厦门翔安隧道结构长期监测系统预警管理研究——厦门市路桥管理有限公司

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1、中国桥梁（隧道）管理研究会第17届年会论文集厦门翔安隧道结构长期监测系统预警管理研究陈玖彬1，夏才初2（1.厦门市路桥管理有限公司厦门市361009；2.同济大学土木工程学院上海市200092）摘要：翔安隧道是我国内陆地区第一条海底公路隧道，目前，国内尚无海底隧道长期监测的工程案例。本文以翔安隧道为工程背景，基于模型试验与统计分析等手段，研究翔安隧道长期监测系统监测项目安全性的定量评价，建立适用于翔安隧道长期监测系统监测预警的判定标准。关键词：翔安隧道长期监测监测预警1引言厦门翔安海底隧道是我国内陆地区第一条公路海底隧道，隧道全长约6

2、.05km，跨越海域段约4.2km[1]。海底隧道与山岭隧道不同，其地质环境更为复杂，工作环境更为恶劣。海底隧道承受高的孔隙水压力和较大的地下水渗流梯度，所处的环境地震发生频度较高[2][3]。这些特点决定了海底隧道结构的健康状况更为人们所关注。由于隧道建成后围岩被支护结构所封闭，难以量测，因此隧道在运营期的结构长期监测应以支护结构，尤其是二次衬砌结构的受力和变形为主[4]，通过量测支护结构的变形和受力状态，推测围岩和支护结构之间的相互作用关系，间接获得围岩的活动情况[5]。隧道运营期长期监测项目安全性的评价信息大致分为两类：（1）位

3、移信息。主要是二次衬砌位移。（2）应力信息。包括围岩与初期支护接触应力、初期支护与二次衬砌接触压力、围岩与初期支护间水压力、初期支护与二次衬砌间水压力、钢支撑内力、二次衬砌应力等。位移信息安全性的判定，当前更多的重点是放在隧道的施工阶段，如坑道断面的收敛量测（位移信息），因为在施工阶段，位移量测数据较容易获得，通过位移信息进行反馈设计的方法居多。但是对于运营阶段二次衬砌的位移变形，目前还没有统一的判定基准。应力信息是可以直接判定隧道安全性的信息。在隧道运营期，通过长期监测系统埋设的传感器容易获取相关的应力信息，并用于判定隧道的安全性。

4、2长期监测系统的监测内容翔安隧道结构长期监测系统：通过埋设在初支和二次衬砌等支护结构上的传感器监测隧道特殊区段隧道结构的变形或受力状态的变化。翔安隧道长期监测系统的监测内容包含了：二次衬砌位移、围岩与初支见接触压力、初支与二衬间接触压力、围岩与初支间水压力、初支与二衬间水压力、钢支撑内力、二衬内应力、二衬表面应变、地震加速度等。翔安隧道长期监测系统监测内容及传感器[6]见表1。中国桥梁（隧道）管理研究会第17届年会论文集表1翔安隧道长期监测内容及传感器监测项目传感器量程精度接触压力TPC型振弦式压力计0~2MPa±0.1%F.S.水压

5、力PWS型振弦式渗压计0~1MPa±0.1%F.S.二衬变形线位移传感器25mm±0.1%F.S.角位移传感器±50º0.01弧度二衬结构内部应力埋入式光纤光栅应变传感器±1500µε±0.2%F.S.二衬表面应力表面式光纤光栅应变传感器±1000µε±0.2%F.S.初支钢拱架应力贴片式光纤光栅应变传感器±1500µε±0.2%F.S.混凝土温度光纤光栅温度传感器-50℃~+150℃±0.2%F.S.地震加速度加速度传感器±0.5g＜0.2%3．长期监测系统预警管理的研究长期监测系统通过预先埋设的传感器采集隧道运营阶段相关的监测数据

6、，对于所采集到的监测数据需要判读其是否安全，必须在监测系统中对监测项目设置相关的预警值，即监测数据的安全管理基准。根据翔安隧道长期监测系统设置的监测项目，通过统计分析、模型试验等手段，建立适用于翔安海底隧道的长期监测管理基准，为隧道的安全运营和科学养护提供指导。3.1衬砌二次位移管理基准1、统计分析依据翔安隧道施工期间，对不同围岩条件的断面进行长期的现场量测所获得的数据进行统计分析，找出二次衬砌施作后，其位移变形与时间变化的规律。监测断面YK8+425处于V级围岩海域段（支护类型：S5d）。在围岩压力作用下，隧道二次衬砌位移-时间关系

7、如图1所示。图1YK8+425断面衬砌位移－时间曲线由上图可以看出，二次衬砌施作5年后，其位移基本趋于稳定，拱顶下沉最大值为4.8mm，拱腰变形1.8mm。2、模型试验中国桥梁（隧道）管理研究会第17届年会论文集根据S5d型衬砌（V级围岩海域段）模型试验的结果，最小安全系数随位移变化规律见表2与图2。表2最小安全系数随洞周位移变化规律（单位：mm）加载(T)拱顶左拱腰左拱脚仰拱右拱脚右拱腰最小安全系数拉/压位置10.830.72-0.17-0.72-0.110.7210.80拉拱部23.172.61-0.72-1.11-1.112.6

8、18.26拉拱部36.115.08-1.72-1.56-3.065.055.26拉拱部59.547.02-4.39-2.28-5.396.472.92拉拱部811.838.53-6.44-3.00-7.728.131.1