隧道衬砌裂缝检测方法综述
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随着我 国经济 的发展 ，综合 国力 的 日益增 强 ，隧道建 设也取 得 了迅 猛发展 。在我 国 ，铁路 隧道 比重 较大 ，中国 的铁路线上 已经建成并交付运营 的隧道 ５ ５ ０ ０ 余座 。总长超
过２ ７ ０ ０ｋ ｍ” 。与此 同时 ，相应的隧道病害也 日益 突出。截
比较 低 ，均不能达到在规定时间内的全线 路检测。
１ ． ２ 国外 现 状
至２ ０ ０ ４年底 ，我国 ６ ５ ％ 的隧道已经进入养护维修期 。 衬 砌裂缝 是最常 见的隧道病 害 ，是衬 砌结构破 坏或失
稳坍塌 的重要原 因 。由于隧道的衬砌处于复杂 的围岩地质 体 中 ，特殊地层 因不 同反应情况 施加在 隧道衬砌结 构上 的
全 性 必 不 可 少 的
国外一 些发达 国家如德 国 、 日本 等在衬砌Hale Waihona Puke Baidu检测方 面 比
国内的技术 要成熟 和先进 ，除了 国内的两种传 统方法 ，主 要是 取 自动化 的检测 方法 。裂缝 自动 检测 的第 一步就是 对 隧道 衬砌进 行 自动图像采集 ，在得到 大量 的图像 数据后 ， 对 图形数据 进行处理 ，从而得 到裂缝 的具体信 息。移动 测 图系统选取 的采集设 备多数是 Ｃ Ｃ Ｄ，另一种常 用的 图像 自
［ 定稿 日 期］ ２ ０ １ ２ － ０ ９ － １ １ ［ 作者简介 ］王睿 （ １ ９ ８ ８ ￣），女 ，硕士研 究生 ，主要
隧 道 衬 砌 裂 缝 检 测 方 法 综 述
王 睿 ，漆泰岳 ，王华夏
（ 西南交通 大学 交通 隧道工程教育部 重点实验室 ，四川成都６ １ ０ ０ ３ １ ）
【 摘要 】 衬砌 裂缝是最常 见的隧道病 害 ，裂缝会 降低钢 筋混凝 土结构的承载 能力 ，甚 至导 致衬 砌失
稳 和 突然 坍 塌 ，威 胁 到 隧 道 结 构 的 运 营安 全 。 目前 国 内外 对 裂缝 检 测 的研 究 方 向 主 要 基 于 图像 处理 的检
测 系统 的研 究 ，已经 广泛应 用于桥 梁 、公路 等工程 中。但 是 由于隧道 自身的特殊性 ，检 测 系统 的发展 较 为缓慢 。本文在 综述 了隧道衬砌 裂缝检 测方法及存在 问题 ，总结 了未来隧道检测 系统 的研究方 向。
【 关键词 】 隧道衬砌 ；裂缝 ； 检 测 系统 ；图 像 处理 【 中图分类号 】 Ｕ ４ ５ ７ ￣ ． ２
【 文献标识码 】 Ｂ
主观性 ，即使经验 丰富 的检 测人员也 难以保证 检测结果 的
完整性 和正确性 ，而且 由于高铁线路 所允许 的检测 时问的
有 限性 ，检测人员 在规定 时间 内无法 完成检测 ，也无法 在 列车过来前 从隧道 中撤 出 ，高铁运行 的 巨大空 气压力 和负 压效 应很 可能给检测 人员造 成巨大 的危险 。后 者虽然 能保 证 检测结果 的准确 性 ，但是效 率和人 工 肉眼检 测类似 ，都
（ ２）人 工仪 器检 测 。除 了用 肉眼对 裂缝 进行 判读 之
外 ，人工检测还经常借助一些仪器，如文献【 ５ 偎 到一套裂
缝仪器检测方 法 ，对于隧道裂缝测量 ，采用Ｄ Ｊ Ｃ Ｋ 一 ２ 智能裂 缝测 宽仪 ，测量 时程 序 自动扫 描捕获裂缝 并在 显示屏上 实
时显示 裂缝 的宽度数值 ，测量精 度达 到Ｏ ． Ｏ １ Ｉ Ｔ ｌ ｍ［ 。对于 裂 缝 变化 量 监 测 ，将 Ｃ Ｊ 一 ３ ０ １ 型振 弦式 测缝 计 垂直 于 裂缝 布 设 ，对衬砌裂缝 的后续发展情况进行监测 。 上 述的两种 传统方法 ，前者对 裂缝 的判断具有 很强 的
（ ２）裂缝 显微镜 ； （ ３）图像 显示 人工判读的裂缝宽度测试仪 ； （ ４）图像 显示 自动判读 的裂缝宽度测试仪器 。
１ ． １ 国 内现 状
