軌道交通工程結構質量檢測方法與技術研究

李明達

（北京鐵研建設監理有限責任公司，北京 102600）

0 引言

軌道交通作為城市交通的主要載體，其安全、可靠運行至關重要。結構質量是軌道交通安全運行的核心要素，因此對其進行有效的質量檢測與監測尤為關鍵。傳統的結構質量檢測方法雖然能在一定程度上保障工程的安全性，但隨著技術的進步和工程規模的擴大，其局限性也日益凸顯。為此，對軌道交通工程結構質量檢測方法和技術進行研究，希望能為軌道交通工程提供更科學、有效的檢查手段，確保其安全、高效運行。

1 軌道交通工程結構質量檢測方法

1.1 傳統質量檢測方法

傳統的軌道交通工程結構質量檢測方法主要依賴于視覺檢查、手工檢測工具和基本的儀器設備。例如，使用簡單的錘擊法判斷混凝土結構的完整性；通過聲音變化分析內部的空腔或裂縫問題；利用尺子和測距儀等測量工具檢查結構的尺寸和形狀；采用鋼筋探測器檢測混凝土內的鋼筋位置和鋼筋保護層厚度；使用顯微鏡或者特殊的染料檢測細小裂縫。雖然這些方法能夠為早期的工程項目提供基本的質量保障，但在很大程度上依賴于工程師的經驗和專業能力，檢查結果容易受到人為因素的影響。并且，隨著軌道交通工程規模的擴大和結構復雜性的提高，這些方法的局限性逐漸顯現，如檢查效率低、可能遺漏隱患等，從而需要采取更先進的技術進行軌道交通工程結構質量檢測。

1.2 先進質量檢測技術及優勢

近年來，軌道交通工程結構質量檢測方法與技術經歷了一系列革新，尤其是非破壞性檢測技術，如超聲波探傷、紅外熱像和地面穿透雷達技術等，能夠深入結構內部，準確識別并定位潛在的缺陷，且完全不會損傷或影響檢測部位的完整性，實現了對軌道交通工程結構質量的深入探查。

超聲波探傷技術主要是利用聲波在材料中的傳播特性來探測結構內部缺陷。該技術能夠識別微小裂紋、空洞和其他缺陷，能夠有效檢查混凝土、金屬和其他工程材料結構質量。紅外熱像技術是通過捕捉物體發出的紅外輻射來制作熱圖像，從而幫助發現溫度異常區域（通常是結構缺陷的征兆）[1]。地面穿透雷達技術主要是借助深入地下的高頻率無線電波探測結構的不規則性。

此外，數字化建模和模擬技術能夠為工程師提供高度精準的三維視圖，使其能夠直觀地對比設計圖和實際結構，迅速定位偏差或異常。借助物聯網技術與傳感器，可以實時監測結構健康狀態，同時通過云技術即時傳輸到中央數據庫，便于工程師實時進行遠程分析和評估。

綜合而言，這些技術的應用極大地提高了軌道交通工程結構質量檢測的準確性和效率，可確保項目的安全性、穩定性和耐用性，同時能大大降低維護成本和潛在風險。

1.3 結構質量評估相關標準

城市軌道交通工程的結構質量評估是確保工程安全、可靠運行以及延長使用壽命的重要環節，因此需要對其進行全面、細致的檢查與評估[2]?！冻鞘熊壍澜煌ńY構工程檢測技術標準》（DB11/T 2126—2023）為結構質量評估提供了明確的標準，便于工程師、技術人員和管理者更準確地進行結構質量評估，保證軌道交通工程結構質量。

2 城市軌道交通工程結構質量檢測技術應用

2.1 非破壞性檢測技術

非破壞性檢測技術（NDT）近年來在城市軌道交通工程中得到了廣泛應用，成為工程質量評估的重要工具。該技術的核心優勢在于能夠在不損傷或改變材料和結構性質的情況下，準確地檢測、評估和分析結構的完整性和安全性。隨著科技的進步，NDT 技術已從基礎的超聲波、磁粉檢測等技術發展到更高級的數字成像、地面穿透雷達和聲發射技術。

