在國家綜合交通運輸體系持續(xù)完善和高速公路網(wǎng)絡(luò)日益密集的背景下，高速公路作為服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展和人民群眾出行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運行狀況直接關(guān)系到交通暢通、運輸效率和生命安全。然而，高速公路在長期服役過程中面臨著車輛荷載反復(fù)作用、自然環(huán)境侵蝕、地質(zhì)條件變化及超限超載等多重因素的影響，傳統(tǒng)檢測手段往往受限于點式監(jiān)測覆蓋面不足、在線監(jiān)測能力欠缺、早期病害識別困難以及養(yǎng)護(hù)決策缺乏精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐等問題，難以滿足現(xiàn)代公路運營管理對全線路感知、實時化監(jiān)測、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的迫切需求。針對這一領(lǐng)域，我們打造了一套基于光纖傳感技術(shù)的智慧高速公路綜合檢測解決方案，通過構(gòu)建“全線路感知-實時化傳輸-智能化診斷”的技術(shù)體系，為高速公路路基、路面、橋梁、隧道及邊坡等結(jié)構(gòu)物提供從施工期到運營期的全方位健康監(jiān)測支撐。
在感知層面，方案以布設(shè)于公路路基、路面結(jié)構(gòu)層、橋梁關(guān)鍵部位及隧道襯砌的特種傳感光纜為核心探測單元，利用分布式應(yīng)變傳感技術(shù)實時獲取公路結(jié)構(gòu)在車輛荷載和環(huán)境作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布，清晰揭示路基不均勻沉降、路面結(jié)構(gòu)層變形、橋梁撓度變化及裂縫擴展等病害特征；利用分布式溫度傳感技術(shù)監(jiān)測路面溫度場分布、橋梁溫度梯度及寒區(qū)道路凍融循環(huán)，識別溫度引起的結(jié)構(gòu)損傷風(fēng)險；利用分布式振動傳感技術(shù)捕捉車輛通行產(chǎn)生的振動信號，實現(xiàn)交通流量監(jiān)測、車輛荷載識別及結(jié)構(gòu)動力特性分析；針對邊坡和隧道監(jiān)測需求，可利用光纖光柵位移計和錨桿應(yīng)力計監(jiān)測邊坡滑移和隧道圍巖變形。在傳輸與處理層面，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)通過沿公路敷設(shè)的光纖網(wǎng)絡(luò)實時匯聚至公路運營管理中心和養(yǎng)護(hù)管理部門，利用專業(yè)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測軟件和人工智能算法進(jìn)行快速處理和智能分析，自動識別異常特征、評估結(jié)構(gòu)狀態(tài)、預(yù)測發(fā)展趨勢，生成應(yīng)變分布圖、撓度曲線圖及健康評價報告。這一方案可廣泛應(yīng)用于高速公路路基沉降監(jiān)測，通過連續(xù)獲取路基在不同斷面和不同深度的應(yīng)變分布，早期識別不均勻沉降和潛在失穩(wěn)區(qū)域，指導(dǎo)路基加固處理；在路面結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，利用埋入路面結(jié)構(gòu)層的傳感光纜實時監(jiān)測瀝青層層底拉應(yīng)變、基層受力狀態(tài)及疲勞損傷累積，預(yù)警路面開裂和車轍風(fēng)險，支撐預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策；在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測中，利用布設(shè)于主梁、橋墩及拉索的應(yīng)變和溫度傳感器，實時監(jiān)測橋梁在車輛荷載和環(huán)境作用下的靜動力響應(yīng)，評價橋梁承載能力和安全狀態(tài)；在隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測領(lǐng)域，利用分布式應(yīng)變傳感監(jiān)測隧道襯砌變形、拱頂沉降及圍巖壓力變化，預(yù)警襯砌開裂和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；在高邊坡監(jiān)測中，利用光纖光柵位移計和錨桿應(yīng)力計實時監(jiān)測邊坡滑移和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，預(yù)警滑坡災(zāi)害風(fēng)險；在交通流量與荷載監(jiān)測中，利用路面埋設(shè)的振動傳感光纜實現(xiàn)車輛軸載識別、車速檢測及交通流量統(tǒng)計，支撐超限超載治理和路面設(shè)計驗證。