将之 应用于商业 。该 系统能够通 过激光 扫描仪获取 道路 和 隧道 衬砌 的图像 。以上 的系统对 于采集剥 落 以及碎 片这种 相对 大面积 的图像数 据是非常有 效的 ，但 是对 于裂 缝的检
测却达不到 自动化 的效果 。
国 内隧道裂缝 检测方法 主要 以工 肉眼检测 和人工 仪器
检测 为主。
韩 国汉阳大学 的 Ｓ ｅ ｕ ｎ ｇ — Ｎａ ｍＹ ｕ等人在此基础上进行改
进 ，提出 了一种 自动化 的裂缝检测 方法 。该 方法包 括裂缝
（ １ ）人工 肉眼检测 。该种检测方法 即检测 者沿着隧道 沿线 走 ，用 肉眼观察 裂缝 的位 置 、形状 和大小 ，做 出相应
的记 录 。
检测装 置和移动 遥控装置 。移动遥 控装置 由一个Ｃ Ｃ Ｄ摄像 机 、帧捕获器 、自动对焦 系统 的控 制装置 、减震装 置 、照 明装 置 、确定装 置位置 和速度 的编 码装置组 成 。可 以通过 速度 和位置来计算 装置与 结构 的距 离 ，这使得 摄像机 的对 焦和控 制均可进行 无人操 作 。移动 遥控装 置使 用大 功率 的
荷载 ，以及列 车的高速 运行引起 的轨道 的振动 、温度变化 等地质 、设计 、施工方 面的原 因导致 隧道 混凝 土衬 砌产生 裂缝 。裂缝会 降低钢筋 混凝土结 构的承载 能力 ，甚 至导致 衬砌失 稳和 突然 坍塌 ，威 胁到 隧道结构 的运营安 全 。因此 研 发一种 适应性 强的 隧道 衬砌裂缝 系统是保 证运输 系统安
动 采 集方 式 激光 扫 描 。Ｃ Ｃ Ｄ扫 描装 置较 激 光 扫描 装 置 便
１ 国 内外隧道衬砌裂缝观测 系统现状
现有 的裂缝宽度 的测量方法分 为四类 ：
（ １ ）塞尺或裂宽度对 比卡 ；
宜 ，但其在 黑暗 的环 境 中存在 照明 问题 ，由于铁 路隧道 一 般是 不安装 照明设备 的 ，因此 在使用Ｃ Ｃ Ｄ摄像机进 行 图像 扫描 时需要额外 的照 明设备 。 Ｋ ｏ ｍａ ｔ ｓ ｕ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｒ ｐ 已经开 发 了图像 采集 系统并
过２ ７ ０ ０ｋ ｍ” 。与此 同时 ，相应的隧道病害也 日益 突出。截
比较 低 ，均不能达到在规定时间内的全线 路检测。
１ ． ２ 国外 现 状
至２ ０ ０ ４年底 ，我国 ６ ５ ％ 的隧道已经进入养护维修期 。 衬 砌裂缝 是最常 见的隧道病 害 ，是衬 砌结构破 坏或失
稳坍塌 的重要原 因 。由于隧道的衬砌处于复杂 的围岩地质 体 中 ，特殊地层 因不 同反应情况 施加在 隧道衬砌结 构上 的
全 性 必 不 可 少 的
国外一 些发达 国家如德 国 、 日本 等在衬砌Hale Waihona Puke Baidu检测方 面 比
国内的技术 要成熟 和先进 ，除了 国内的两种传 统方法 ，主 要是 取 自动化 的检测 方法 。裂缝 自动 检测 的第 一步就是 对 隧道 衬砌进 行 自动图像采集 ，在得到 大量 的图像 数据后 ， 对 图形数据 进行处理 ，从而得 到裂缝 的具体信 息。移动 测 图系统选取 的采集设 备多数是 Ｃ Ｃ Ｄ，另一种常 用的 图像 自
［ 定稿 日 期］ ２ ０ １ ２ － ０ ９ － １ １ ［ 作者简介 ］王睿 （ １ ９ ８ ８ ￣），女 ，硕士研 究生 ，主要
隧 道 衬 砌 裂 缝 检 测 方 法 综 述
王 睿 ，漆泰岳 ，王华夏
（ 西南交通 大学 交通 隧道工程教育部 重点实验室 ，四川成都６ １ ０ ０ ３ １ ）
【 摘要 】 衬砌 裂缝是最常 见的隧道病 害 ，裂缝会 降低钢 筋混凝 土结构的承载 能力 ，甚 至导 致衬 砌失
稳 和 突然 坍 塌 ，威 胁 到 隧 道 结 构 的 运 营安 全 。 目前 国 内外 对 裂缝 检 测 的研 究 方 向 主 要 基 于 图像 处理 的检
