百年交大

为隧道“体检”的人 ——访学校地球科学与环境工程学院昝月稳教授

2015-12-21

 

11月19日,瑞士Hagerbach试验长廊内,国际隧道与地下空间协会颁奖大会如期而至,今年竞争最为激烈的“年度技术创新奖”究竟花落谁家,各位候选者翘首以待。相较于其他5位候选者令人震撼“大片”般的介绍视频,参与角逐“年度技术创新奖”的西南交通大学地球科学与环境工程学院昝月稳教授团队没有选择用实景拍摄,而用了朴素而简单的动画介绍了14年的研究心血——“高效快速检测隧道衬年度技术创新奖载探地雷达新技术”。

经过了几小时忐忑不安的等待,晚宴时分,昝月稳教授终于等到了研究成果被国际学术界高度认可的一刻,手捧“年度技术创新奖”奖杯的他格外激动开心。同时,这也是颁奖典礼上中国获得的唯一奖项,为中国在国际隧道界赢得了荣誉。

国际隧道与地下空间协会(International Tunnelling and Underground Space Association,简称ITA)是隧道与地下工程专业的国际性学术组织,是世界上具有影响力的学术组织之一。ITA于今年3月正式推出自己的专用隧道奖励计划,表彰在隧道和地下空间利用领域中做出杰出成就的个人或团队,使这些卓越贡献得到国际认可。昝月稳教授团队获得的“年度技术创新奖”就是今年新推出的专用隧道奖励计划之一。

“高效快速检测隧道衬砌结构状态车载探地雷达新技术”的车载探地雷达系统由我国自主研发,最高检测速度达175km/h,可以在不停电的条件下,在列车正常运行速度下对隧道衬砌进行检测。“解决了国家铁路隧道安全检查的重大问题,具有显著的社会效益”,ITA如是评价道。     

“隧道像人体一样,‘老’了就会生病”

当装载有探地雷达的列车驶过隧道时,显示屏上不断出现五颜六色的线条与色块。雷达监测到的信号通过数据分析,最终变成了类似CT的“体检报告”,简单易读。“隧道就像人体一样,运营久了就会面临混凝土老化的问题,‘老’了就会生病”,昝月稳教授介绍到,截至2014年底,中国运营的铁路隧道已达12095座,总长度10878公里。许多解放初期建设的隧道也面临着“老龄化”而急需检测的境地。

对隧道进行“健康体检”能够提前知道“病害”的种类以及严重程度,能够实现“早发现早治疗”,避免发生隧道衬砌坍塌和掉块的事件。例如,2001年11月达成线万山寺隧道拱顶突然坍塌30米长,中断行车32小时;1999年11月日本礼文滨高速铁路隧道顶部掉下来一块大混凝土,正好砸到以60km/h速度驶进隧道的一列货车,造成列车脱轨事故。

如何对隧道进行体检?探地雷达方法是检测运营隧道健康状态的主要方法之一。传统的铁路隧道探地雷达检测方式为人手举天线和液压支撑天线两种方式。这两种检测方式必须在停电状态、维修“天窗”内进行,“慢”成为了它们的通病。以不超过5km/h的检测速度在全国范围内进行铁路隧道病害普查和定期体检,几乎是件不可能完成的任务。“以前用人工检测的方式,一晚上都检查不了一条隧道”,昝月稳介绍到,而运用新技术后,“西安铁路局用半年时间就检测了1135公里长的隧道”。按照以前的检测方式,隧道有了“病害”却说不出具体情况,但现在能准确探测到病害的严重程度与分布范围。

我国疆域面积广、气候与地形多样,因此铁路隧道情况也较为复杂。如何实现对我国既有铁路隧道病害的“普查”成为了昝月稳多年的“心结”。做了20多年运营线路路基和隧道病害检测与加固研究的昝月稳一直不断地探索,终于做出了一个大胆的设想——将以前研发的的空气耦合天线限制在车辆界限以内来测隧道。该想法在试验车上得到验证。后来,他又将自主研发的专用探地雷达系统装在试验车上,挂在列车尾部。

列车正常情况下通过隧道,装载在列车上的六组空气耦合天线就能利用电磁波对整条隧道进行检测。“天线离衬砌表面的距离,并不是越近越好”,昝月稳介绍到,“如果天线离得太近,探测不到衬砌表面状态;天线离得太远,回波信号太弱,所以天线离开衬砌表面有一个最佳距离。”

 这样颠覆传统测量方式的技术,彻底改变了国家铁路网隧道病害不能普查和定期检查的现状。这项技术还可以用于公路隧道和地下隧道的健康状态检查。在隧道和地下空间领域,具有广泛的应用前景。该项目于2014年1月获得国家发明专利。“国外检测速度很慢并且效果不是太好,我们的技术比国外的要好”昝月稳介绍到。  

十四年磨一剑                     

2002年,45岁的昝月稳申请到了铁路总公司(原铁道部)“提速区段路基状态检查车研究”项目以后就辞去研究室主任一职,一心一意地做研究。

“14年来就只做这一件事情。”“连续从事纵向课题研究,收入少,但是能取得研究成果,会给人带来希望,所以也不在乎”,昝月稳笑着说道。作为连续两届被评为“铁道部铁路专业带头人”的他,还是铁路局唯一的一位博士,第一个年轻的教授级高工,“博士不能总是接项目做重复性的工作,还是要创新”。昝月稳的团队一直处于人手紧缺的状态,因此很多工作都需要他一个人边学边做。读取信号需要一定的软件程序,原本学习工程地质与固体力学的他自学编程,Visual C、Matlab等语言和软件都已经掌握了,“我们这一代人最大的特点就是不怕吃苦”。

他用一句话总结了多年的奋斗——“耐得住寂寞”。在他的印象中,14年来,没有遭遇太多的困难,也并未遇见太多的惊喜,很多个夜晚都恰如刚翻页的昨日一般,“待在实验室加班到深夜”。然而,机遇总会青睐勤劳不懈坚守平淡的人——2011年,学校成立地球科学与环境工程学院,由于学院缺少物探方面的人才,在学校领导和地环学院院长李志林教授的邀请下,他回到了自己的母校。“学校让我的项目走出了铁路局”,昝月稳谈到,也是机遇使然,今年ITA刚好设置有“年度技术创新奖”,自己有机会参加并获奖,感到很幸运。“过去母校给了我知识,现在母校给了我平台”,在昝月稳看来,自己从事的研究很多地方得益于本科与硕士在西南交大学到的知识,“交大人的技术过硬”。

“我一直与研究生分享人生经验,我认为成功离不开三个要素:正确的研究方向、坚持与机遇。”也正是14年磨一剑的坚持,让昝月稳收获了一份国际认可,也让中国收获了一项具有颠覆性的先进技术。 


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