中国铁路工程检测方法介绍（中铁物探 高红刚）
中国铁路工程检测方法介绍
一、中国铁路发展的现状
1、我国铁路运营里程
截至2012年底，我国铁路运营里程为9.8万公里，位居世界第二，其中，时速250公里以上的高速铁路或客运专线运营里程已接近1万公里，位居世界第一。但这与我国经济社会发展需要、国土面积、国外先进水平相比，铁路仍然是综合交通运输体系的薄弱环节，发展相对滞后，与美国的28万公里营业里程相比也相差甚远，因此，我国的铁路不是过剩，而是严重不足。除此之外，我国铁路发展中不平衡、不协调的问题也比较明显，最突出一点就是中西部铁路建设与东部发达地区相比严重落后。
原铁道部2012 年5月印发《铁路建设“十二五”规划》（下简称“规划”）提出，到2015 年全国铁路营业里程达到12.3 万公里。基于铁路建设“十二五”规划，根据国家发改委运输所完成的《2012—2013年中国铁路发展报告》研究分析，未来2013年—2015年期间，铁路建设投资需求规模为1.8万亿元，其中，2013年需要完成投资6000亿-6500亿元。
2、中国高铁的发展规划
根据《中国铁路中长期发展规划》到2020年，为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道。
规划修建：
“八纵八横”铁路快速客运通道
三个城际快速客运系统
建设客运专线1.6万公里以上，客车速度目标值达到每小时200公里及以上的省际铁路和城际圈客运专线
“八纵”铁路快速客运通道：
京哈通道：自北京经天津、沈阳、哈尔滨，至满洲里 ；
沿海通道：自沈阳经大连、烟台、胶州、新沂、长兴、杭
州、宁波、温州、福州、厦门、广州至湛江；
京沪通道：自北京经天津、济南、徐州、南京至上海
京九通道：自北京经聊城、商丘、九江、南昌、龙川至九
龙 ；
京广通道：自北京经石家庄、郑州、武汉、长沙、衡阳至
广州 ；
大湛通道：自大同经太原、洛阳、襄樊、石门、益阳、永
州、柳州、黎塘、湛江至海口；
包柳通道：自包头经西安、重庆、贵阳至柳州（南宁） ；
兰昆通道：自兰州经宝鸡、成都至昆明。
“八横”铁路快速客运通道：
宁西通道：西安～南京～〈启东〉；
沿江通道：成都～重庆～武汉～九江～芜湖～南京
～上海；
沪昆（成）通道：上海～株洲～怀化～贵阳～昆明
西南出海通道：昆明～南宁～黎塘～湛江 ；
京兰通道：北京～呼和浩特～兰州～〈拉萨〉；
煤运北通道：大同～秦皇岛、神木～黄骅；
煤运南通道：太原～德州、长治～济南～青岛、侯
马～月山～新乡～兖州～日照 ；
陆桥通道：连云港～兰州～乌鲁木齐～阿拉山口 。
三大城际客运系统：
环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区的城际客运系统，覆盖区域内主要城镇。
环渤海地区： 北京 — 天津
长江三角洲地区： 南京 — 上海 — 杭州
珠江三角洲地区： 广州 — 深圳
广州 — 珠海
广州 — 佛山
已规划的省际高速铁路包括：
1、向莆铁路 2、兰渝铁路
3、成兰铁路 4、渝黔铁路
5、成渝铁路 6、成贵铁路
7、西成铁路 8、大（同）西（安）
9、沪昆铁路 10、昆（厦）台铁路
11、贵广铁路 12、南广铁路
13、杭广铁路 14、成贵铁路
15、黄（山）杭（州）铁路
已规划城际圈铁路包括：
1、哈尔滨城际圈 2、长吉城际圈
3、沈阳城际圈 4、沪宁杭长三角城际圈
5、武汉城际圈 6、长株潭城际圈
7、珠三角城际圈 8、郑州中原城际圈
9、西安城际圈 10、成渝城际圈
11、海峡西岸城镇群（宁波、温州、泉州、福州、厦门）
12、昌九城际圈
二、铁路工程检测方法技术