测 系统 的研 究 ，已经 广泛应 用于桥 梁 、公路 等工程 中。但 是 由于隧道 自身的特殊性 ，检 测 系统 的发展 较 为缓慢 。本文在 综述 了隧道衬砌 裂缝检 测方法及存在 问题 ，总结 了未来隧道检测 系统 的研究方 向。
【 关键词 】 隧道衬砌 ；裂缝 ； 检 测 系统 ；图 像 处理 【 中图分类号 】 Ｕ ４ ５ ７ ￣ ． ２
【 文献标识码 】 Ｂ
主观性 ，即使经验 丰富 的检 测人员也 难以保证 检测结果 的
完整性 和正确性 ，而且 由于高铁线路 所允许 的检测 时问的
有 限性 ，检测人员 在规定 时间 内无法 完成检测 ，也无法 在 列车过来前 从隧道 中撤 出 ，高铁运行 的 巨大空 气压力 和负 压效 应很 可能给检测 人员造 成巨大 的危险 。后 者虽然 能保 证 检测结果 的准确 性 ，但是效 率和人 工 肉眼检 测类似 ，都
（ ２）人 工仪 器检 测 。除 了用 肉眼对 裂缝 进行 判读 之
外 ，人工检测还经常借助一些仪器，如文献【 ５ 偎 到一套裂
缝仪器检测方 法 ，对于隧道裂缝测量 ，采用Ｄ Ｊ Ｃ Ｋ 一 ２ 智能裂 缝测 宽仪 ，测量 时程 序 自动扫 描捕获裂缝 并在 显示屏上 实
时显示 裂缝 的宽度数值 ，测量精 度达 到Ｏ ． Ｏ １ Ｉ Ｔ ｌ ｍ［ 。对于 裂 缝 变化 量 监 测 ，将 Ｃ Ｊ 一 ３ ０ １ 型振 弦式 测缝 计 垂直 于 裂缝 布 设 ，对衬砌裂缝 的后续发展情况进行监测 。 上 述的两种 传统方法 ，前者对 裂缝 的判断具有 很强 的
（ ２）裂缝 显微镜 ； （ ３）图像 显示 人工判读的裂缝宽度测试仪 ； （ ４）图像 显示 自动判读 的裂缝宽度测试仪器 。
１ ． １ 国 内现 状
将之 应用于商业 。该 系统能够通 过激光 扫描仪获取 道路 和 隧道 衬砌 的图像 。以上 的系统对 于采集剥 落 以及碎 片这种 相对 大面积 的图像数 据是非常有 效的 ，但 是对 于裂 缝的检
测却达不到 自动化 的效果 。
国 内隧道裂缝 检测方法 主要 以工 肉眼检测 和人工 仪器
检测 为主。
韩 国汉阳大学 的 Ｓ ｅ ｕ ｎ ｇ — Ｎａ ｍＹ ｕ等人在此基础上进行改
进 ，提出 了一种 自动化 的裂缝检测 方法 。该 方法包 括裂缝
（ １ ）人工 肉眼检测 。该种检测方法 即检测 者沿着隧道 沿线 走 ，用 肉眼观察 裂缝 的位 置 、形状 和大小 ，做 出相应
的记 录 。
检测装 置和移动 遥控装置 。移动遥 控装置 由一个Ｃ Ｃ Ｄ摄像 机 、帧捕获器 、自动对焦 系统 的控 制装置 、减震装 置 、照 明装 置 、确定装 置位置 和速度 的编 码装置组 成 。可 以通过 速度 和位置来计算 装置与 结构 的距 离 ，这使得 摄像机 的对 焦和控 制均可进行 无人操 作 。移动 遥控装 置使 用大 功率 的
荷载 ，以及列 车的高速 运行引起 的轨道 的振动 、温度变化 等地质 、设计 、施工方 面的原 因导致 隧道 混凝 土衬 砌产生 裂缝 。裂缝会 降低钢筋 混凝土结 构的承载 能力 ，甚 至导致 衬砌失 稳和 突然 坍塌 ，威 胁到 隧道结构 的运营安 全 。因此 研 发一种 适应性 强的 隧道 衬砌裂缝 系统是保 证运输 系统安
动 采 集方 式 激光 扫 描 。Ｃ Ｃ Ｄ扫 描装 置较 激 光 扫描 装 置 便
１ 国 内外隧道衬砌裂缝观测 系统现状
现有 的裂缝宽度 的测量方法分 为四类 ：
（ １ ）塞尺或裂宽度对 比卡 ；
宜 ，但其在 黑暗 的环 境 中存在 照明 问题 ，由于铁 路隧道 一 般是 不安装 照明设备 的 ，因此 在使用Ｃ Ｃ Ｄ摄像机进 行 图像 扫描 时需要额外 的照 明设备 。 Ｋ ｏ ｍａ ｔ ｓ ｕ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｒ ｐ 已经开 发 了图像 采集 系统并