第一章 铁路工务检测技术概述
铁路是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程，是综合交通运输体系的骨干和主要交通方式之一。随着高速铁路、重载铁路、普速铁路的建设，极大地提升了我国铁路的整体技术水平，在我国经济社会发展中发挥了至关重要的作用。
根据我国铁路网规划，到2020年，铁路网规模将达到15万km，其中高速铁路3万km，覆盖80％以上的大城市；到2025年，铁路网规模将达到17.5万km左右，其中高速铁路3.8万km左右；展望2030年，基本实现内外互联互通、区际多路畅通、省会高铁连通、地市快速通达、县域基本覆盖。因此，我国铁路仍将得以稳步发展。
与此同时，铁路工务检测技术随着铁路的发展，经历了从无到有、从弱到强、从静到动、从简到精、从单一到系列的发展历程，伴随工务修程修制的不断变革，在“预防为主、防治结合、严检慎修”的原则和“动态检测为主、静态检测为辅”的指导思想下，工务检测为提升铁路工务设备状态质量、指导现场养护维修发挥了重要作用。尤其是高速铁路投入运营，对工务设备的安全以及沿线环境状态提出了更高的要求，同时也对工务检测技术提出了更高的要求。
一般地，铁路工务检测从检测内容上可划分为轨道检测、钢轨探伤检测和专项检测。
一、轨道检测
轨道检测是获取轨道几何状态和轨道设备状态变化的重要手段，是铁路轨道质量状态评估并科学合理地制订维护计划的基础，同时也为线路病害原因分析及维护标准制订等提供重要的实测数据。
轨道检测从检测方式上可分为轨道静态检测和轨道动态检测。
轨道静态检测指在没有列车荷载作用时，利用轨距尺、弦线、轨道检查仪以及钢轨磨耗检测装置、钢轨波磨检测仪、探地雷达等检测工具或人工目视的方式对线路状态进行的检测。检测内容主要包括轨道几何尺寸及钢轨、道岔等轨道部件状态和道床状态。
轨道动态检测是指车辆搭载轨道检测设备，在真实运行条件下来评价有载作用下轨道的实际质量和状态。轨道动态检测设备主要包括轨道几何检测系统和线路检查仪等。
轨道几何检测是最重要的动态检测项目，是评价轨道动态质量，指导线路养护维修的重要手段，检测技术自1953年第一代应用至今已发展到第六代，经历了从机械传动式、电器式、光电伺服式、光电摄像式到激光图像处理技术的飞速发展，实现了由机械接触式向非机械非接触质的飞跃，速度精度更高、功能更齐全、技术更先进、装备更可靠更安全。以客车车辆为运行平台的轨道检查车检测速度可达160km/h，以高速动车组为运行平台的高速综合检测列车检测速度可达350km/h。
线路检查仪分车载式线路检查仪和便携式线路检查仪两种。车载式线路检查仪利用嵌入式智能传感器获得机车运行过程中水平、垂直方向振动信号，与机车安全信息综合检测装置（TAX2）或列控设备动态监测系统（DMS）中的信息综合生成一个能够反映轨道状态的综合数据信息包，及时发现线路晃车不良处所。便携式线路检查仪采用嵌入式加速度传感器，采集机车（或动车组）车体垂向、横向振动情况，通过检测机车/动车组车体晃动间接评价线路平顺状态，可由添乘人员携带上车临时安装使用。
二、钢轨探伤检测
无损检测是一种非破坏性的检测方法，可用于产品在生产阶段的质量监督检验和使用过程中的安全监督检查，是现代工业不可缺少的质量和安全保证手段。
常规无损检测技术有五种，即超声技术、磁粉技术、射线技术、渗透技术和涡流技术；还有多种非常规无损检测技术，如声发射、超声波衍射时差（TOFD）、导波和红外检测技术等。钢轨及焊缝探伤主要使用常规超声探伤技术，对超声相控阵和TOFD技术也有一定的应用；对钢轨表面进行伤损检测时，也使用磁粉、渗透和涡流等技术。