伴随铁路建设的高速发展，为更好地作好铁路工程质量施工的过程控制，严把工程质量关，原铁道部从2006年起在客运专线的建设中开展了桥梁基桩第三方检测工作。随后，又在2011年11月颁发了铁建设[2011]172号文，文件明确要求：在铁路工程建设中涉及的隧道衬砌、桥梁基桩、路基填筑、路基挡墙、抗滑桩和锚杆（索）必须开展第三方检测工作，从而有效的保证了铁路建设的工程质量。
目前所开展的铁路工程质量第三方检测已基本涵盖铁路各个工程类别：
（一）桥梁
（二）隧道
（三）路基
（四）挡墙
（五）站场
一）桥梁基桩及支挡抗滑桩工程检测
检测内容：基桩桩身完整性
检测方法：1. 低应变反射波法
2. 声波透射法
3. 钻芯法
检测依据：《铁路工程基桩无损检测规程》
（TB 10218-2008）
铁路工程基桩检测，铁三院最早于20世纪80年代就开始了基桩检测技术的应用开发与研究，是铁道部和天津市开展基桩动测技术研究最早的单位之一。1990年在南岗洼特大桥的施工中，成功采用了低应变反射波法检测基桩质量；又于1996年在上海延安东路高架桥的桩基检测中采用了声波透射法进行检测。与此同时，铁科院徐慧高工带领的团队从1990年开始，在基桩动测方面也进行了大量的系统开发研究工作，并率先在铁道部开展了基桩检测的上岗培训以及单位基桩检测资质的核发工作。
1. 低应变反射波法
将被测桩体看作为一维弹性杆件，且将桩与桩间土视为一个线性振动系统。通过在桩顶施加 激振信号产生应力波，该应力波沿桩 身传播过程中遇到桩身波阻抗变化界面处 (如 缩颈、扩径、蜂窝、松散、离析、夹泥、断裂、空洞等缺陷)将产 生应力波的反射和透射， 反射波沿桩身反向传播到桩顶，而透射波继续向 下传播至桩底，在桩底处又产生反射 波传播到桩顶。通过对反射波的曲线 特征进行分析即可对混凝土桩的桩身完整性、缺陷程度及位置范围进行判 定。
2. 声波透射法
声波透射法是建立在固体介质中弹性波的传播理论，以人工激振的方法向介质内部发射声波，通过观测和分析声波在介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数来推断所测介质的物理特性。当传播路径上遇到混凝土质量差，如离析、夹泥等缺陷时，声波将发生衰减，部份声波将绕过缺陷传播，使得传播时间增长，波速减小，若遇有空洞将产生反射和散射，使波幅减小。声波在有缺陷的混凝土中传播时，波幅减小，声时加大波速降低），波形畸变。
声波透射检测技术（跨孔）主要用于检测桩身缺陷位置、范围和程度，判定桩身完整性类别。
（二）隧道衬砌质量检测
检测内容： 1. 衬砌混凝土厚度
2. 衬砌背后回填密实度和脱空程度
3. 钢筋和钢拱架分布及数量
4. 衬砌混凝土强度
检测方法： 1. 地质雷达法
2. 声波法
3. 回弹法
4. 超声回弹综合法
5. 钻芯法
检测依据：《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》
（TB 10223-2004）
《铁路工程结构混凝土强度检测规程》
（TB10426-2004）
铁路工程中，对隧道衬砌质量检测的研究起步于1992年，廊坊中铁物探中心在这方面进行了大量的研究工作。
1. 地质雷达法
地质雷达主机通过天线由隧道衬砌表面向内部发射频率为数百兆赫的宽频带短脉冲电磁波，当电磁波遇到不同媒质的界面时便会发生反射与透射，反射波返回衬砌表面，又被接收天线所接收（发射与接收为同一天线）。此时雷达主机记录下电磁波从发射到接收的双程旅行时t。因为电磁波在媒质内的传播速度V 可由已知衬砌厚度点测定出来，所以可由深度D = V·t / 2式求出 反射面的深度即衬砌厚度。此外，根据雷达图像上反射波的振幅强弱、频率特征及变化情况，确定脱空， 钢拱架及二衬钢筋分布情 况。
