轨道交通工程结构质量检测方法与技术研究

李明达

（北京铁研建设监理有限责任公司，北京 102600）

0 引言

轨道交通作为城市交通的主要载体，其安全、可靠运行至关重要。结构质量是轨道交通安全运行的核心要素，因此对其进行有效的质量检测与监测尤为关键。传统的结构质量检测方法虽然能在一定程度上保障工程的安全性，但随着技术的进步和工程规模的扩大，其局限性也日益凸显。为此，对轨道交通工程结构质量检测方法和技术进行研究，希望能为轨道交通工程提供更科学、有效的检查手段，确保其安全、高效运行。

1 轨道交通工程结构质量检测方法

1.1 传统质量检测方法

传统的轨道交通工程结构质量检测方法主要依赖于视觉检查、手工检测工具和基本的仪器设备。例如，使用简单的锤击法判断混凝土结构的完整性；通过声音变化分析内部的空腔或裂缝问题；利用尺子和测距仪等测量工具检查结构的尺寸和形状；采用钢筋探测器检测混凝土内的钢筋位置和钢筋保护层厚度；使用显微镜或者特殊的染料检测细小裂缝。虽然这些方法能够为早期的工程项目提供基本的质量保障，但在很大程度上依赖于工程师的经验和专业能力，检查结果容易受到人为因素的影响。并且，随着轨道交通工程规模的扩大和结构复杂性的提高，这些方法的局限性逐渐显现，如检查效率低、可能遗漏隐患等，从而需要采取更先进的技术进行轨道交通工程结构质量检测。

1.2 先进质量检测技术及优势

近年来，轨道交通工程结构质量检测方法与技术经历了一系列革新，尤其是非破坏性检测技术，如超声波探伤、红外热像和地面穿透雷达技术等，能够深入结构内部，准确识别并定位潜在的缺陷，且完全不会损伤或影响检测部位的完整性，实现了对轨道交通工程结构质量的深入探查。

超声波探伤技术主要是利用声波在材料中的传播特性来探测结构内部缺陷。该技术能够识别微小裂纹、空洞和其他缺陷，能够有效检查混凝土、金属和其他工程材料结构质量。红外热像技术是通过捕捉物体发出的红外辐射来制作热图像，从而帮助发现温度异常区域（通常是结构缺陷的征兆）[1]。地面穿透雷达技术主要是借助深入地下的高频率无线电波探测结构的不规则性。

此外，数字化建模和模拟技术能够为工程师提供高度精准的三维视图，使其能够直观地对比设计图和实际结构，迅速定位偏差或异常。借助物联网技术与传感器，可以实时监测结构健康状态，同时通过云技术即时传输到中央数据库，便于工程师实时进行远程分析和评估。

综合而言，这些技术的应用极大地提高了轨道交通工程结构质量检测的准确性和效率，可确保项目的安全性、稳定性和耐用性，同时能大大降低维护成本和潜在风险。

1.3 结构质量评估相关标准

城市轨道交通工程的结构质量评估是确保工程安全、可靠运行以及延长使用寿命的重要环节，因此需要对其进行全面、细致的检查与评估[2]。《城市轨道交通结构工程检测技术标准》（DB11/T 2126—2023）为结构质量评估提供了明确的标准，便于工程师、技术人员和管理者更准确地进行结构质量评估，保证轨道交通工程结构质量。

2 城市轨道交通工程结构质量检测技术应用

2.1 非破坏性检测技术

非破坏性检测技术（NDT）近年来在城市轨道交通工程中得到了广泛应用，成为工程质量评估的重要工具。该技术的核心优势在于能够在不损伤或改变材料和结构性质的情况下，准确地检测、评估和分析结构的完整性和安全性。随着科技的进步，NDT 技术已从基础的超声波、磁粉检测等技术发展到更高级的数字成像、地面穿透雷达和声发射技术。

