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1、雷达无损检测新技术在铁路行业中的应用王令朝（ 原上海铁路局技术监督所，上海）摘要：通过对雷达无损检测技术的介绍， 评估了这项新技术在铁路行业中应用对全路第六次大提速、 建设和维护高速重载现代化铁路等方面取代传统检测方法的价值和作用，也对雷达无损检测技术的计量原理和相关标准作了关联叙述， 供铁路有关部门在实施和具体应用中作参考。关键词 ：无损检测；铁路 ；应用中图分类号：文献标识码：文章编号 ：（）收稿日期 ：作者简介 ：王令朝 ，高级工程师年月（ 总第期）第卷第期铁 道 技 术 监 督雷达无损检测在铁路应用概况介绍雷达无损检测发展情况原本主要用于军事目的的雷达技术从世纪年代开始逐渐在民用领域中
2、得到发展和应用，对铁路系统而言， 美国 、 英国 、 瑞士 、 意大利 、 德国 、 前苏联早在世纪年代就开始研究利用雷达高频无线电波穿透和反射特性来检测诸如线路状态、 隧道安全 、 挡墙质量等铁路建筑设施， 但由于受到当时的技术条件和水平的限制， 雷达无损检测技术仅停留在试验和探索阶段， 并没有获得大面积推广使用。到了世纪年代后期 ， 随着计算机技术和微电子技术的迅速发展和普及， 大大地加快了雷达无损检测技术在铁路行业中的使用进程， 一种被科技人员称之为探地雷达（，简称） 的非破坏性的检测技术得到了实际应用 。这种更新换代的并融合了微型计算机软硬件技术的雷达检测装置不仅达到了良好的技术性能和
3、实用效果 ， 而且其自动化、 智能化功能可使检测工作变得更快捷更简便。年 ， 英国爱丁堡大学联合公司技术人员在铁路公司的铁路网中开展利用雷达技术评估线路道碴工作， 实现在短时间内检测一长段线路道碴工况， 并根据检测结果及时安排维修 ， 达到节省费用提高运输效率；年 ， 美国联邦铁路管理局（）和伯林顿北桑塔铁路公司（）联合开发探地雷达公铁两用车检测轨道路基项目，以解决重载货物列车对线路路基不断产生破坏影响所面临的挑战， 建立一个有效的铁路路基维护管理和技术支持体系； 瑞士 、 德国 、 俄罗斯 、 日本等国家也先后在铁路线上进行了雷达无损检测轨道路基工况的试验 ， 并取得了可喜的成果。近年来 ，
4、 我国也在沪宁线 、 陇海线 、 京秦线 、 宣杭线等铁路区段开始应用探地雷达来检测路基下沉外挤、 翻浆冒泥等病害，为铁路局制订路基大修里程和方案提供依据，取得了一定成效。雷达无损检测的应用领域雷达无损检测技术在铁路行业中有着广阔的应用前景 ， 从应用的性质来分，主要包括有现场专题研 、 维护方案计划和实时动态监测大类 ； 从应用的内容来分， 主要包括有线路道床检测、线路路基检测 、 隧道质量安全检测、 路基两侧挡墙检测、 列车车速检测等方面。线路道床检测包括对道渣与路基界面的检测、对道床污染程度的检测； 线路路基检测包括对路基土密实度的检测、 对路基内形成道渣囊的检测、 对路基土内空洞的检测
5、； 隧道质量安全检测包括隧道开挖前地质检测、 隧道开挖过程中掌子面前方地质的检测 、 隧道一次初护质量检测、 隧道二次衬砌厚度及病害检测、 隧道脱空、 积水 、 不密实 、 钢筋分布、 欠挖等病害检测； 路基两侧挡墙检测包括挡墙厚度检测、挡墙密实度检测、 挡墙水泥混凝土与石块间粘合程度检测 、 挡墙墙体内部脱空、 渗水 、 积水程度的检测。雷达无损检测的基本原理雷达高频无线电波的特性新技术应用 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - -
6、 - - - 输出显示无载波脉冲源发射电磁波接收反射回波时域接收机分析计算处理后向反射散身脉冲目的体地层地层图探地雷达工作原理雷达无损检测新技术在铁路行业中的应用新技术应用用于铁路线路工况检测的雷达高频无线电脉冲通常在 范围内，该种雷达无线电脉冲信号可以穿透诸如空气、 水 、 道碴 、 泥土 、 水泥等介质 ， 并能在不同介质表面产生一定数量的脉冲反射信号 。雷达无损检测技术正是利用高频无线电脉冲信号这种穿透和反射的特性， 来检测线路某种介质诸如厚度、 状态等工况。 工程技术人员通过实验证明 ， 利用以下公式， 能够求出用雷达检测时不同状态下道碴的介电常数，从而达到评估道碴的目的。（）其中 ，
7、为道碴的介电常数，无线电脉冲信号传输速度（） ，无线电脉冲信号传输距离所需的时间（），介质层的深度（）。实验数据表明， 新的干道碴其介电常数为， 新的湿道碴（含水）其介电常数为， 废弃的干道碴其介电常数为。由此可见，不同状态下的道碴其介电常数明显不同， 受污染后的不良道碴其介电常数要比优良道碴大得多。 同样道理， 利用上述公式也可以根据来自路基和道碴界面处反射脉冲时间的长短， 计算出道碴层的深度， 试验结果表明其检测计算误差在范围之内 。探地雷达检测线路的工作原理探地雷达检测技术实质上是一种非破坏性的物理探测方法， 它将无线电脉冲信号从地面发送到地下， 然后接收由轨道表面下方路基铺设层界面处反
8、射回来的无线电脉冲信号， 并根据反射脉冲信号的传输时间 、 幅度和波形等数据资料， 通过对图像的处理和分析 ， 从而确定路基铺设层的空间位置、 结构状况 、 介质特性等信息， 最终为铁路有关部门提供维护依据（ 见图） 。通常 ， 探地雷达设备被安装在专用检测车上， 由成对发射机和接收机组成的探地雷达天线悬挂在轨道的上方，当检测车以一定速度在线路上行驶时，通过天线可以连续发射和接收一系列无线电脉冲信号 ， 配合一台高精度差分全球定位系统（） 和数字视频装置， 路基的工况便一目了然。 探地雷达在工作时 ， 无线电脉冲信号在材料特性发生变化的路基铺设层界面处被反射回来， 在一层界面处只反射回来一部分
9、脉冲信号， 其余的无线电脉冲信号继续穿过该界面层，然后到达另一层界面处再次被反射回来 ， 直到探地雷达设定的检测深度为止。 无线电脉冲信号穿过一层介质并被反射回来所需的时间主要取决于介质材料的厚度和特性，而安装在检测车上的对收发天线可以同时收集到个连续的纵向剖面图像数据信息， 通过这些量化信息及相关软件的处理就能提供路基各铺设层纵横向结构变化的状况，也能探测到各铺设层的厚度、含水量以及路基内是否存在截流水等状况。雷达无损检测的主要特性众所周知， 随着高速、 重载列车等现代化铁路技术的突飞猛进， 如何应用先进的科学技术手段和装备来确保铁路运输生产安全、 提高运输效率、 降低日常维护成本已成为各国
10、铁路部门密切关注的重点，雷达无损检测应用就是其中的一个典范。雷达无损检测技术的最大特点对其检测对象不会产生任何性状的影响， 也不会留下任何破坏的痕迹 ， 这给铁路设施的运用管理、 施工维护带来了极大便利 。 例如 ， 目前检测铁路路基病害和检查路基状况仍主要采用传统的挖探、 开挖横沟 、 钻孔和钎探方法 ， 这些方法许多是破坏性的 ， 它既会造成线路损坏而又只能提供一个点或一个断面的信息， 不能提供长段线路全面的详细情况，采用探地雷达检测车检测线路测不仅无需开挖路基， 而且可以获得长段线路的可视图像和分析数据； 又如 ， 在隧道施工和维护中传统的钻孔取样探测地质、 检查混凝土层厚度、密实度 、