2. 声波法
声波法包括直达波法和反射波法，直达波法适用于检测隧道衬砌表层混凝土质量，判定浅部典型缺陷，反射波法适用于检测隧道衬砌混凝土厚度、内部缺陷。
可根据衬砌混凝土强度与纵波速度关系，推定衬砌混凝土的强度等级。
在声波探测技术上，中铁西南院是我国从事该技术的发起单位之一，从1973年开始研制第一代声波仪，先后开发研制了五代声波探测仪。曾获得1978年四川省科技成果奖和全路科技大会奖。
以声波仪为基础，中铁西南院于20世纪90年代末，基于医学CT技术，开展CT技术研究，并将其广泛应用地基基础、混凝土质量均匀性、混凝土缺陷等工程检测。
3. 回弹法
根据混凝土结构表面一定范围的弹塑性能，间接推定混凝土的表面强度，并把构件竖向侧面的混凝土表面强度与内部看作一致。由于混凝土的抗压强度与其表面强度之间存在某种相关关系，而回弹仪的弹击锤被一定的弹力打击在混凝土表面上，其回弹高度（ 通过回弹仪读得回弹值）与混凝土表面强度成一定的比例关系。因此以回弹值反映混凝土表面强度，根据表面强度则可推求混凝土的抗压强度。
4. 超声回弹综合法
超声回弹综合法是指采用超声仪和回弹仪，在混凝土构件的同一测区测量超声波在被测构件中传播速度即声速值V和反应被测构件表面硬度的回弹值R，然后 根据混凝土强度与 声速值V及回弹值 R之间的相关关系， 推定被测构件的混 凝土强度的一种综 合测试方法。
5. 钻芯法检测隧道衬砌强度
以不影响构件的承载能力为前提，在构件上直接钻取芯样进行破坏性试验，从而获得混凝土抗压强度。
检测依据：
《铁路工程土工试验规程》（TB 10102-2010）
《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB 10415-2003）
《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB 10414-2003）
《铁路工程地基处理技术规程》（TB 10106-2010）
在铁路工程中，自1985年大秦线施工引入K30平板载荷试验以来，在铁路建设中已经逐步推广应用。从二十多年K30在我国铁路系统应用的情况来看，无论是仪器设备、试验方法，还是设计标准均已比较成熟。地基系数K30已成为新线铁路控制基床和路堤填料压实质量的主要指标之一，并被列入当时的《铁路路基工程质量检验评定标准》（TB10414-98)和《铁路路基设计规范》(TB10001-99)中，铁一院在这方面做了大量的研究工作，编制了相关规程、规范。铁五院在Evd和Ev2检测研究方面做了大量研究工作，编制了相关规程、规范。
（三）路基填筑质量及地基处理中的管桩、搅拌桩、
CFG桩、灌注桩工程检测
检测内容：1. 路基压实度、孔隙率
2. 地基系数
3. 桩身完整性质量
4. 单桩或复合地基承载力
检测方法：1. 灌砂法（压实度K、孔隙率n）
2. 地基系数K30检测
3. 动态变形模量Evd检测
4. 二次变形模量Ev2检测
5. 瑞雷面波法
6. 低应变反射波法
7. 复合地基静载荷试验
检测依据：
《铁路工程土工试验规程》（TB 10102-2010）
《铁路桥涵工程施工质量验收标准（TB 10415-2003）
《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB 10414-2003）
《铁路工程地基处理技术规程》（TB 10106-2010）