例如，数字X 射线成像技术可以为工程师提供高分辨率的内部结构图像，帮助他们识别微小的裂缝、空洞或其他潜在缺陷。地面穿透雷达技术能深入地下，检测轨道下方的结构和地质状况，提供关于土壤、水文和岩石的深入信息，从而帮助决策者了解相关因素对上层结构的潜在影响。声发射技术的原理是通过材料在受力时产生的声音评估材料的应力状态和疲劳程度[3]。

此外，非破坏性检测技术与现代数据分析方法的结合，如人工智能和机器学习，进一步提高了检测效率和检测结果的准确性。这种技术与算法的融合使得NDT 不仅可以检测现有问题，还可以预测未来可能出现的问题，可为城市轨道交通工程的维护和管理提供有效的决策支持。

2.2 数字化建模和模拟

在现代城市轨道交通工程中，数字化建模和模拟已成为质量检测的关键组成部分。通过高精度的三维数字模型，能够实现对整个工程的精细化、全面化描述，使项目的各个环节（设计、施工、维护等）均有明确的参考依据。这种模型不仅能反映工程的几何形态，还能提供材料属性、施工工艺和预期性能等多维度信息。

在质量检测阶段，数字化模型能够提供一种直观、高效的方式，用以对比实际工程与设计意图之间的差异。这种对比可以精确到毫米级别，确保结构的每个部分都符合设计规范。此外，模型中的数据还可以用于各种模拟测试，如加载测试、动力学模拟等，以验证工程结构在各种预期和非预期负载下的性能表现。

数字化模拟的另一个显著特点是预测能力。基于历史数据和模型参数，可以模拟工程结构在长时间运行后的状态，从而识别可能出现的疲劳、裂缝和其他潜在问题。这种预测模拟能够为维护决策提供有力支持，帮助工程团队制订更为精准的维保策略和计划[4]。

随着计算能力的提高和传感技术的进步，数字化建模和模拟的精度和范围也在持续扩展。当前，模型不仅可以展示工程结构，还可以融入环境因素，如地下水位、土壤属性和气候变化等，为城市轨道交通工程的全生命周期管理提供全方位的技术支持。

2.3 监测系统

在轨道交通工程中，借助监测系统进行实时的数据收集和分析是确保工程安全、稳定和高效运行的关键。随着传感器技术、物联网技术和大数据分析技术的发展，现代监测系统能够实时捕捉工程结构的各种变化和异动，从而为决策者提供及时、准确的信息。监测系统实时数据采集和分析流程如图1 所示。

图1 监测系统实时数据采集和分析流程

实时数据采集依赖于布置在工程关键位置的传感器，这些传感器可以实时监测结构的位移、应力、温度、振动等物理量。例如，光纤布里渊散射技术可用于监测结构的微小变形，压电传感器能够捕捉到结构的微振动。这些传感器通常与无线通信模块结合，实时将数据传输到中央监控系统。

中央监控系统接收到数据后，会对数据进行初步处理和筛选，剔除异常值和噪声，然后应用先进的算法进行深度分析。通过频谱分析、时频分析和模式识别等技术，系统能够识别结构的正常响应和潜在的异常状态。例如，通过对振动数据的频谱分析，可以判断结构是否出现了共振，对温度和应力数据的关联分析，则能够预测混凝土的开裂风险。

实时数据分析结果会展示在监控中心的大屏上，工程师可以通过可视化界面全面了解结构状态。系统检测到潜在的风险时，会自动发出警报，提示工程师进行进一步的检查和处理。此外，实时数据也能为工程的长期健康监测提供宝贵的资料，有助于掌握结构的老化规律，进而及时采取维护措施，延长其使用寿命。

3 质量改进与控制措施

3.1 结构缺陷的修复与预防

结构缺陷的修复与预防是轨道交通工程中的重要任务，决定了整个结构的稳定性和安全性。从微观角度看，结构缺陷的形成可能是材料不均匀、施工过程中的错误、长时间运行带来的疲劳损伤、外部环境因素（如地震、腐蚀）等造成的。因此，修复这些缺陷的首要步骤是利用现代检测技术，如声发射、超声波、X 射线或电磁波探伤，对结构进行全面的检查，确保及时、准确地找到所有潜在损伤区域。

针对检测到的缺陷，应选择合适的修复技术。例如，针对裂纹，可以选择焊接、黏结方式，或使用高强度的修复材料（如碳纤维）进行加固处理；对于腐蚀区域，除去受损部分后，可采用防腐涂料或其他防护措施，以延长结构的使用寿命。选择修复方法时，应考虑到其对整体结构性能的影响，确保修复后的部分与周围材料有良好的兼容性，避免出现新的应力集中区[5]。

预防结构缺陷同样重要。在设计阶段，工程师应考虑到所有潜在的影响因素，选择高性能、高耐久性的材料，并确保所有施工细节均满足国家和国际相关标准。在施工过程中，应进行严格的质量控制，确保每一步都符合设计规范。此外，应进行定期的维护和检查，借助现代化监测系统，及时发现并处理微小问题，避免其发展成大的缺陷。

3.2 基于数据驱动的质量控制方法

基于数据驱动的质量控制方法将数据获取、处理和解析作为决策制订的核心。为此，需要在关键的施工和运营环节部署大量的传感器和检测设备，持续收集关于材料性能、施工过程、结构响应等方面的数据。这些数据经过高效的预处理，如去噪、标准化和归一化，然后输入到先进的分析工具中，如机器学习模型、深度学习网络或统计分析软件。

该质量控制方法强调数据的实时性和连续性，以确保工程团队能够迅速响应并针对可能出现的问题及时调整施工方案。例如，数据分析结果显示某个结构元件的应力超过了预定阈值，工程团队可迅速采取补救措施，避免可能出现的结构问题。此外，通过对大量数据的长期分析，可以识别出隐藏的结构病害趋势，为施工设计优化及施工技术指导提供可靠依据。

此外，可以通过建立预测模型，为决策制订提供依据。通过对历史数据的深入分析，模型可以预测未来可能出现的质量问题或工程风险，从而使施工团队制订更具前瞻性的应对策略。同时，基于数据驱动的质量控制方法还能为同类工程的持续改进提供有效的依据，每一个项目的相关数据都可以为下一个项目提供经验和反馈。

3.3 人员培训和管理

在轨道交通工程领域，人员培训和管理至关重要，不仅关乎项目能否顺利完成，还涉及整个工程的安全和质量。

首先，从技术层面看，随着技术的迅速进步，施工方法、施工材料和工程技术等都在发生变化。为确保团队全面掌握并熟练应用新技术，系统的培训不可或缺。通过培训，工程师和技术人员可以了解最新的技术趋势，掌握先进的施工技巧，进一步保证工程的精确性和质量。

其次，工程管理的复杂性要求管理人员必须具备丰富的项目管理经验、危机处理能力以及与团队成员沟通的技巧。因此，对管理人员进行定期的管理培训，提高其对项目风险的预见性，提高其危机处理能力及沟通能力等，确保项目按计划进行，是确保项目成功的关键。

再次，工程安全也是轨道交通工程中的重要问题。通过相关培训可以确保施工人员了解并遵守安全规定，及时识别潜在安全隐患，并采取适当的预防措施。同时，通过对新员工的入职培训，有助于其快速融入团队，理解并遵循团队的工作流程和标准。

最后，从管理角度看，人员管理不仅是对个体的管理，还涉及团队组织和协作，因此应采取科学的人员管理模式，实现高效的团队协作，以大大提高工程效率，减少施工实物、避免资源浪费，进而保证轨道交通工程的质量和进度。

4 结语

综上所述，轨道交通工程结构质量检测对保证轨道交通工程的安全性、稳定性和可靠性具有重要意义。采用先进的检测技术和科学的质量控制方法，可以有效地检测和评估轨道交通工程结构的性能和质量，及时发现和解决潜在的安全隐患，确保轨道交通工程的安全性。同时，加强轨道交通工程结构质量检测方法与技术研究，还有利于提高轨道交通工程的耐久性和使用寿命，降低维护和维修成本，为城市公共交通的发展和优化提供有力支持。