GRP5000隧道检测车在上海地铁的应用研究

沈至毅 谭 周

(上海轨道交通维护保障中心，上海 200000)

随着轨道交通的飞速发展，到目前为止，上海轨道交通运营网络达11条线420 km，其中隧道结构达229 km。地铁隧道因为总里程长，病害出现点分散，采用人工检测已经不能满足隧道日常养护维修的需求。隧道病害直接影响着行车运营的安全，并且会严重影响隧道的使用寿命。上海地铁于2011年引入了GRP5000隧道动态全息成像测量系统，利用GRP5000的高速激光扫描测量技术及其配套数据处理软件，来检测隧道病害以及对隧道状态进行评估。

1 GRP5000测量系统的介绍

GRP5000隧道检测车是一种集光、机、电技术为一体的，多功能的轻型隧道检查小车，该小车装备有一个可以高速旋转的激光发射器，当小车在轨道上行走时，激光器发射的激光以螺旋线的形式对隧道表面进行全断面扫描，通过分析发射和接收到激光信号(强度和相位差)，可以获得隧道衬砌的内表面影像图像以及隧道衬砌表面各点距轨道中心线的距离，上述测量成果构成隧道状态测量和隧道净空测量的数据资料，这些数据资料可用于限界分析和隧道表面病害的状态分析，对于隧道运营维护具有指导意义。

为了获取高清晰度的隧道衬砌的内表面影像图像(图像分辨率约5 mm×5 mm，与500万像素的数码相机相当)，隧道检查小车的行进速度通常需要控制在0.7 km/h以内。如果仅需要进行隧道净空测量，小车的行进速度通常可以提高至2.5 km/h。

GRP5000处理所得的图像与原有的扫描数据分图层管理，保存在另外的图层，可以单独显示某个图层。如:可单独显示病害信息。输出多种格式的数据文件，使得数据保存和后继的数据应用变得更方便和灵活，也增加了第三方应用程序的可读性。本文主要介绍GRP5000测量系统的隧道状态测量作业方法(见图1)。

2 隧道检测作业方法

GRP5000利用专用软件“Amberg Rail”完成数据采集和相关处理之后，可输出TIFF格式的图形文件，这些图形文件携带了准确的里程信息，为以此为基础的病害分析提供了参考基准。

图1 GRP5000测量系统

上海地铁隧道病害分析包括以下几个主要的工作内容:

1)建立以上海地铁隧道特点为基础的病害数据库，内容包括病害的名称、统计时间、统计类型(长度、面积或出现的个数)、图例等。

2)定期对隧道进行扫描，获得数据。

3)在专业软件TunnelMap中，同步建立相应的隧道模型。

4)人工根据TIFF图像文件对隧道内的可见病害进行描绘(软件显示为灰度图)。同时也可将其他检测设备获得的病害情况绘制到TunnelMap数据库中，隧道滴漏、管片破损、裂缝、湿渍等病害;如图2～图5所示，左图均为现场照片，右图均为软件中显示灰度图截图。

图2 现场滴漏病害与软件灰度图显示

5)TunnelMap输出隧道的病害分布图见图6。通过隧道病害分布图我们可以直观掌握病害所在的位置、密度，并以此来制定维护计划;通过多次相同隧道、相同里程范围内的病害分布图的比较，我们可以了解隧道状态的发展变化趋势;新线验收时如使用GRP5000检测隧道状态，隧道病害分布图还能作为长期的基础数据档案，以供后期维护查阅。

6)通过TunnelMap输出隧道的统计报表。TunnelMap提供了5种不同类型的报表，从多种角度对病害分布和状态进行分析统计，其中包括:检查统计总表、详细一览表、不同病害类型统计分析表、隧道病害检查比较表、病害分布直方图。

图3 现场管片破损病害与软件灰度图显示

图4 现场裂缝照片与软件灰度图显示

图5 现场湿渍照片与软件灰度图显示

图6 隧道病害分布图

隧道病害检查比较表以数字形式反映了每个病害的发展变化情况，如定期对隧道进行扫描检测后，并将病害的变化记录到数据库中，就可以直观和准确的了解病害的发展状况，表1为鲁班路—西藏南路—外圈隧道的病害检查比较表，其中2012年5月做了第一次检测，由于尚未进行第2、第3次检查，所以后两次数据是虚拟的，用来说明该表所表现的数据趋势对于掌握病害发展的作用。通过表1可明显看出第1行的“湿渍”在第三次检查时面积有所增加;第4行的“渗水”在第3次检查时面积有所增加;“渗漏”地点由第1次检查的1处，第2次检查的2处发展为3处。

表1 隧道统计表

病害分布直方图提供的是隧道病害在以100 m为一个统计区间的分布直方图(见图7)，对于了解隧道各个分区的病害分布具有比较意义。

图7 病害分布直方图

从图7可以看出，大部分区的病害以渗水为多，其次为湿渍。1区病害以滴漏为多，当我们在编制1区维修计划时，便可以此为依据定制滴漏维修计划。

3 GRP5000系统更改应用

针对上海地铁隧道对原有GRP5000自带软件系统提出了一些更改需求:

1)针对地铁隧道的特点修改和完善原来的病害数据库。

2)由于准确记录每个病害的信息是维护工作的必要内容，所以增加了病害“详细一览表”，并增加病害等级和所在位置对应的环片序号。

3)原来的标准数据库主要针对大铁的应用，没有环片这个结构，由于需要参照环片对病害和其他设施进行定位，于是将环片加入图例数据库。

4)增加了接缝图例，以便于记录、统计和分析与接缝相关的病害数据。

4 结语

上海地铁引入GRP5000检测系统时间不长，在经过了较长时间的摸索、磨合期后，逐渐进入稳定应用阶段，但是，因为GRP5000存在后期数据处理时间较长，后期数据分析跟不上检测速度的弊端，在一定程度上容易导致病害检测报告滞后的现象。期望在基于软件的开放性基础之上，能研究提高数据处理效率的方法，并且随着GRP5000的广泛使用，新的检测项目将逐渐加入其中。