根據(jù)2017年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報，全國公路隧道16229處、1528.51萬米，其中特長隧道902處、401.32萬米，長隧道3841處、659.93萬米。公路隧道病害的類型主要有水害、凍害、襯砌裂損等，隧道內(nèi)各種病害一般不是單獨存在，而是互相影響、互相作用。隧道在公路交通中有著特殊而重要的地位，隧道病害的快速檢測是當(dāng)前世界公路檢測領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵難題。
隧道常見病害分類
隧道病害類型主要有水害、凍害、襯砌裂損等，互相影響、互相作用。水害是隧道常見的病害，隧道滲漏水、積水將會造成隧道襯砌開裂或裂縫變大，而且，襯砌水害嚴(yán)重必然導(dǎo)致凍害嚴(yán)重，襯砌裂損病害主要表現(xiàn)為襯砌變形、開裂和錯臺，而襯砌開裂又會引發(fā)隧道嚴(yán)重水害。
（a）水害
（b）裂縫
圖1隧道主要病害類型
隧道快速測量技術(shù)、裝備
隧道是公路交通的控制性工程，當(dāng)前以人工為主的檢測方法在作業(yè)時必須封閉交通，檢測效率低、安全風(fēng)險高、對交通影響大?；诙鄠鞲衅骷傻木C合測量方法是解決快速運動狀態(tài)下高精度多指標(biāo)測量的有效方法。首先，水害和凍害對溫度敏感，采用紅外信號可以高精度檢測；其次，基于高精度三維斷面測量測量隧道襯砌相對形變可有效測量裂損病害；最后，隧道構(gòu)造物相對于隧道自身有明顯的變化，通過高精度激光雷達(dá)掃描點云重構(gòu)隧道三維可快速檢測。
基于多傳感器陣列集成的需求，項目組發(fā)明了可以繞中心旋轉(zhuǎn)的傳感器陣列集成平臺，可以可靠集成并維持CCD相機(jī)陣列、紅外熱像儀陣列以及三位斷面掃描儀陣列在高動態(tài)環(huán)境的姿態(tài)一致性。
（a）傳感器陣列集成平臺
研發(fā)了隧道快速檢測裝備和足尺寸標(biāo)定環(huán)境，裝備一次行駛可以檢測半幅隧道，通過旋轉(zhuǎn)傳感器平臺方向，在不改變行駛方向的條件下實現(xiàn)另外半幅隧道檢測，從而滿足不同尺寸隧道檢測需求。
（b）隧道足尺標(biāo)定環(huán)境
（c）隧道快速檢測裝備
圖2隧道快速檢測技術(shù)及裝備
隧道快速檢測效果
隧道快速檢測裝備集成高精度激光雷達(dá)、紅外熱像儀、線掃描三維測量傳感器以及整列CCD相機(jī)，在高可靠性時空基準(zhǔn)上同步采集溫度、全局點云與局部形變以及灰度數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)融合與建模，達(dá)到一測多用，實現(xiàn)隧道的水害、凍害以及裂損病害集成檢測，檢測結(jié)果自動生成病害分布圖。
（a）作業(yè)現(xiàn)場
（b）三維斷面以及構(gòu)造物檢測
（c）數(shù)據(jù)融合
（d）隧道襯砌病害檢測結(jié)果
（f）隧道病害分布圖
圖3 隧道病害檢測效果
隧道檢測技術(shù)應(yīng)用
武大卓越隧道快速檢測裝備是國內(nèi)首臺投入工程應(yīng)用的檢測裝備，由劉先林院士組成的專家組一致認(rèn)為：“達(dá)到國際領(lǐng)先水平”。當(dāng)前，成果已經(jīng)在國內(nèi)十多個省市，2000多座大型隧道檢測中成功應(yīng)用。
總結(jié)
由深圳大學(xué)和武漢武大卓越有限責(zé)任公司組成的研發(fā)團(tuán)隊，在李清泉教授帶領(lǐng)下，經(jīng)過近10年攻關(guān)，突破了半封閉空間定位、多傳感器同步控制、高性能傳感器以及跨尺度異構(gòu)數(shù)據(jù)融合建模的核心技術(shù)，研制了高端裝備并工程化應(yīng)用，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，填補(bǔ)國內(nèi)空白。
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