整體方案的核心優(yōu)勢在于實現(xiàn)了高速公路結(jié)構(gòu)狀態(tài)的全分布感知與實時化傳輸，打通了從結(jié)構(gòu)體內(nèi)部狀態(tài)獲取到養(yǎng)護(hù)決策支持的完整技術(shù)鏈條，確保各類病害隱患能夠在早期被及時發(fā)現(xiàn)和精準(zhǔn)定位，同時通過光纖傳感的無源特性和耐久性，保障系統(tǒng)在車輛荷載反復(fù)作用、惡劣氣候及復(fù)雜環(huán)境下的長期可靠運行，傳感光纜可與公路結(jié)構(gòu)同壽命，實現(xiàn)從施工期到運營期的全生命周期連續(xù)監(jiān)測，且無需中斷交通即可實現(xiàn)對公路結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程實時監(jiān)測，大幅降低傳統(tǒng)人工巡檢和定期檢測的成本與安全風(fēng)險，并可根據(jù)不同公路等級、不同結(jié)構(gòu)類型和不同監(jiān)測需求進(jìn)行深度定制，真正為現(xiàn)代高速公路的運營安全和科學(xué)養(yǎng)護(hù)構(gòu)筑起全天候、智能化、高可靠的健康監(jiān)測屏障。
高速公路檢測應(yīng)用方案
針對高速公路在軟土地區(qū)、采空區(qū)及高填方路段易發(fā)生的路基沉降和不均勻變形問題，提供基于分布式應(yīng)變傳感的全線連續(xù)監(jiān)測服務(wù)。在路基不同
深度和關(guān)鍵斷面布設(shè)傳感光纜，實時獲取路基在車輛荷載和自重作用下的應(yīng)變分布，通過積分計算得到連續(xù)沉降曲線，清晰揭示不均勻沉降區(qū)域、
沉降速率及發(fā)展趨勢。監(jiān)測數(shù)據(jù)早期識別潛在失穩(wěn)風(fēng)險，指導(dǎo)路基加固處理和養(yǎng)護(hù)決策，保障路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和行車平順。
針對瀝青路面和水泥混凝土路面在反復(fù)車輛荷載作用下產(chǎn)生的疲勞開裂、車轍及基層損傷問題，提供基于埋入式傳感光纜的路面結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測服務(wù)。
在路面結(jié)構(gòu)層不同深度布設(shè)傳感光纜，實時監(jiān)測瀝青層層底拉應(yīng)變、基層受力狀態(tài)及面層溫度場分布，通過應(yīng)變累積分析評估路面疲勞損傷程度，
識別裂縫萌生和發(fā)展過程。監(jiān)測成果支撐預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時機選擇、養(yǎng)護(hù)措施效果評價及路面結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證。
針對寒區(qū)高速公路路面凍脹、翻漿及溫度裂縫防治需求，提供基于分布式溫度傳感的路面溫度場監(jiān)測服務(wù)。在路面結(jié)構(gòu)層和路基不同深度布設(shè)測溫
光纜，實時獲取四季變化和晝夜交替過程中的溫度分布數(shù)據(jù)，清晰揭示凍結(jié)深度、融化速率及凍融循環(huán)次數(shù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐凍害防治措施設(shè)計、融
雪劑撒布時機優(yōu)化及路面材料低溫性能評價，保障寒區(qū)公路冬季運行安全。
針對高速公路橋梁在車輛荷載和環(huán)境作用下的結(jié)構(gòu)安全評價需求，提供基于分布式應(yīng)變傳感和光纖光柵傳感器的綜合監(jiān)測服務(wù)。在橋梁主梁、橋墩、
支座及拉索等關(guān)鍵部位布設(shè)傳感光纜和光纖光柵傳感器，實時監(jiān)測橋梁在車輛通行過程中的應(yīng)變響應(yīng)、撓度變化及振動特性，通過模態(tài)分析和影響
線識別評估橋梁結(jié)構(gòu)剛度和承載能力。監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐橋梁養(yǎng)護(hù)維修決策、加固效果評價及超限車輛通行控制。
針對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在長期運營中可能出現(xiàn)的預(yù)應(yīng)力損失、混凝土開裂及鋼筋腐蝕問題，提供基于分布式應(yīng)變傳感的精細(xì)監(jiān)測服務(wù)。在橋梁主梁
內(nèi)部沿預(yù)應(yīng)力筋方向布設(shè)傳感光纜，實時監(jiān)測混凝土應(yīng)變分布，通過應(yīng)變變化識別預(yù)應(yīng)力損失區(qū)域和程度；同步監(jiān)測裂縫開展部位的應(yīng)變突變，識
別裂縫寬度和擴展趨勢。監(jiān)測成果支撐橋梁技術(shù)狀況評定、維修加固設(shè)計及剩余壽命預(yù)測。
針對橋梁支座老化、變形失效及伸縮縫堵塞、損壞等常見病害，提供基于光纖光柵位移計和應(yīng)變傳感器的定點監(jiān)測服務(wù)。在支座周圍和伸縮縫兩側(cè)
布設(shè)傳感器，實時監(jiān)測支座壓縮變形、剪切位移及伸縮縫開合度變化，識別支座脫空、偏壓及伸縮縫卡澀等異常工況。監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)支座更換時機
選擇和伸縮縫清理維修，保障橋梁受力合理和行車舒適。
針對高速公路隧道在運營過程中可能發(fā)生的襯砌變形、拱頂沉降及圍巖壓力變化問題，提供基于分布式應(yīng)變傳感和光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測
服務(wù)。沿隧道縱向和環(huán)向布設(shè)傳感光纜，實時獲取襯砌混凝土的應(yīng)變分布，識別變形集中區(qū)域和裂縫開展位置；在拱頂和邊墻關(guān)鍵斷面布設(shè)光纖光
柵位移計，監(jiān)測凈空收斂和拱頂沉降。監(jiān)測數(shù)據(jù)早期預(yù)警襯砌結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險，指導(dǎo)隧道養(yǎng)護(hù)和加固。
針對隧道洞口段邊坡和仰坡在降雨、地震及施工擾動作用下的滑坡、崩塌風(fēng)險，提供基于光纖光柵位移計和錨桿應(yīng)力計的穩(wěn)定性監(jiān)測服務(wù)。在邊坡
坡面和錨桿關(guān)鍵位置布設(shè)傳感器，實時監(jiān)測坡體滑移位移和錨桿受力狀態(tài)，清晰識別滑動面位置和滑移速率。監(jiān)測數(shù)據(jù)與降雨量關(guān)聯(lián)分析，建立滑
坡預(yù)警閾值，及時發(fā)布預(yù)警信息，保障隧道洞口段行車安全和邊坡穩(wěn)定。
針對高速公路沿線高邊坡、路塹邊坡在自然力和工程活動作用下的失穩(wěn)風(fēng)險，提供基于分布式應(yīng)變傳感和光纖光柵位移計的長期監(jiān)測服務(wù)。沿邊坡
坡面和潛在滑動面布設(shè)傳感光纜，實時獲取坡體內(nèi)部應(yīng)變分布，識別滑移變形區(qū)域和變形速率；在坡面關(guān)鍵點布設(shè)光纖光柵位移計，監(jiān)測地表位移
變化。監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐邊坡穩(wěn)定性評價、加固措施效果評估及滑坡災(zāi)害預(yù)警，保障公路運營安全。
針對高速公路交通流量統(tǒng)計、車型分類及超限超載治理需求，提供基于路面埋設(shè)分布式振動傳感光纜的車輛荷載監(jiān)測服務(wù)。在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)布設(shè)振
動敏感光纜，實時采集車輛通行產(chǎn)生的振動信號，通過波形分析和模式識別算法，準(zhǔn)確識別車輛軸數(shù)、軸重、車速及車型。監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐交通流量
統(tǒng)計、超限車輛自動報警及路面設(shè)計荷載驗證，為路政管理和養(yǎng)護(hù)決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
針對強降雨、地震等極端天氣事件期間高速公路邊坡滑坡風(fēng)險驟增的應(yīng)急監(jiān)測需求，提供快速部署的光纖光柵位移監(jiān)測系統(tǒng)。在已識別的高風(fēng)險邊
坡關(guān)鍵部位快速布設(shè)無線傳輸?shù)墓饫w光柵位移傳感器，實時監(jiān)測邊坡位移變化，建立與降雨強度和位移速率的聯(lián)動預(yù)警模型。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警
閾值時，系統(tǒng)自動向公路運營管理中心和過往車輛發(fā)布預(yù)警信息，為應(yīng)急處置和交通管制提供決策依據(jù)，最大限度保障人民生命財產(chǎn)安全。
針對高速公路改擴建工程中新建結(jié)構(gòu)與既有結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作監(jiān)測需求，提供全過程的施工安全與運營健康監(jiān)測服務(wù)。在改擴建路段布設(shè)傳感光纜，
施工期監(jiān)測基坑開挖、樁基施工及路基填筑對既有結(jié)構(gòu)的影響，預(yù)警過大變形和沉降；運營期監(jiān)測新舊結(jié)構(gòu)連接部位的受力狀態(tài)和變形協(xié)調(diào)性，評
估改擴建工程效果和長期性能。監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐施工方案優(yōu)化和運營期養(yǎng)護(hù)決策，保障改擴建工程質(zhì)量。
針對膨脹土、濕陷性黃土、鹽漬土等特殊土地區(qū)高速公路易發(fā)的路基變形、路面開裂問題，提供基于分布式應(yīng)變和溫度傳感的專項監(jiān)測服務(wù)。在典
型路段布設(shè)傳感光纜，實時監(jiān)測路基含水量變化引起的脹縮變形、溫度變化引起的應(yīng)力應(yīng)變及車輛荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。監(jiān)測數(shù)據(jù)揭示特殊土地
區(qū)公路病害發(fā)生發(fā)展規(guī)律，支撐地基處理措施效果評價和養(yǎng)護(hù)對策制定，保障特殊土地區(qū)公路長期穩(wěn)定。
針對高速公路隧道內(nèi)車輛火災(zāi)事故的早期探測與快速報警需求，提供基于分布式溫度傳感的隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)。沿隧道全長在頂部或側(cè)壁敷設(shè)測溫
光纜，實時監(jiān)測隧道環(huán)境溫度變化，在火災(zāi)發(fā)生初期快速識別局部溫升異常，精確定位火源位置。系統(tǒng)可區(qū)分車輛火災(zāi)與正常車輛通行產(chǎn)生的溫度
變化，有效降低誤報率，聯(lián)動風(fēng)機、廣播及消防系統(tǒng)自動啟動應(yīng)急預(yù)案，為人員疏散和消防救援爭取寶貴時間。
針對高速公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)分散、養(yǎng)護(hù)決策缺乏系統(tǒng)支撐的現(xiàn)狀，提供集成化的智慧公路健康管理平臺服務(wù)。平臺集中接入路基、路面、橋梁、隧
道及邊坡各類光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及日常巡檢、定期檢測及交通荷載數(shù)據(jù)，通過專業(yè)結(jié)構(gòu)分析模型和人工智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理、異常識別、狀
態(tài)評價及趨勢預(yù)測。平臺以二三維一體化形式直觀展示公路線形、結(jié)構(gòu)物分布和監(jiān)測狀態(tài)，自動生成技術(shù)狀況評定報告和養(yǎng)護(hù)建議，支撐公路運營
管理單位實現(xiàn)從被動修復(fù)到預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的轉(zhuǎn)型升級，保障高速公路網(wǎng)長期安全高效運行。