在铁路工程中，自1985年大秦线施工引入K30平板载荷试验以来，在铁路建设中已经逐步推广应用。从二十多年K30在我国铁路系统应用的情况来看，无论是仪器设备、试验方法，还是设计标准均已比较成熟。地基系数K30已成为新线铁路控制基床和路堤填料压实质量的主要指标之一，并被列入当时的《铁路路基工程质量检验评定标准》（TB10414-98)和《铁路路基设计规范》(TB10001-99)中，铁一院在这方面做了大量的研究工作，编制了相关规程、规范。铁五院在Evd和Ev2检测研究方面做了大量研究工作，编制了相关规程、规范。
1. 灌砂法
灌砂法检测是在待检测土层用已知密度的标准砂置换等体积的土，称取所用标准砂的质量并算出其体积，称取取出土的质量，求出湿密度， 并测定其含水量， 即可算出土干密 度，进一步可求 其孔隙率 n或压实系数K。
2. 地基系数K30检测
K30平板载荷法是采用施工设备如碾压机等作为反力、直径为30cm的荷载板试验得出地基系数，一般取下沉量为1.25mm的荷载强度，计量单位为MPa/m。
K30平板载荷试 验作为一种强度及变形指标，能够直观地表征路基刚度和承载能力。
3. 动态变形模量Evd测量
动态弹性模量Evd是指土体在一定大小的竖向冲击力和冲击时间作用下抵抗变形能力的参数。动态形变模量可按下式计算：
Evd＝1.5×r×σ/s（MN/m2）
式中：
1.5－承载板形状
影响系数；
r －承载板的半
径(150mm)；
σ －路基最大动
应力；
s －承载板的沉陷
值（mm）。
4. 二次变形模量Ev2测量
变形模量Ev2试验也属于平板载荷试验，在圆形载荷板上分级施加静荷载，测试荷载强度与沉降变形的关系，由此计算地基的变形模量。
该试验方法与地 基系数K30试验是极 其相似的，他们的主 要差别在于操作步骤与数据整理和计算方法的不同。
5. 瑞雷面波法评价路基承载力和岩溶注浆效果
应用瑞雷面波评价路基承载力，主要是利用了瑞雷波的两种特性，一是瑞雷波在分层介质中传播时的频散特性；二是瑞雷面波传播速度与介质的物理力学性质的密切相关性。即：瑞雷面波分层波速VR数值与路基承载力σ0有很好的而相关关系，VR越大，所对应点的承载力值就越大，路基强度就越高。因此，通过瑞雷波速VR与轻型动力触探或地基系数K30建立相关关系，利用VR值就可以对路基的承载力做出评价。
1996年，由中国铁路工程总公司组织，铁三院、物探中心参加了对四大干线（京广、京九、京沪和京秦）提速路基稳定性进行检测与评价，效果良好，随后在全路推广应用。
1996年9月，铁四院物探所率先在浙赣线彬江车站压浆处理检测中采用了瑞雷面波勘探技术。
在压浆处理前后分别进行瑞雷面波法检测，通过对压浆处理前后检测点的瑞雷面波频散曲线进行计算机处理和分析，从面波波速值和频散曲线形态两个方面对压浆处理效果进行评价。
由勘测设计处主持的《物探面波检测岩溶路基塌陷注浆效果方法研究》院控科研项目，其研究成果通过了铁四院和上海局组织的专家鉴定。鉴定认为：该项目提出以压水试验和面波检测注浆质量的方法和相应的质量标准较为科学，达到了国内先进水平。
6.低应变反射波法检测地基处理中的管桩、CFG 桩、灌注桩桩身完整性
（原理方法与桥梁基桩检测相同，略）
7. 路基复合地基承载力检测
软土路基多采用桩基处理方法提高地基承载力，地基承载力的检测通常又采用堆载平台反力法，堆载平台反力法荷载装置，由若干根钢梁及超过最大试验荷载1.2倍的配重，一块特定面积的荷载板和一台液压千斤顶组成。反力由堆载平台及其上的配重提供。
荷载由电动液压油泵通过油压千斤顶施加于试桩桩 顶，荷载大小和压板的下沉量均可由桩基静载测试分析仪器通过压力传感器 和位移传感器测得。
（四）挡墙砌筑质量和锚杆（索）检测
检测内容：1. 挡墙墙体厚度及墙背回填密实度
2. 挡墙墙体强度
3. 锚杆（索）抗拔承载力
检测方法：1. 地质雷达法
2. 回弹法
3. 锚杆（索）抗拔试验
检测依据：
《铁路工程物理勘探规范》（TB10013-2010）