无损检测技术从20世纪20年代初期起步，40年代得到快速发展。我国铁路是国内最早开展无损检测工作的部门之一，早在中华人民共和国成立之前，一些铁路工厂或部门即开展了磁粉探伤工作。1950年铁道部进口瑞士共振式超声波探伤仪检查钢轨，是我国超声波探伤的开端。1951年10月，铁道部铁道研究所（中国铁道科学院前身）研制出我国第一台脉冲反射式超声波探伤仪，随后又制造出三台试用型仪器到现场试用，并在钢轨上进行了实验，取得较好效果。之后在实验室完成了对苏联УРД-52、УЗД-55型超声波探伤仪的仿制，这是我国自主制作超声波探伤仪和开展超声波探伤技术研究的开始。
钢轨超声波探伤主要检查钢轨在使用过程中产生的各种疲劳缺陷以及在制造过程中的材质缺陷等。由于大多情况下，被检测对象钢轨处于铺设的在役状态，因此钢轨探伤具有其特殊性。为不影响运输秩序，探伤作业只能在天窗时间或利用行车间隔进行，并且要求从踏面一次性扫查就能检出轨头、轨腰及其延伸部位的危害性缺陷。这就要求探伤设备必须具有便携性、移动性和多功能的特点，所以设备和工艺紧密结合、相互依存，并彼此促进。设备须满足工艺要求，工艺又要依靠设备得以实施，二者构成一个有机整体。
20世纪50年代我国钢轨探伤主要处于研究、探索和试用阶段，探伤仪多为进口或仿制。60年代开始自主研发和生产探伤仪，主要是手持式单通道仪器，携带三只探头进行探伤。70年代探伤仪由手持式改为手推式，通道数增加到2个，携带5只探头进行检测，探伤能力明显提高。80年代是钢轨探伤技术飞速发展和逐步成熟的十年，1984年研制的JGT-3型钢轨探伤仪，具有4个通道，携带5只探头并可组合成多种探伤方式。小车部分增加了前后翻板，解决了多探头安装、上下道搬运和不同情况下的推行问题，且拉开了报警声的间距，适用于现场使用，该结构现已基本成为我国钢轨探伤仪的固定结构模式。80年代后期研制出GT-1型钢轨探伤仪，具有5个独立通道，0°探头增加了进波报警功能，完善了钢轨探伤方法，尤其研究了超声波在钢轨中的传播规律和螺孔裂纹的反射规律等，使钢轨探伤从试验认知上升到理论分析阶段，为探伤设备及作业标准的制定奠定了基础。90年代我国先后颁布了钢轨探伤仪标准、探头标准和钢轨探伤作业标准，标志着我国钢轨探伤逐步走向规范化。2006年以来，我国自主研发并逐步推广使用了数字式钢轨超声波探伤仪，仪器通道增至9个，并带有A型和B型两种显示方式，探伤结果可存贮、回放和查询，钢轨探伤的可靠性得到显著提高。
我国从1989年5月开始逐步从国外引进钢轨探伤车，以加强钢轨探伤工作，提升钢轨探伤的技术水平。除第一台从澳大利亚引进外，其他探伤车皆从美国引进，至今已近60台。由于我国铁路运输繁忙，行车密度大，在探伤车选型和使用时都特别强调探伤速度，以尽量减小探伤作业对运输秩序的影响。我国早期探伤车的探伤速度为40km/h，后来达到60km/h，现在可达80km/h。钢轨探伤车和钢轨探伤仪在作业上互相补充，技术上互相借鉴。
在钢轨探伤中，焊缝探伤是重要的一项工作。焊缝部位是线路最薄弱的环节之一，加强焊缝探伤，是减少断轨及确保安全的最直接和有效的技术手段。焊缝探伤难度大，主要是因为钢轨是异形截面，形状复杂，需要分区进行扫查，焊缝缺陷和焊缝轮廓面都集中在一个很小的区域，各种反射波相互干扰，不易分辨，易造成误判，尤其是有些缺陷反射很弱，易造成漏检。因此，如何防止漏检和误判是焊缝探伤的技术难点。