例如，數字X 射線成像技術可以為工程師提供高分辨率的內部結構圖像，幫助他們識別微小的裂縫、空洞或其他潛在缺陷。地面穿透雷達技術能深入地下，檢測軌道下方的結構和地質狀況，提供關于土壤、水文和巖石的深入信息，從而幫助決策者了解相關因素對上層結構的潛在影響。聲發射技術的原理是通過材料在受力時產生的聲音評估材料的應力狀態和疲勞程度[3]。

此外，非破壞性檢測技術與現代數據分析方法的結合，如人工智能和機器學習，進一步提高了檢測效率和檢測結果的準確性。這種技術與算法的融合使得NDT 不僅可以檢測現有問題，還可以預測未來可能出現的問題，可為城市軌道交通工程的維護和管理提供有效的決策支持。

2.2 數字化建模和模擬

在現代城市軌道交通工程中，數字化建模和模擬已成為質量檢測的關鍵組成部分。通過高精度的三維數字模型，能夠實現對整個工程的精細化、全面化描述，使項目的各個環節（設計、施工、維護等）均有明確的參考依據。這種模型不僅能反映工程的幾何形態，還能提供材料屬性、施工工藝和預期性能等多維度信息。

在質量檢測階段，數字化模型能夠提供一種直觀、高效的方式，用以對比實際工程與設計意圖之間的差異。這種對比可以精確到毫米級別，確保結構的每個部分都符合設計規范。此外，模型中的數據還可以用于各種模擬測試，如加載測試、動力學模擬等，以驗證工程結構在各種預期和非預期負載下的性能表現。

數字化模擬的另一個顯著特點是預測能力?；跉v史數據和模型參數，可以模擬工程結構在長時間運行后的狀態，從而識別可能出現的疲勞、裂縫和其他潛在問題。這種預測模擬能夠為維護決策提供有力支持，幫助工程團隊制訂更為精準的維保策略和計劃[4]。

隨著計算能力的提高和傳感技術的進步，數字化建模和模擬的精度和范圍也在持續擴展。當前，模型不僅可以展示工程結構，還可以融入環境因素，如地下水位、土壤屬性和氣候變化等，為城市軌道交通工程的全生命周期管理提供全方位的技術支持。

2.3 監測系統

在軌道交通工程中，借助監測系統進行實時的數據收集和分析是確保工程安全、穩定和高效運行的關鍵。隨著傳感器技術、物聯網技術和大數據分析技術的發展，現代監測系統能夠實時捕捉工程結構的各種變化和異動，從而為決策者提供及時、準確的信息。監測系統實時數據采集和分析流程如圖1 所示。

圖1 監測系統實時數據采集和分析流程

實時數據采集依賴于布置在工程關鍵位置的傳感器，這些傳感器可以實時監測結構的位移、應力、溫度、振動等物理量。例如，光纖布里淵散射技術可用于監測結構的微小變形，壓電傳感器能夠捕捉到結構的微振動。這些傳感器通常與無線通信模塊結合，實時將數據傳輸到中央監控系統。

中央監控系統接收到數據后，會對數據進行初步處理和篩選，剔除異常值和噪聲，然后應用先進的算法進行深度分析。通過頻譜分析、時頻分析和模式識別等技術，系統能夠識別結構的正常響應和潛在的異常狀態。例如，通過對振動數據的頻譜分析，可以判斷結構是否出現了共振，對溫度和應力數據的關聯分析，則能夠預測混凝土的開裂風險。

實時數據分析結果會展示在監控中心的大屏上，工程師可以通過可視化界面全面了解結構狀態。系統檢測到潛在的風險時，會自動發出警報，提示工程師進行進一步的檢查和處理。此外，實時數據也能為工程的長期健康監測提供寶貴的資料，有助于掌握結構的老化規律，進而及時采取維護措施，延長其使用壽命。

3 質量改進與控制措施

3.1 結構缺陷的修復與預防

結構缺陷的修復與預防是軌道交通工程中的重要任務，決定了整個結構的穩定性和安全性。從微觀角度看，結構缺陷的形成可能是材料不均勻、施工過程中的錯誤、長時間運行帶來的疲勞損傷、外部環境因素（如地震、腐蝕）等造成的。因此，修復這些缺陷的首要步驟是利用現代檢測技術，如聲發射、超聲波、X 射線或電磁波探傷，對結構進行全面的檢查，確保及時、準確地找到所有潛在損傷區域。