《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB 10414-2003）
《铁路工程结构混凝土强度检测规程（TB10426-2004）
《岩土锚杆（索）技术规程》CECS 22 :2005
铁路工程中，对挡墙砌筑质量检测的研究起步于2000年，中国铁路工程总公司组织铁三院、中铁物探中心，对南昆线百色段、兴义段挡墙进行了质量检测。同年，中铁物探中心又在新建梅坎铁路完成了16公里的挡墙砌筑质量检测。
1.地质雷达法
当电磁波通过发射天线T向挡墙表面发射电磁波时，由于不同介质具有不同的物理特性（如：介电性、导电性、电磁性等），因而，对电磁波具有不同的波阻抗，进入墙体的电磁波在穿过墙体时，其传波路径、电磁场强度以及波形特征将随所通过介质的电性和几何形态而变化，因此，从接收到的雷达反射波走时、 幅度及波 形资料可以推断墙体的几何形态及其结构。由于墙体与其周围介质的物性差异较大，即介电常数不同。电磁波在介电常数不同的界面发 生反射，反射波返回表面，被接收天线R所接收。
2.回弹法
（原理方法与回弹法检测隧道强度相同，略）
3.锚杆（索）抗拔试验
所需设备：
①. 中空千斤顶 ②. 手动油压泵
③. 油压表 ④. 千分表
⑤. 锤子 ⑥. 垫板
（五）铁路站场检测
检测内容：1. 基桩桩身完整性
2. 基桩承载力
检测方法：1. 低应变反射波法
2. 高应变法
3. 单桩静载荷试验
检测依据：
《铁路工程基桩无损检测规程》（TB 10218-2008）
《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）
铁路工程桩基静载荷试验，铁三院于1995年就在天津市彩虹桥的检测中，进行单桩静载荷试验，极限荷载达到1500t，为当时天津市的最大吨位的静载荷试验。
1. 低应变法检测站场基桩完整性
（原理方法与桥梁基桩检测相同，略）
2. 高应变法
高应变法在铁路工程中应用较少，房建工程中应用较多，它可以检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性。常适用于打入式预制桩（如管桩），对打试桩时的过程监测，只有当有本地区相近条件的对比验证资料时，才可以用高应变法作为单桩竖向抗压承载力验收检测的补充。
三、铁路工程检测存在的问题
1. 在现在新建铁路工程第三方检测的招标中，对资质条件的要求不一，往往是要求：具有建设行政主管部门认证的专项质量检测资质并具有有效的国家计量认证合格证书，且计量认证证书附表中应包含本次招标内容的所有检测参数。而目前的工程检测专项资质，只有省级建设主管部门颁发的地基基础专项检测资质和交通部质检局颁发的桥隧专项检测资质。
2.与公路工程检测相比，检测项目也明显偏少
例如：在桥梁工程中
⑴、缺少对基桩成孔质量的检测。
孔径、垂直度、孔底沉渣
⑵、缺少对桥梁预应力孔道注浆质量
的检测
注浆密实度、钢束或钢绞线锈蚀
3.一些铁路工程检测缺乏具有针对性的、适应性更强的铁标行业规范
例如：
⑴ 瑞雷面波法检测
⑵ 挡土墙砌筑质量检测
⑶ 锚杆（索）拉拔试验
四、关于铁路工程检测的建议
由于工程检测的方法原理相对比较简单，未来应向提高检测精度和判释准确性方向发展。
相关管理部门加强铁路检测行业资质管理，规范市场有序竞争；
增加编制一些具有针对性、适应性更强的铁路行业规范；
在桥梁基桩施工过程中，增加对基桩成孔质量的检测；
对预应力桥梁应增加对孔道注浆质量的检测；
在隧道施工中，增加对施工环境的检测；
将隧道施工的超欠挖检测纳入到隧道第三方检测的工作范围。
在隧道工程中，缺少对施工环境的检测
如：粉尘、有害气体