钢轨焊缝中的平面状缺陷要用双探头法进行探测，扫查时两探头须相对或相背等速移动，一般需借助专门的扫查装置或使用阵列探头进行扫查。值得一提的是，我国研究的钢轨焊缝不停顿探伤法近些年得到很好推广。该方法利用电子切换技术，对复合式阵列探头进行有序组合，实现了对钢轨焊缝、轨腰及其延伸部的分段探测，可以做到像钢轨探伤仪一样，在推行中完成对钢轨焊缝的连续扫查。
三、专项检测
在铁路工务检测中，除轨道检测及钢轨伤损检测等常规检测外，还有轨道状态巡检、钢轨轮廓检测、钢轨波浪磨耗检测、轮轨力检测、线路动态加载检测、隧道及路基雷达检测、线路限界检测等专项检测。
高速综合巡检是为适应基础设施维修精准化、检测装备现代化、养修作业高效化、管理技术科学化而研制的，快速、准确、高效的综合一体化检测技术。高速综合巡检车可同时检测工务轨道部件、钢轨廓形、钢轨表面、限界，电务轨旁设备、通信电缆，检测接触网悬挂装置及几何参数等，采用自轮运转轨道车平台，是实现基于站段管理的日常作业质量检测的关键装备，可逐步替代人工巡视。最高巡检速度可达160km/h。
钢轨轮廓检测是基于激光摄像和图像处理等技术对钢轨轮廓进行测量，并计算钢轨垂直磨耗、侧面磨耗、总磨耗等参数。
钢轨波浪磨耗检测是采用弦测法或惯性基准法，在动态条件下测量钢轨顶面沿纵向分布的周期性类似波浪形状的短波不平顺。
轮轨力检测是利用测力轮对测量轮轨之间相互作用力，通过轮轨力幅值大小及轮轨相互作用过程来查找轮轨间异常响应，辅助分析线路上可能存在的缺陷。
线路动态加载检测是利用移动式线路动态加载试验车作为试验工具和平台，在实际线路上模拟各种铁路工况进行静动态加载和移动加载，测试轨道、桥梁和路基相关技术特征的一种试验手段，可在线路刚度检测、轨排横移检测、扣件状态检测、小跨度桥梁的模态分析、部件应力测试、隧道动力特性分析等方面发挥积极作用。
隧道及路基雷达检测是利用地质雷达探测隧道衬砌质量状态或路基状态，可检测隧道衬砌厚度、衬砌钢筋布置、钢拱架位置分布、空洞、不密实等，还可检测基床沉降、道床污染、道床及基床含水、翻浆冒泥等路基常见病害，为铁路的养护维修提供依据。
线路限界检测以钢轨顶面及轨道中心线作为测量基准，采用激光扫描或摄像的测量方法，实时准确地检测线路两侧建筑物的位置及接近状态，实现铁路建筑限界的快速动态检测与分析。
四、工务安全检测监测系统技术发展规划
按照“构建移动设备动态检测、固定设备在线监测、安全信息综合运用为一体的铁路行车安全监控体系”的要求，中国铁路总公司于2014年发布《工务安全检测监测系统技术发展规划》，确定了工务安全检测监测系统（8M系统）总体架构和工务安全综合监控系统平台组成与功能，8M系统通过移动检测设备和固定监测设备对工务基础设施和沿线环境进行全方位、全项目、全天候检测监测，覆盖工务系统危及列车运行安全的线路设备病害、自然灾害、道口安全隐患及维修生产安全监控，包括轨道状态检测监测、钢轨状态检测监测、特殊区段路基状态监测、重点桥隧病害监测状态、道口监测、环境灾害监测、工务机械车作业监控、施工作业安全监控等检测监测系统，并构建具有综合处理功能的工务安全检测监控平台。
通过检测监测数据的统一管理和综合分析应用，为总公司、集团公司、工务段等运营维护部门提供生产管理技术和数据支撑，提升工务基础设施安全保障能力，提高基础设施运营维护效率。同时为铁路基础设施检测数据的基础数据库建立、业务数据共享、大数据应用提供基础。