探寻地铁隧道安全奥秘，这本新书给出答案

目前，地铁隧道安全隐患的检测技术难以满足综合快速智能检测的需求，本书在团队研究的基础上，对于地铁隧道的多种地质结构安全隐患，采用不同的针对性技术实现对安全隐患的全面检测。

全书共10章，分别描述地铁隧道安全隐患检测技术的研究现状、地铁隧道衬砌结构病害检测技术、地铁隧道衬砌表面裂缝检测技术、地铁隧道渗漏检测技术、地铁隧道形变及错台病害检测技术、地铁隧道安全隐患综合检测系统集成、地铁隧道高精度导航地图构建技术、地铁隧道避障技术及路径规划、地铁隧道结构安全风险评估技术、地铁隧道综合检测技术应用。

作者：许献磊 彭苏萍 等

责任编辑：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com

前 言

城市安全是国家整体安全的重要组成部分,是国家安全和社会稳定的基石。2018年1月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于推进城市安全发展的意见》强调,要“健全公共安全体系,打造共建共治共享的城市安全社会治理格局”,这是在新的历史时期,正确分析判断城市安全出现的新情况而提出的重大任务。截至2024年底,全国累计共有58个城市开通轨道交通线路362条,运营里程为12168.77km,地铁约占76.27%。其中,2024年新增轨道交通运营线路953.04km。随着城市内地铁营运里程的增加,受车辆运行,外部施工、地层变化等影响,城市运营地铁隧道出现的管片背后空洞、裂缝、渗漏水等病害降低结构耐久和安全性,严重威胁城市地铁结构和运营安全。

城市地铁渗漏病害具有隐蔽性强、作业窗口小、检测和修复难的特点,面对城市地铁隧道健康运维对安全隐患检测的重大需求,如何全面、可靠、稳定、科学地对地铁隧道安全隐患进行检测和评估,是行业科研人员和地铁隧道运营维护工作人员面临的重要挑战。中国矿业大学(北京)研究团队专门从事工程地质与工程地球物理方面的研究已有30年,取得了系列创新性的成果装备和技术。2020年成立的城市道路及地下空间安全检测与评价应急管理部重点实验室,已经成为我国应急管理部门的重要科技支撑力量。为解决当前地铁隧道检测精度低、检测效率低等问题,经过10余年的技术攻关,研发出了地铁隧道安全隐患综合检测技术和装备。

本书从地铁隧道安全隐患综合病害多个方面进行了详细分析和研究。全书共10章。第1章描述了地铁隧道安全隐患检测技术的研究现状,汇总了在地铁隧道检测应用领域的国内外研究现状,指出当前研究中的不足,依此提出本书的研究内容。第2章对于地铁隧道衬砌结构病害的检测,设计了注浆缺陷探测系统,根据隧道衬砌空洞病害雷达回波特征,采用深度神经网络对空洞病害进行智能识别。第3章为实现对地铁隧道衬砌表面裂缝检测,设计了一套用于采集地铁隧道表面的病害信息的同步采集控制系统,在对图像拼接和裂缝特征提取计算后,基于算法模型,实现在预处理后的图像中框选出裂缝目标。第4章为地铁隧道渗漏检测技术,该部分主要采用红外热像仪,对地铁隧道表观的渗漏点进行检测以及智能识别。此外,结合地铁隧道表观的渗漏点,使用探地雷达对地铁隧道渗漏通道进行检测和识别。第5章为地铁隧道形变及错台病害检测技术,运用移动三维激光扫描技术,将三维激光扫描仪安装于地铁隧道安全隐患综合检测车后侧,实现在检测车行驶过程对点云数据的采集,对地铁隧道形变信息进行检测。第6章为地铁隧道安全隐患综合检测系统集成,提出了多通道探地雷达天线、线阵相机、三维激光扫描仪等设备的布置方案,实现对地铁隧道安全隐患检测的全覆盖,提出同步采集控制方法,实现多个采集设备的通信连接、参数设置与同步传输、数据实时显示与存储等功能。第7章为地铁隧道高精度导航地图构建技术,基于现有的移动式三维激光扫描仪技术,研究即时定位与地图快速构建技术,通过车载融合精度校正算法完成对导航地图的精度提升。搭建了适用于地铁隧道安全隐患综合检测车的三维点云实时采集系统,并提出了提升地铁隧道点云精度的方法,利用车载视觉相机实时识别控制点标志码,对测距轮里程计信息进行同步校正,为地铁隧道安全隐患的快速检测定位和安全运营提供了技术支撑。第8章为地铁隧道避障技术及路径规划,基于随机样本一致(random sample consensus, RANSAC)算法的隧道障碍物点云识别分割算法,实现障碍物尺度信息的快速提取,提出机械臂避障路径规划与优化方法,以实现天线“悬空距离”的微调控制。第9章为地铁隧道结构安全风险评估技术,分析渗漏水影响下地铁隧道结构安全风险因素,构建运营地铁隧道结构安全风险评估指标体系、三维地铁隧道结构和安全隐患信息管理平台系统,可实现地铁隧道安全探测多源数据综合分析、地铁隧道安全隐患一体化展示和查询功能。第10章为地铁隧道综合检测技术应用,主要为团队研究成果在国内城市的地铁隧道实际检测情况。

本书汇聚了团队在地铁隧道安全检测领域的最新研究成果与前沿技术,涵盖了检测装备研发、隧道安全隐患智能识别、隧道安全风险评估等多个方面,在国内多个地区得到了推广应用,展示了新技术在保障地铁隧道安全运营中的重要作用。我相信,该书的出版,将为广大工程师、技术人员及相关领域的专家学者提供参考与借鉴,推动地铁隧道检测技术的不断进步与发展。同时,期待更多的同仁能够加入到地铁隧道安全综合检测行列中来,共同为构建更加安全、高效、可持续的城市轨道交通安全保障体系贡献力量。书中尚有不妥之处,敬请各位读者批评指正。

2024年8月于北京

常规现场形变检测图

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本书适合地铁隧道检测领域的广大科技工作者、工程技术人员参考使用，也可作为高等院校有关专业研究生的教材和教学参考书。

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本文摘自科学出版社2025年6月出版《地铁隧道安全隐患车载综合检测技术及应用》一书，内容有删节。标题为编者所加。

（本文编辑：焦健 jiaojian@mail.sciencep.com）

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