針對檢測到的缺陷，應選擇合適的修復技術。例如，針對裂紋，可以選擇焊接、黏結方式，或使用高強度的修復材料（如碳纖維）進行加固處理；對于腐蝕區域，除去受損部分后，可采用防腐涂料或其他防護措施，以延長結構的使用壽命。選擇修復方法時，應考慮到其對整體結構性能的影響，確保修復后的部分與周圍材料有良好的兼容性，避免出現新的應力集中區[5]。

預防結構缺陷同樣重要。在設計階段，工程師應考慮到所有潛在的影響因素，選擇高性能、高耐久性的材料，并確保所有施工細節均滿足國家和國際相關標準。在施工過程中，應進行嚴格的質量控制，確保每一步都符合設計規范。此外，應進行定期的維護和檢查，借助現代化監測系統，及時發現并處理微小問題，避免其發展成大的缺陷。

3.2 基于數據驅動的質量控制方法

基于數據驅動的質量控制方法將數據獲取、處理和解析作為決策制訂的核心。為此，需要在關鍵的施工和運營環節部署大量的傳感器和檢測設備，持續收集關于材料性能、施工過程、結構響應等方面的數據。這些數據經過高效的預處理，如去噪、標準化和歸一化，然后輸入到先進的分析工具中，如機器學習模型、深度學習網絡或統計分析軟件。

該質量控制方法強調數據的實時性和連續性，以確保工程團隊能夠迅速響應并針對可能出現的問題及時調整施工方案。例如，數據分析結果顯示某個結構元件的應力超過了預定閾值，工程團隊可迅速采取補救措施，避免可能出現的結構問題。此外，通過對大量數據的長期分析，可以識別出隱藏的結構病害趨勢，為施工設計優化及施工技術指導提供可靠依據。

此外，可以通過建立預測模型，為決策制訂提供依據。通過對歷史數據的深入分析，模型可以預測未來可能出現的質量問題或工程風險，從而使施工團隊制訂更具前瞻性的應對策略。同時，基于數據驅動的質量控制方法還能為同類工程的持續改進提供有效的依據，每一個項目的相關數據都可以為下一個項目提供經驗和反饋。

3.3 人員培訓和管理

在軌道交通工程領域，人員培訓和管理至關重要，不僅關乎項目能否順利完成，還涉及整個工程的安全和質量。

首先，從技術層面看，隨著技術的迅速進步，施工方法、施工材料和工程技術等都在發生變化。為確保團隊全面掌握并熟練應用新技術，系統的培訓不可或缺。通過培訓，工程師和技術人員可以了解最新的技術趨勢，掌握先進的施工技巧，進一步保證工程的精確性和質量。

其次，工程管理的復雜性要求管理人員必須具備豐富的項目管理經驗、危機處理能力以及與團隊成員溝通的技巧。因此，對管理人員進行定期的管理培訓，提高其對項目風險的預見性，提高其危機處理能力及溝通能力等，確保項目按計劃進行，是確保項目成功的關鍵。

再次，工程安全也是軌道交通工程中的重要問題。通過相關培訓可以確保施工人員了解并遵守安全規定，及時識別潛在安全隱患，并采取適當的預防措施。同時，通過對新員工的入職培訓，有助于其快速融入團隊，理解并遵循團隊的工作流程和標準。

最后，從管理角度看，人員管理不僅是對個體的管理，還涉及團隊組織和協作，因此應采取科學的人員管理模式，實現高效的團隊協作，以大大提高工程效率，減少施工實物、避免資源浪費，進而保證軌道交通工程的質量和進度。

4 結語

綜上所述，軌道交通工程結構質量檢測對保證軌道交通工程的安全性、穩定性和可靠性具有重要意義。采用先進的檢測技術和科學的質量控制方法，可以有效地檢測和評估軌道交通工程結構的性能和質量，及時發現和解決潛在的安全隱患，確保軌道交通工程的安全性。同時，加強軌道交通工程結構質量檢測方法與技術研究，還有利于提高軌道交通工程的耐久性和使用壽命，降低維護和維修成本，為城市公共交通的發展和優化提供有力支持。