11、 探查渗水点等探查方法都存在着一定的风险和不确定的破坏因素， 采用雷达无损检测技术不仅省工省力不存在任何风险， 而且不受地形环境、 施工进度 、 维护周期等因素限制， 随时随地可获取相关检测结果（ 见图、 图） 。雷达无损检测技术的另一个特点是工作效率高 、 检测准确性和扩展性好， 能够满足现代化铁路快速 、 连续 、 在线 、 高效的检测要求， 有着极其良好的应名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 第卷第期铁道技术监
12、督用前景 。 例如 ： 地探雷达检测车能以的行驶速度在需要检测的线路里程内进行连续检测或定期检测 ， 通过对比分析每次检测结果， 就可以掌握路基状态的动态变化信息， 其检测结果能以数字化文件、 图像进行记录和保存， 工务部门不但可据此科学合理地安排养护、 维修计划， 而且可以通过计算机建立数据库并方便地查阅、 传送和管理路基资料， 实现路基信息资料的动态化和数字档案化管理。 又如 ， 探地雷达获得的数据信息还可以与其他测定的数据信息相关联， 如地理信息系统（）提供的线路地貌特征、 轨道特征等数据信息， 从中可以找出从探地雷达那里得到的路基特征与用其他条件测量仪器获得的特征两者之间有何关系， 譬
13、如某路段在重型轴载荷冲击下造成的道碴空穴现象， 等等 。 由此有助于相关部门进一步了解和观察路基对几何形状走向和维护工作造成的影响， 从而得出更具实际意义的指导性结论意见（见图、图、图） 。雷达无损检测的应用前景近几年来 ， 不少国家的大学、 科研部门和铁路单位都致力于研究雷达无损检测技术，并进一步改善和扩大其在铁路行业中的应用。据悉 ，北美铁路部门已经为下一代地探雷达检测车等检测设备制订了相关技术标准，使安装有探地雷达检测设备的轨道型车辆具有行驶速度在以上检测路基的条件， 其第一批试制的新一代探地雷达检测车已于年底经美国联邦交通委员会批准 ， 被美国铁路所采用。雷达无损检测技术另一个发展方向
14、是将与其他检测技术相结合， 进一步提高其检测能力和应用范围 。 例如 ， 国外已经实现路基检测和轨道状态检测相结合 ， 在路基检测的同时将诸如钢轨几何形状、 轨道刚度 、 维护记录等检测数据结合在一起， 打破了长期以来人们将轨道、 道床和基床三者分隔的检测格局，从而借助探地雷达获得的道床、 基床和路基状况， 对应轨道刚度等检测结果， 可以更加全面准确地评价线路质量和轨道特性， 制订出更科学、 合理的评价结果与道床、 基床维修整治方案。又如 ， 探地雷达路基检测和轨道电路特性相结合，可以借助探地雷达获得的诸如道碴污损程度、 钢轨锈蚀程度等数据信息，来分析信号轨道电路诸如接地电阻、 分路不良等状况
15、和故障。 再如 ， 利用雷达无损检测技术可以用来弥补其他检测技术的缺陷和不足，用雷达无线电信号来测量瞬时车速具有准确、 迅速等优点， 可避免以车轮转圈测量车速存在的因车轮磨损引起的误差， 等等 。有关专家指出， 雷达无损检测技术诸如超宽频、超精细 、 分析软件等软硬件的进一步研究开发以及相关技术标准、 检测规程的制订实施， 有助于雷达无损检测技术在铁路车、机、工、电、辆各个领域获得广泛应用 ， 这对提高铁路现代化程度及维护管理水平也会产生巨大作用。 毋庸置疑 ， 随着我国铁路提速重载工程进程、高速客运专线和磁悬浮铁路建设的不断深入发展， 安全管理和日常维护将面临运输繁忙、检修时间短、 维护要求高等诸多新的压力和挑战， 全新的雷达无损检测技术将大有用武之地。图线路路基与轨道几何形状关联显示图像图中心道床显示图像图便携式探地雷达图雷达检测隧道质量图探地雷达检测车名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -