城市下穿隧道结构监测技术研究

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1、城市下穿隧道结构监测技术研究杜新生王印杰戈福军中建七局安装工程有限公司摘要：近年来，随着我国经济的高速发展，城市下穿隧道越来越多，安全事故频频发生并造成不可估量的经济损失和恶劣的社会影响，对于长期在役的重要结构，引起人们对工程结构安全性和耐久性的重视。如果能够定期对其累积损伤的程度做出正确评估，就可以充分掌握结构的工作状态，确保结构的安全。本文通过对郑州航空港区滨河西路快速化隧道工程进行研究，采用了常规点式监测方法无法实现的高精度、分布式大范围的连续自动监测，及时提供隧道性态及其变化信息，降低隧道工程施工风险，提高隧道及其环境的安全程度，使隧道能够充分发挥工

2、程效益。关键词：下穿隧道;结构监测;土体位移;裂缝监测;收稿日期：2017-9-19Received：2017-9-191城市下穿隧道结构监测概述滨河西路快速化工程项目位于实验区中部，南水北调中线总干渠从滨河西路东侧经过，距离200m左右，道路整体呈南北走向，全长26052m,设计时速60km/h,双向6车道，是郑州航空港区的主要干线。该地区地层主要由第四系全新统流河相及部分河湖相冲积物洪积而构成。上部为黏性土，主要有黄褐色、灰褐色粉土，下部位砂土（含卵砾石），底部为基岩。黄土以黏粒的强结合水连结和盐分的胶结连结，在干燥时可以承担一定荷重而变形不大，但浸湿后

3、，土粒连结显箸减弱，引起土结构破坏产牛湿陷变形。黄土湿陷性是黄土的一种特殊的工程地质性质，黄土具有在自重或外部荷重下受水浸湿后结构迅速发生突然下沉的性质。结构监测是指利用现场的无损传感与结构系统特性分析（包括结构反应），探测结构的性态变化，揭示结构损伤与结构性能劣化。它是集智能传感元件、数据有线或无线采集和实时处理、结构损伤识别、健康诊断与可靠性预测以及远程通讯与数据管理等硬软件系统于一体，是工程理论发展与综合的象征、高新技术开发与集成的标志，同吋也是现代结构实验技术的集中体现。2隧道结构监测内容本隧道群受结构应力、整体沉降、局部沉降、裂缝、土体位移及地下水

4、等影响。在监测方案中对隧道主要以下儿个方面进行监测：(1)对隧道结构部分进行应力应变监测；(2)对隧道结构部分进行变形监测；(3)对隧道整体和局部进行沉降监测；(4)对隧道周边环境监测。2.1结构应力应变监测应力应变监测主要涉及混凝土应力应变。监测项目及设备为表lo混凝土表面应变计安装在建筑物表面，测量结构的应变。仪器与待测钢结构的温度膨胀系数相同，与混凝土的温度膨胀系数也非常接近，所以很少需要温度修正。需要时，内置的温度传感器可同时监测安装位置的温度。表1检测设备表下载原表监测项目设备名称混凝土应力应变表面应变计结构中间部点釆用不锈钢制造的振弦式应变计，具

5、有很高的精度和灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。由专用的四芯屏蔽电缆传输频率和温度电阻信号，频率信号不受电缆长度的影响。适合在恶劣的环境下长期监测建筑物的应变变化。2.2结构变形监测结构变形监测主要监测隧道结构的空间收敛、沉降缝变化、倾斜、沉降、位移。主要监测项目及设备表2。监测项冃1设备名称11主体沉降压差式变形测量计沿重要区域段5S间捱测缝仪振弦式表面裂缝计对预留伸缩缝和少压差式变形测量传感器是基丁连通管原理测量沉降的自动化监测系统，是国内最新的数字处理技术研发的新一代智能数字接口产品，具有高精度、高可靠性、使用和安装方便等特点。压差式变形测

6、量传感器采用低功耗、宽电压设计。在不进行数字通讯的情况下，功耗不大于20mao电压范围是直流10~24VDC。压差式变形测量传感器的通信采用RS485通信协议，半双工工作方式，最高通讯速率57600BPSo采用简单的ASCII码命令格式，方便使用。最高采样速度10次/s。该传感器可以通过RS485总线组成双绞线网络，特別适用于计算机控制系统屮。表面裂缝计用于测量表面缝的开合度，例如:建筑、桥梁、管道、大坝等混凝土的施工缝，配用不同的附件，也可测量土体的张拉缝与岩石和混凝土的裂缝。仪器常用于表面式安装。仪器包括一个振弦式感应元件，该元件与一个经热处理并消除应力

7、的弹簧相连，弹簧两端分别与钢弦、传递杆相连。仪器完全密封并可在高达IMPb（特殊要求可定制）的压力下操作。当连接杆从仪器主体拉出，弹簧被拉长导致张力增大并由振弦感应元件测量。钢弦上的张力直接与拉仲成比例，因此，接缝的开合度通过振弦读数仪测出的读数变化而精确地计算。2.3环境监测环境监测主要包括温度、气压、地下水压力、雨量统计等，主要设备如下：温湿度传感器，测量隧道内温度和湿度，安装在隧道墙壁，主要监测点以每条短隧道保证一个温湿度传感器。3隧道结构监测系统运行2.1系统结构组成整个系统分为数据分为采集/传输/处理/应用部分，传感层对各个监测项进行实时监测，采集

8、模块将传感层发出的模拟信号转为数字信号，传输层将数据