(shí)間的摸索、磨合期后，逐漸進(jìn)入穩(wěn)定應(yīng)用階段，但是，因?yàn)镚RP5000存在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)間較長(zhǎng)，后期數(shù)據(jù)分析跟不上檢測(cè)速度的弊端，在一定程度上容易導(dǎo)致病害檢測(cè)報(bào)告滯后的現(xiàn)象。期望在基于軟件的開放性基礎(chǔ)之上，能研究提高數(shù)據(jù)處理效率的方法，并且隨著GRP5000的廣泛使用，新的檢測(cè)項(xiàng)目將逐漸加入其中。